梁遠(yuǎn)橋，李遠(yuǎn)玲，朱璟琦，劉家豪，劉 濤，宋光輝

（1.西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710000；2.寶雞文理學(xué)院，陜西 寶雞 721000）

CJ／T341-2010《混空輕烴燃?xì)狻罚?］給出了混空輕烴燃?xì)獾亩x，混空輕烴燃?xì)馐且砸合噍p烴為原料，通過氣化裝置氣化后與空氣按照一定比例均勻混合得到的混合氣體燃?xì)?。我國天然氣資源短缺，進(jìn)口依賴度超過30%［2］，嚴(yán)重制約居民、商業(yè)和工業(yè)用氣，威脅我國能源戰(zhàn)略安全。輕烴原料可以在常溫下以液態(tài)運(yùn)輸，在偏遠(yuǎn)城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村等沒有條件使用天然氣管網(wǎng)供氣的不便地帶，建立混空輕烴燃?xì)恻c(diǎn)狀分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)可有效解決類似地區(qū)無法用氣的問題。

混空輕烴燃?xì)馐且环N新型摻混燃?xì)?，文獻(xiàn) ［3］對(duì)混空輕烴燃?xì)獾幕Q性、混合比、輸氣壓力等方面和以天然氣為主流的燃?xì)夤芫W(wǎng)做了比較，但沒有研究燃?xì)鈩?dòng)力黏度對(duì)管網(wǎng)輸送的影響。在物性參數(shù)研究方面，文獻(xiàn)［4-6］對(duì)混空輕烴燃?xì)獾拿芏?、露點(diǎn)、爆炸極限等工質(zhì)參數(shù)做了重要補(bǔ)充，尚無混空輕烴燃?xì)獾膭?dòng)力黏度相關(guān)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測定的研究。在燃?xì)廨斔头矫?，文獻(xiàn)［7］針對(duì)油氣田輕烴輸送問題提出順序輸送的解決方案，研究過程并未提出混合烴類動(dòng)力黏度計(jì)算方法。本工作結(jié)合混空輕烴燃?xì)馓匦?，依?jù)混合氣體動(dòng)力黏度計(jì)算法則，計(jì)算出不同混合比下混空輕烴燃?xì)獾膭?dòng)力黏度，對(duì)比得出混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度的計(jì)算方法，為今后相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)參考。

1 燃?xì)饣旌媳鹊拇_定

混空輕烴燃?xì)庵苽湓蠟槭吞烊粴夤I(yè)的烴類副產(chǎn)品油，經(jīng)過氣化裝置氣化后與空氣按照一定比例均勻混合得到混合燃?xì)狻１敬窝芯坎捎媚彻咎峁┑奈焱橛驮?，?shí)驗(yàn)室化驗(yàn)后，主要為C4～C6的輕烴成分，各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：正戊烷 （n-C5H12）為 44.35%，異戊烷 （i-C5H12）為54.05%，C6組分為1%，C4組分為0.6%?？紤]C6、C4組分含量較少，計(jì)算時(shí)簡化為正己烷 （n-C6H14）和正丁烷 （n-C4H10）?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明［8］，混空輕烴燃?xì)庀啾忍烊粴獾绕渌細(xì)饴饵c(diǎn)溫度較高，容易因局部溫度過低、濃度過高、工藝變化導(dǎo)致燃?xì)庵苽浜洼斔瓦^程中管道產(chǎn)生凝液，不利于管道輸送和燃?xì)獍踩?。混合比、壓力和溫度也?huì)影響混空輕烴燃?xì)饴饵c(diǎn)溫度，據(jù)文獻(xiàn)［9，10］研究結(jié)果，當(dāng)空氣和氣化的輕烴燃?xì)怏w積比為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1時(shí)的混空輕烴燃?xì)饴饵c(diǎn)為 13℃、-3.3℃、-2.5℃、-7.5℃、-11.4℃。隨著壓力升高，混空輕烴燃?xì)獾穆饵c(diǎn)升高?；炜蛰p烴燃?xì)獾穆饵c(diǎn)溫度較高是其燃?xì)馓匦?，在制備和輸送過程中適合在中壓B級(jí)及以下壓力級(jí)別運(yùn)行。居民樓宇燃?xì)鈮毫σ话銥榈蛪海^大的空氣和燃?xì)饣旌媳葧?huì)導(dǎo)致熱值不足，導(dǎo)致用戶使用燃具加熱時(shí)間過長。綜合考慮本工作采用空氣與燃?xì)饣旌象w積比為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1下的工況計(jì)算混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度。

2 混合氣體動(dòng)力黏度計(jì)算方法

2.1 低壓燃?xì)怵ざ裙浪惴?/h3>

《燃?xì)夤こ淌謨?cè)》［11］提供一種經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算混合氣體動(dòng)力黏度，已知混合氣體各純組分動(dòng)力黏度?；旌蠚怏w動(dòng)力黏度按下式計(jì)算：

式中：μ為混合氣體在0℃時(shí)的黏度值，Pa·s；wi為混合氣體組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；μi為混合氣體組分i在0℃時(shí)的黏度值，Pa·s。

絕對(duì)壓力小于1MPa時(shí)，壓力對(duì)動(dòng)力黏度的影響可以忽略不計(jì)，溫度對(duì)動(dòng)力黏度的影響不能忽略，得到低壓下任意溫度混合氣體動(dòng)力黏度計(jì)算式：

式中：μt為混合氣體在t℃時(shí)的黏度值，Pa·s；T為混合氣體熱力學(xué)溫度，K；C為無因次實(shí)驗(yàn)系數(shù)，用混合法計(jì)算。

2.2 平方根規(guī)律法

混合氣體在壓力不高的狀態(tài)下，用平方根規(guī)律法可求得動(dòng)力黏度［12］，如 （3）式：

式中：xi為混合氣體組分i的摩爾分?jǐn)?shù)，%；Mi為混合氣體組分i的摩爾質(zhì)量，kg／kmol。

2.3 REFPROP模型軟件計(jì)算

REFPROP（Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties）是美國NIST（National Institute of Standardsand Technology）研發(fā)的一款主要用于計(jì)算流體物性參數(shù)的軟件，該軟件使用廣泛，集合20多種工業(yè)流體狀態(tài)方程［13］，有很高的權(quán)威性和準(zhǔn)確性，也被用作結(jié)果分析的重要對(duì)比數(shù)據(jù)庫［14］。

REFPROP計(jì)算軟件使用前，定義混合氣體組分，輸入計(jì)算工況，即可得到所求工質(zhì)物性計(jì)算參數(shù)。

3 混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度計(jì)算和分析

黏度存在是引起流體產(chǎn)生摩擦阻力的原因，宏觀表現(xiàn)為影響管網(wǎng)輸送壓降，在管網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)力運(yùn)行時(shí)要考慮壓降對(duì)系統(tǒng)的功耗以及輸送性能影響。低壓對(duì)流體黏度影響較小，幾乎可以忽略［15］，高壓下流體黏度的變化規(guī)律與低壓不同，溫度對(duì)動(dòng)力黏度的影響不可忽略?，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范沒有針對(duì)混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度計(jì)算的公式，作為一種碳?xì)漕惢旌先細(xì)?，混空輕烴燃?xì)馐且环N混合氣體，可以采用混合氣體的動(dòng)力黏度計(jì)算方法計(jì)算其動(dòng)力黏度。對(duì)混空輕烴燃?xì)獾穆饵c(diǎn)特性分析可知，燃?xì)庠谥械蛪杭胺堑蜏氐墓r下不容易產(chǎn)生露點(diǎn)凝液，這對(duì)管網(wǎng)輸送是有利的。將混空輕烴燃?xì)庥米鞒鞘型ピ喝細(xì)夤芫W(wǎng)，在常溫常壓下輸送是普遍狀況，故本文計(jì)算混空輕烴燃?xì)庠诔爻合?（取 101.325kPa，20℃）的動(dòng)力黏度。

由公式 （1）知求混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度時(shí)，需知道燃?xì)飧鹘M分在0℃的黏度值，測定此時(shí)黏度值勢(shì)必引入誤差，欲求任意溫度下動(dòng)力黏度引入無因次實(shí)驗(yàn)系數(shù)C值又二次引入誤差，導(dǎo)致誤差放大，計(jì)算得到的混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度值不準(zhǔn)確，通過比較認(rèn)為平方根規(guī)律法也優(yōu)于估算法，將低壓燃?xì)怵ざ裙浪惴ǖ玫降幕炜蛰p烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度計(jì)算結(jié)果舍去。采用平方根規(guī)律法計(jì)算混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度時(shí)，是以20℃，101.325kPa為參比條件，混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度與溫度、壓力和組分有關(guān)，燃?xì)飧鹘M分計(jì)算溫度按表1取值［16］，并計(jì)算不同混合比混空輕烴燃?xì)飧鹘M分摩爾分?jǐn)?shù)，列于表2。由表1和表2數(shù)據(jù)，代入公式 （3），即可求得常溫常壓下混空輕烴燃?xì)獾膭?dòng)力黏度。

表1 混空輕烴燃?xì)飧鹘M分參數(shù)表

表2 不同混合比下混空輕烴燃?xì)飧鹘M分摩爾分?jǐn)?shù)

REFPROP模型軟件計(jì)算操作方便，計(jì)算迅速，只需定義混合氣體組分，給定相應(yīng)的計(jì)算工況，就能得出結(jié)果，將平方根規(guī)律法和REFPROP軟件計(jì)算得到的混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度值列于表3。

表3 不同混合比下混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度計(jì)算結(jié)果

由表3可知，在混合比 （體積比）為1∶1至1∶4范圍內(nèi)，采用平方根規(guī)律法和REFPROP軟件計(jì)算得到的混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度接近，最大相對(duì)誤差在10%左右，在工程上運(yùn)用均在允許的范圍內(nèi)；混空輕烴燃?xì)夂侠淼幕旌媳?（體積比）在3～5，在空燃比 （體積比）為3∶1和4∶1時(shí)，混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度值相對(duì)誤差分別為7.069%、5.954%，誤差較小，此時(shí)的動(dòng)力黏度值可作為常溫常壓下混空輕烴燃?xì)獾膭?dòng)力黏度值；REFPROP軟件在模型和計(jì)算精度上優(yōu)于平方根規(guī)律法，認(rèn)為REFPROP軟件計(jì)算得到的混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度值比平方根規(guī)律法結(jié)果更精確，在進(jìn)行混空輕烴燃?xì)鈩?dòng)力黏度計(jì)算時(shí)，可采用REFPROP軟件進(jìn)行快速準(zhǔn)確求解。

4 結(jié)論

1）采用混合氣體動(dòng)力黏度計(jì)算方法和REFPROP軟件計(jì)算了不同混合比下混空輕烴燃?xì)庠诔爻合碌膭?dòng)力黏度，最大相對(duì)誤差在10%左右，在工程運(yùn)用允許范圍內(nèi)。

2）混空輕烴燃?xì)庠诔爻合碌膭?dòng)力黏度計(jì)算數(shù)據(jù)，可以為為混空輕烴燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計(jì)和水力計(jì)算提供數(shù)據(jù)參考。