申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2024-03-15

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN118194546A

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F30/18;G16C20/30;G06F119/08

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.14#公开

摘要：一种用于长距离天然气管道运输的冷凝水析出计算方法，首先，依据天然气混合物的冷凝原理，通过模拟混合物在管道中的冷却过程，来确定水蒸气冷凝成液滴的情况。其次，考虑了汽‑液相平衡状态下的各类烷烃物质和水蒸气组分，用于计算在变化的环境条件下的冷凝水量。该计算模型包括改进的BERNOULLI方程，用以准确确定在不同压力和温度条件下介质的相态变化和汽‑液相平衡参数。本发明结合多组分的冷凝原理、改进的BERNOULLI方程和先进的数值求解方法，使得在各种复杂的天然气运输条件下能够更精确、有效地计算出冷凝水量。该方法不仅提高了计算的准确性和可靠性，同时也为长距离天然气管道的设计和运营优化提供了重要的理论支持。

主权项：1.一种用于长距离天然气管道运输的冷凝水析出计算方法，其特征在于，步骤如下：1基于BERNOULLI方程计算水在气相中逸度方程采用BERNOULLI方程来计算介质的压力、体积和温度关系，逸度方程和BERNOULLI方程： 其中：fi为物质i的逸度；为物质i的逸度系数；yi为物质i的组分；P为系统压力，Pa；T为绝对温度，K；V为摩尔体积，m3mol；R为气体常数，Jmol·K；a为分子间的引力参数，b为分子体积参数，其计算方法如下： m＝0.480+1.574w-0.176w21-6针对混合物BERNOULLI引入混合规则来进行物性计算： 代表混合物各个组分含量；bi为物质i对应的分子体积参数； aij＝aiaj0.51-kij1-9其中，kij为天然气混合流体中与浓度无关的二元交互作用常数；Tc为临界温度，通过基本物性常数表获得，表1中列出；Pc为临界压力，通过基本物性常数表获得，表1中列出；Tr为对比温度，w为偏心因子，通过基本物性常数表获得，表1中列出；表1天然气各组分物性参数 计算过程中，所需的物性参数包括水、甲烷、乙烷、和丙烷的临界温度、临界压力和偏心因子，物性参数数据均取自NIST； 其中：yw为水的摩尔分数；yj为气体组分的摩尔分数；b为BERNOULLI方程中描述水分子的参数，由方程1-3计算；aij为计算混合物分子间吸力的中间参数，由式1-9计算；Zm为混合气体压缩因子，是计算所需要的中间参数，该参数需与气液逸度平衡等式联立成非线性方程组进行计算；其中Am和Bm是计算和Zm的中间参数，计算方法如下： 2基于BERNOULLI方程计算纯水逸度方程 为水的饱和蒸汽压，用下面公式计算： 其中：为当前温度T下、饱和蒸汽压下的水的逸度，为当前温度T下、饱和蒸汽压下水的摩尔体积，具体计算方法如下： 其中：Zm为混合气体压缩因子；3牛顿迭代法计算天然气管道出口处气相含水量该计算模型中，除要求解的析出水量外，计算过程所需中间参数混合气体压缩因子Zm也需要通过迭代方法计算，计算方法如下： 其中，Am和Bm是计算混合压缩因子Zm和水在液相中逸度所需的中间参数，由公式1-11和1-12计算；构造如下的非线性方程组： 采用的牛顿迭代法具体操作如下：赋予一组迭代初值x0,y0，其中x0表示含水量的迭代初始值，y0表示混合压缩因子Zm的迭代初始值，把f1x,y，f2x,y都在x0,y0附近用二元泰勒展开，并取其线性部分，得到方程组： 方程组的系数矩阵行列式写为： 最后，方程组的解写成： 采用上述迭代原理，为了使得计算出的含水量更加得精确，规定迭代之小于1x10-3，则迭代结束，最终的迭代值为天然气管道出口处气相含水量；4计算天然气入口空气含水量 其中：d为含湿量，gkg；Mh为水的摩尔质量；Ma为空气摩尔质量；为水的饱和蒸汽压；P为系统压力；将空气含湿量与天然气入口处气流量与环境湿度相乘，得到天然气入口处含水量；最后，将天然气入口处含水量与管道出口处的含水量做差即计算出最终的析出水量。

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