摘要：本文通過對壓縮因子的介紹，淺要分析了其在燃?xì)庥嬎阒械挠绊憽?br>關(guān)鍵詞：臨界溫度；臨界壓力；勢能；動能；壓縮因子；燃?xì)庥嬃?
1 前言
隨著燃?xì)鈽I(yè)的不斷發(fā)展，工商業(yè)燃?xì)庥脩粢苍絹碓蕉?，特別是將來天然氣在廣東珠三角的推廣將使珠三角燃?xì)庑袠I(yè)得到更迅猛的發(fā)展。由于燃?xì)夤九c供應(yīng)商，燃?xì)夤九c用戶之間，都是存在經(jīng)濟(jì)的利益關(guān)系，因而在燃?xì)庥嬃可媳厝淮嬖谥蚨嗷蛏俚拿?。特別是大型工業(yè)用戶與燃?xì)夤镜挠嬃繂栴}的更容易發(fā)生矛盾。為了減少此類矛盾的激化，燃?xì)夤驹谧陨砝娌皇軗p害的情況下，都將會盡量減少計量上的誤差，使兩者的矛盾得到緩和。因而燃?xì)夤驹谟嬃可暇蛻?yīng)了解許多注意事項，其中壓縮因子就是眾多影響計量準(zhǔn)確度的潛在因素之一。
2 壓縮因子的產(chǎn)生及在計量上的影響
2．1提出問題
假如有這么一道題問您：一個溫度為20℃盛滿甲烷的10m3容器，壓力為1．OMPa，試問標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是大于、等于還是小于l0m3，如果你回答等于10m3，那您就回答錯了;
如果再問您這一道問題：兩個溫度同為20℃、體積10m3、壓力同為1．0MPa容器，一個盛滿甲烷，另一個盛滿液化氣，試問標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積兩種氣體體積是否相同，如果您回答相同，那您又回答錯了。
2．2問題產(chǎn)生原因
也許此時你或許會納悶了，為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?其實這主要由于您在回答時只考慮到理想標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣態(tài)方程oVo=nRTo,而實際上在理想狀態(tài)方程中有個關(guān)鍵的參數(shù)卻沒考慮，那就是壓縮因子z。因為在理想狀態(tài)下，壓縮因子z在任何溫度及壓力下均恒為l。但在實際的氣體計算中，壓縮因子卻是不可忽略的，而且對計量會產(chǎn)生較大的影響，特別是在中高壓氣體的計量上。
對比壓力Pr
圖l 氣體的壓縮因子z與對比溫度Tr、對比壓力Pr的關(guān)系(當(dāng)P＜1，Tr=0.6～1.0)
對比壓力Pr
圖2 氣體的壓縮因子z與對比溫度Tr、對比壓力Pr的關(guān)系(當(dāng)P＜5.6，Tr—O.6～2.O)
在實際的氣體計量的過程中，氣體狀態(tài)方程：Z=PV／RT，壓縮因子z在計算中引入了臨界溫度Tc和臨界壓力Pc兩種參數(shù)，其中壓縮因子Z=f(Pc，Tc)是隨溫度及壓力而變化的(關(guān)系圖l，2)，其中：臨界溫度指的是氣體加壓液化所允許的最高溫度，一般分子間的引力越大對應(yīng)的臨界溫度越高；如甲烷臨界溫度Tc為191．05K，丙烷臨界溫度Tc為368．85K；
臨界壓力指的是氣體在臨界溫度時發(fā)生液化所需要的最小壓力；如甲烷臨界壓力Pc為4．6407MPa，丙烷臨界壓力Pc為4.3975MPa；
在實際計算中，還要引入對比壓力Pr和對比溫度Tr，所謂的對比壓力就是實際工作壓力和臨界壓力Pc的比值，對比溫度同理亦是實際工作溫度和臨界溫度Tc的比值。
壓縮因子的數(shù)值在不同溫度壓力下的也不是完全沿一個趨勢變化的，如天然氣是先隨壓力增大而變小，到達(dá)一定程度后又逐漸隨壓力增大而變大。那為什么會出現(xiàn)這種情況呢?從微觀上講，這主要是由于分子間的作用力造成的。一定溫度下的氣體在壓力較小時，分子間的距離較大，分子間一般表現(xiàn)為引力，造成實際氣體比理想氣體更易于被壓縮，但隨著壓力增加氣體分子逐漸靠近，分子間的作用力表現(xiàn)為排斥力造成氣體難于被壓縮，進(jìn)而形成壓縮因子的數(shù)值上的變化，并且該數(shù)值隨氣體種類不同而不同。
2．3問題的深化
根據(jù)氣體壓縮因子與對比溫度及對比壓力的曲線圖可發(fā)現(xiàn)：在一般的計量工況下(溫度小于50℃，壓力小于10MPa)，天然氣的壓縮因子均大于液化石油氣的壓縮因子，亦是說氣態(tài)液化石油氣在該條件下體積受壓縮因子的影響大于對氣態(tài)天然氣的體積的影響。根據(jù)計算公式，Vo=VPTo／(PoTZ)，液化石油氣和天然氣在同等工況下修正系數(shù)可通過計算得出：
例一：已知混合氣體的容積成分為yC3H6=50％，
yC4H10=50％，壓力為1．0MPa，溫度為25℃的壓縮因子。
解：
(1)標(biāo)準(zhǔn)狀況下混合氣體的密度：
ρo=1／100∑yiρi=0．01*(50*2．0102+50*2．703)=2．36kg／nm3
(2)混合氣體的平均臨界溫度和臨界壓力：
丙烷： Tc=368．85K；Pc=4．3975MPa
正丁烷：Tc=425．95K；Pc=3．6173MPa
混合氣體的平均臨界溫度和平均臨界壓力：
Tm·C=1／100*(50*368．85+50*425．95)=397．2K
Pm·C=1／100*(50*4．3975+50*3．6173)=4．0074MPa
(3)對比壓力和對比溫度：
Pr=P／Pm·c=(1+0．101325)／4．0074=0．28
Tr=T／Tm·C=(25+273．15)／397．2=0．7506
(4)通過圖1—3可解得壓縮因子：Z=0．67
例二：已知CH4，壓力為1．0MPa，溫度為25℃的壓縮因子。
解：
(1)CH4氣體的臨界溫度和臨界壓力：Tc=191．05K；Pc=4．6407MPa
(2)對比壓力和對比溫度：Pr=P／Pc=(1+0．101325)／4．6407=0．237
Tr=T／Tc=(25+273．15)／191．05=1．5606
(3)壓縮因子：Z=0．98
通過初步計算在一定溫度及壓力范圍內(nèi)(如25℃，1．0MPa壓力以下)，進(jìn)一步的可得出液化石油氣壓縮因子相對小于天然氣：
表1
溫度（℃） 0.07
隨著燃?xì)鈽I(yè)的不斷發(fā)展，工商業(yè)燃?xì)庥脩粢苍絹碓蕉?，特別是將來天然氣在廣東珠三角的推廣將使珠三角燃?xì)庑袠I(yè)得到更迅猛的發(fā)展。由于燃?xì)夤九c供應(yīng)商，燃?xì)夤九c用戶之間，都是存在經(jīng)濟(jì)的利益關(guān)系，因而在燃?xì)庥嬃可媳厝淮嬖谥蚨嗷蛏俚拿?。特別是大型工業(yè)用戶與燃?xì)夤镜挠嬃繂栴}的更容易發(fā)生矛盾。為了減少此類矛盾的激化，燃?xì)夤驹谧陨砝娌皇軗p害的情況下，都將會盡量減少計量上的誤差，使兩者的矛盾得到緩和。因而燃?xì)夤驹谟嬃可暇蛻?yīng)了解許多注意事項，其中壓縮因子就是眾多影響計量準(zhǔn)確度的潛在因素之一。
2 壓縮因子的產(chǎn)生及在計量上的影響
2．1提出問題
假如有這么一道題問您：一個溫度為20℃盛滿甲烷的10m3容器，壓力為1．OMPa，試問標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是大于、等于還是小于l0m3，如果你回答等于10m3，那您就回答錯了;
如果再問您這一道問題：兩個溫度同為20℃、體積10m3、壓力同為1．0MPa容器，一個盛滿甲烷，另一個盛滿液化氣，試問標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積兩種氣體體積是否相同，如果您回答相同，那您又回答錯了。
2．2問題產(chǎn)生原因
也許此時你或許會納悶了，為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?其實這主要由于您在回答時只考慮到理想標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣態(tài)方程oVo=nRTo,而實際上在理想狀態(tài)方程中有個關(guān)鍵的參數(shù)卻沒考慮，那就是壓縮因子z。因為在理想狀態(tài)下，壓縮因子z在任何溫度及壓力下均恒為l。但在實際的氣體計算中，壓縮因子卻是不可忽略的，而且對計量會產(chǎn)生較大的影響，特別是在中高壓氣體的計量上。
對比壓力Pr
圖l 氣體的壓縮因子z與對比溫度Tr、對比壓力Pr的關(guān)系(當(dāng)P＜1，Tr=0.6～1.0)
圖2 氣體的壓縮因子z與對比溫度Tr、對比壓力Pr的關(guān)系(當(dāng)P＜5.6，Tr—O.6～2.O)
在實際的氣體計量的過程中，氣體狀態(tài)方程：Z=PV／RT，壓縮因子z在計算中引入了臨界溫度Tc和臨界壓力Pc兩種參數(shù)，其中壓縮因子Z=f(Pc，Tc)是隨溫度及壓力而變化的(關(guān)系圖l，2)，其中：臨界溫度指的是氣體加壓液化所允許的最高溫度，一般分子間的引力越大對應(yīng)的臨界溫度越高；如甲烷臨界溫度Tc為191．05K，丙烷臨界溫度Tc為368．85K；
臨界壓力指的是氣體在臨界溫度時發(fā)生液化所需要的最小壓力；如甲烷臨界壓力Pc為4．6407MPa，丙烷臨界壓力Pc為4.3975MPa；
在實際計算中，還要引入對比壓力Pr和對比溫度Tr，所謂的對比壓力就是實際工作壓力和臨界壓力Pc的比值，對比溫度同理亦是實際工作溫度和臨界溫度Tc的比值。
壓縮因子的數(shù)值在不同溫度壓力下的也不是完全沿一個趨勢變化的，如天然氣是先隨壓力增大而變小，到達(dá)一定程度后又逐漸隨壓力增大而變大。那為什么會出現(xiàn)這種情況呢?從微觀上講，這主要是由于分子間的作用力造成的。一定溫度下的氣體在壓力較小時，分子間的距離較大，分子間一般表現(xiàn)為引力，造成實際氣體比理想氣體更易于被壓縮，但隨著壓力增加氣體分子逐漸靠近，分子間的作用力表現(xiàn)為排斥力造成氣體難于被壓縮，進(jìn)而形成壓縮因子的數(shù)值上的變化，并且該數(shù)值隨氣體種類不同而不同。
2．3問題的深化
根據(jù)氣體壓縮因子與對比溫度及對比壓力的曲線圖可發(fā)現(xiàn)：在一般的計量工況下(溫度小于50℃，壓力小于10MPa)，天然氣的壓縮因子均大于液化石油氣的壓縮因子，亦是說氣態(tài)液化石油氣在該條件下體積受壓縮因子的影響大于對氣態(tài)天然氣的體積的影響。根據(jù)計算公式，Vo=VPTo／(PoTZ)，液化石油氣和天然氣在同等工況下修正系數(shù)可通過計算得出：
例一：已知混合氣體的容積成分為yC3H6=50％，
yC4H10=50％，壓力為1．0MPa，溫度為25℃的壓縮因子。
解：
(1)標(biāo)準(zhǔn)狀況下混合氣體的密度：
ρo=1／100∑yiρi=0．01*(50*2．0102+50*2．703)=2．36kg／nm3
(2)混合氣體的平均臨界溫度和臨界壓力：
丙烷： Tc=368．85K；Pc=4．3975MPa
正丁烷：Tc=425．95K；Pc=3．6173MPa
混合氣體的平均臨界溫度和平均臨界壓力：
Tm·C=1／100*(50*368．85+50*425．95)=397．2K
Pm·C=1／100*(50*4．3975+50*3．6173)=4．0074MPa
(3)對比壓力和對比溫度：
Pr=P／Pm·c=(1+0．101325)／4．0074=0．28
Tr=T／Tm·C=(25+273．15)／397．2=0．7506
(4)通過圖1—3可解得壓縮因子：Z=0．67
例二：已知CH4，壓力為1．0MPa，溫度為25℃的壓縮因子。
解：
(1)CH4氣體的臨界溫度和臨界壓力：Tc=191．05K；Pc=4．6407MPa
(2)對比壓力和對比溫度：Pr=P／Pc=(1+0．101325)／4．6407=0．237
Tr=T／Tc=(25+273．15)／191．05=1．5606
(3)壓縮因子：Z=0．98
通過初步計算在一定溫度及壓力范圍內(nèi)(如25℃，1．0MPa壓力以下)，進(jìn)一步的可得出液化石油氣壓縮因子相對小于天然氣：
溫度（℃） 0.07
