液化天然气及天然气物性计算软件设计田士章;陈帅;杨波【摘要】The production and operation of LNG terminal are based on liquefied natural gas (LNG) and natural gas (NG) propertiescalculation .Although there are many foreign commer-cial softwares which can calculate the properties , most of them are expensive and complex . Therefore ,BWRS equation as the theoretical basis ,the properties calculation software is de-signed based on the Forcecontrol V7 .0 software platform which is simple and can meet the needs of LNG Terminal .By comparing the data of the actual operation in Dalian LNG Terminal ,calcu-lated data by Aspen Plus and by this software ,relative errors about some typical properties have been received .Meanwhile ,the reliability of the calculation has been verified with some exam-ples .Results show that the software can provide fairly accurate calculation results of LNG and NG properties and can well meet the properties calculation needs of LNG Terminal .%液化天然气（LNG）及天然气（NG）物性计算是LNG接收站生产、运行的基础。
虽然国外已有很多商业软件可以计算其物性，但大多价格昂贵且应用复杂。
因此，以BWRS方程为理论基础，在Forcecontrol V7．0平台上设计出一款应用简单，且能够满足LNG接收站需求的物性计算软件。
通过将大连L N G 接收站实际运行数据及A spen Plus计算数据与此软件计算数据进行对比，得到一些典型物性的相对误差；同时，通过实例计算以验证其可靠性。
结果表明，该软件能较为准确地计算LNG及NG物性，并且能很好地满足LNG接收站物性计算的需求。
【期刊名称】《石油与天然气化工》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】8页(P254-261)【关键词】液化天然气;天然气;LNG接收站;物性计算;BWRS方程;ForcecontrolV7 .0;计算软件【作者】田士章;陈帅;杨波【作者单位】棗.中石油大连液化天然气有限公司;棗.中石油大连液化天然气有限公司;中海广东天然气有限责任公司【正文语种】中文【中图分类】TE626.7LNG接收站主要用于接收、储存和气化LNG，并通过外输天然气管道向用户提供天然气。
LNG接收站工艺流程简图如图1所示。
LNG由卸料臂输送至储罐存储，然后通过储罐中的低压泵加压至槽车和高压泵；至槽车的LNG直接由槽车至用户，而高压泵则将LNG再次加压，输送至气化器将LNG气化为NG，NG通过计量系统输送至外输管网。
接收站在正常运行过程中，由于LNG储罐自身漏热、LNG管线保冷漏热等因素[1-2]会有BOG产生，这些BOG经过压缩机加压后，再由再冷凝器冷凝[3-4]为LNG输送至高压泵。
而在接收站的整个运营过程中，液化天然气和天然气物性是其安全、高效、节能运行的基础。
因此，为了给接收站的生产、运行提供帮助，设计了一款适用于液化天然气及天然气物性计算的软件。
1 BWRS方程1.1 状态方程选择目前，计算天然气混合物的状态方程有很多，常用的有LKP、P-R、RK、RKS、BWR等状态方程[5-8]。
而Starling和Han在关联大量实验数据基础上提出的修正的BWR状态方程(简称BWRS方程)，对扩大原BWR方程的应用范围及进一步提高其精度取得了良好的效果。
同时，此方程被认为是当前烃类计算中最佳模型之一。
因此，选择BWRS方程作为整个软件设计的理论基础。
1.2 BWRS方程中各参数求法BWRS方程形式如下：(1)式中，p为介质绝对压力，kPa；ρ为介质密度，kg/m3；R为气体常数，kJ/(kmol·K)；T为介质温度，K。
式(1)中的各参数A0、B0、C0、D0、E0、a、b、c、d、α、γ可通过文献[9]中的方法来求解；不同组分混合的二元交互系数则可通过查阅文献[10]中的表2获得；计算中所需的天然气各纯组分临界参数可通过表1查询而得。
表1 天然气各纯组分临界参数Table 1 Critical parameters of the purecomponent of natural gas物质名称临界温度Tci/K临界压力pci/MPa临界密度ρci/(kmol·m-3)偏心因子ωi相对分子质量甲烷190.694.60410.050 00.013 016.042乙烷305.384.8806.756 60.101 830.068丙烷369.894.2504.999 40.157 044.094异丁烷408.133.6483.801 20.183 058.120正丁烷425.183.7973.921 30.197 058.120异戊烷460.373.3743.246 90.226072.146正戊烷469.493.3693.214 90.252 072.146正己烷507.283.0122.716 70.302 086.172正庚烷540.282.7362.346 70.353 0100.198正辛烷568.582.4872.056 80.412 0114.224氮气126.153.39411.099 00.035 028.016二氧化碳304.097.37610.368 00.210 044.0102 物性参数求解2.1 密度及气体压缩因子求解在给定介质组分后，通过方法(1)求解出BWRS方程的11个参数。
将BWRS方程变形为以下函数形式：(2)在给定了温度T和压力p后，求解方程(2)便可求得介质密度ρ。
由于此方程为高阶非线性方程，直接求解难度非常大，所以采用正割法[9]进行求解。
正割法对应迭代公式如下：(3)式中，k为迭代序号。
而在用正割法求解时需要给定两个初值ρ0、ρ1(求解NG密度：ρ0=0，ρ1=p/RT；求解LNG密度：ρ0=40 kg/m3，ρ1=3 840 kg/m3)。
同时，|ρk+1-ρk|≤ερ(其中，ερ=10-6)迭代收敛，ρk+1即为所求密度。
2.2 定压及定容比热计算2.2.1 纯组分理想气体定压比热容求解纯组分理想气体定压比热容可按式(4)线性回归式[11]求解。
式中，下标i表示组分为纯组分i理想气体定压比热容，kJ/(kmol·K)。
2.2.2 LNG定压比热容求解求解LNG定压比热容时，首先采用Sternling-Brown方程[12]求解出纯物质液体定压比热容，然后按照理想气体混合规则求解出LNG定压比热容cp_LNG(kJ/(kmol·K)。
Sternling-Brown方程：(5)式中，cpLi为纯组分i的液体定压比热容，kJ/(kmol·K)；ωi为纯组分i的偏心因子；Tri为纯组分i的对比温度(Tri =T/Tci)。
2.2.3 天然气定容比热容及定压比热容求解在求解天然气比热容时，首先根据理想气体混合规则求解出天然气理想气体的定压比热容；再由式(6)求解出天然气理想气体定容比热容。
(6)式中，为天然气理想气体定容比热容，kJ/(kmol·K)。
在求解出天然气理想气体定容比热容后，根据式(7)方可求得天然气定容比热容；再由式(8)得到天然气定压比热容。
(7)式中，cv_NG为天然气定容比热容，kJ/(kmol·K)。
(8)式中，cp_NG为天然气定压比热容，kJ/(kmol·K)。
而其中的偏微分式可通过以下方程式求得：(9)(10)2.3 焓、熵计算2.3.1 理想气体焓、熵求解纯组分理想气体焓、熵可按照式(11)、(12)线性回归式[11]求解。
(11)式中，为纯组分i的理想气体焓值，kJ/kmol。
此焓值的基准为：对烃类组分，为T=144.15 K时，饱和液体的焓值；对非烃类组分,为T=0 K时，理想气体的焓值。
(12)式中，为纯组分i的理想气体熵值，kJ/(kmol·K)。
此熵值的基准为，为T=0 K、p=101.325 kPa时，理想气体的熵值。
根据纯组分理想气体焓、熵，采用理想气体混合规则可求解出天然气理想气体焓(kJ/kmol)、熵(kJ/kmol·K)。
2.3.2 LNG或天然气焓、熵求解在求解出天然气理想气体焓、熵后，可根据式(13)、(14)的余焓、余熵式求解出LNG或天然气的焓、熵值。
在求解LNG焓、熵时，式(13)、(14)中的密度ρ为2.1节中的LNG液体密度；求天然气焓、熵时则为2.1节中天然气密度。
(13)(14)式中，Hm为LNG或天然气焓，kJ/kmol；Sm为LNG或天然气熵，kJ/(kmol·K)；ρ0=101.325/RT，kg/m3。
2.4 天然气绝热节流降压后温度计算由于天然气绝热节流过程[13-15]可以近似地看作等焓过程，所以其节流前和节流后的焓值是相等的。
而节流前压力、温度和节流后的压力通常是已设定的。
因此，可以通过2.3节直接求出节流前的焓值，对于节流后的温度则可用正割迭代法来求解。
具体求解方法为：首先,由Hms=f(Ts,ps)求解出节流前天然气焓值。
Hms为节流前焓值，kJ/kmol；Ts为节流前天然气温度，K；ps为节流前天然气压力，kPa。
然后以节流后温度为变量，建立节流前后焓差函数，如式(15)所示。
F(Te)=Hme(Te,pe)-Hms=0(15)式中，Te为节流后温度，K；pe为节流后压力，kPa；Hme为节流后由Te、pe根据2.3节计算得到的焓值，kJ/kmol。