天然气的粘度

一、什么是天然气

天然气是一种常见的化石燃料，主要由甲烷（CH4）组成，通常还含有少量的较高烷烃（如乙烷、丙烷和丁烷）以及氮气、二氧化碳、硫化氢和水蒸气等微量组分。它是在经过数百万年的地质时期内，有机物质（如海洋中的微生物和陆地上的植物遗骸）在地下高压和温度条件下分解形成的。

二、天然气的物理化学性质

天然气是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称，比重约0.65，比空气轻，具有无色、无味、无毒之特性。天然气主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水汽和少量一氧化碳及微量的稀有气体，如氦和氩等。天然气在送到最终用户之前，为助于泄漏检测，还要用硫醇、四氢噻吩等来给天然气添加气味。天然气不溶于水，密度为0.7174kg/m3，相对密度（水）为0.45（液化）燃点（℃）为650，爆炸极限（V%）为5-15。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。甲烷是最短和最轻的烃分子。有机硫化物和硫化氢（H2S）是常见的杂质，在大多数利用天然气的情况下都必须预先除去。含硫杂质多的天然气用英文的专业术语形容为“sour（酸的）”。天然气每立方燃烧热值为8000大卡至8500大卡。每公斤液化气燃烧热值为11000大卡。气态液化气的比重为0.55。每立方液化气燃烧热值为25200大卡。每瓶液化气重14.5公斤，总计燃烧热值159500大卡，相当于20立方天然气的燃烧热值。

三、天然气的粘度

1.天然气粘度定义：粘度是衡量流体抗流动的性质的物理参数，通常定义为应用于流体的切应力与结果速度梯度之间的比例常数。对于天然气来说，天然气的粘度是一个衡量天然气在流动时内部摩擦阻力大小的物理量。它描述了天然气分子之间的内部摩擦作用，使得在一个力的作用下，天然气流动所表现出的阻力。具体来说，它是对流体单位速度梯度下所施加的切应力的量度。粘度可以被看作是流体流动时的内部阻力，对于气体来说，粘度越高意味着气体内部分子阻碍彼此移动的程度越大。在工业应用中，了解天然气的粘度是非常重要的，因为它影响了天然气在管道和加工设备中的流动特性。

在国际单位制（SI）中，粘度的基本单位是Pascal-second（帕斯卡-秒），缩写为Pa·s。但是，Pa·s单位很大，对于天然气来说不太便于使用，因此更常用的是它的子单位微帕斯卡秒（微Pa·s）或者质量流体动力学中常用的厘泊（centipoise, cP）。

1 Pa·s = 1,000 mPa·s (毫帕斯卡秒)

1 mPa·s = 1 cP (厘泊)

1P = 100cP

2.天然气粘度的特点

天然气的粘度与多个因素有关，主要包括组成、压力、温度和密度。

①组成影响：由于天然气主要由甲烷组成，但也含有其他烃类气体（如乙烷、丙烷等），不同组分会影响天然气的粘度。一般而言，随着分子量的增加，烃类气体的粘度也会增加。

②压力和温度影响：在一定范围内，天然气的粘度随着压力的增加而增加，但与液体不同，其粘度可能在很高压力下开始下降。天然气的粘度通常随温度升高而增加，与液体的粘度随温度增加而减少的趋势相反。

③密度影响：密度是另一个影响天然气粘度的因素，通常高密度的天然气具有更高的粘度。

3.天然气粘度的获取

天然气粘度的获取方法分为三类，实验法、图版法、计算法。

3.1实验法获取天然气粘度

毛细管粘度计实验：毛细管粘度计是一种测量流体通过细管时所用时间的装置。它可以用来测量气体和液体的粘度。通过控制压力和温度，测量气体穿过毛细管所需的时间，可以通过泊肃叶方程来计算气体的动态粘度。

旋转粘度计实验：旋转粘度计一般由一个浸入流体中的转子（通常是圆柱体）组成，通过测定维持转子旋转需要的扭矩，以动态测量流体的粘度。气体粘度的实验通常需在不同的旋转速度和压力下进行，以确保数据的准确性和可靠性；振荡式粘度计实验。

振荡式粘度计通过测定振荡体（如磁力驱动的球体或盘体）在流体中振荡的阻尼来计算粘度。根据阻尼系数和振荡频率的变化，可以直接得到流体的粘度。

落球粘度计实验（球降法）：落球粘度计基于斯托克斯定律，通过记录一个球体在流体中下落的速度来评估粘度。球降法通常用于测量更高粘度的流体，但特别设计的落球粘度计也可以用于气体粘度的测量。

实验进行时，需要精确控制实验参数，例如气体的温度、压力和组成，以确保得到精确的粘度数据。在实际应用中，可能会选择最符合操作条件（如工作温度和压力范围）的粘度测量方法。

3.2图版法获取天然气粘度

首先要获取气体样本数据，包括待测气体的压力、温度和成分信息。这包括气体的绝对压力、摄氏/华氏温度、以及可能的气体组分（如甲烷、乙烷、丙烷等的比例）。

使用图版数据进行计算，将气体的实际状态参数（如温度和压力）定位在图版上，然后读取对应的粘度值。这些图版通常呈现出特定物性与参数之间的关系，使得用户可以指导式地获取所需的数据。

应用辅助修正因子，如果有必要，还需要对读取的粘度值应用辅助的修正因子。这些修正因子旨在校正特定条件（如高压或非标准温度）下的粘度值。

获得其精确途径可以通过实验的方法, 但是由于工程中条件的限制, 要通过此方法来测定是很难满足要求的。大多利用相关的图版查取, 而查图又很容易造成人为误差。

3.3计算法获取天然气粘度