，（）2006161
麦瑶娣工程设计中气体压缩因子确定方法
17
工程设计中气体压缩因子确定方法
麦瑶娣✷
摘要
广东省石油化工设计院
广州510130
实际气体仅在压力较低、温度较高的情况下近似满足理想气体状态方程式。当压力很高、温压缩因子
压缩因子图
理想气体
实际气体
临界状态
度很低时工程设计中常引入压缩因子。
关键词
1概述
按照理想气体状态方程式，定质量气体等温变化时PVE常数，但实际气体仅在压力较低、温度较高的情况下近似满足此关系。在工程上，压力低于1MPa和温度在10~20≠C时，可以称为理想气体。当压力很高（如在天然气的长输管线中）、温度很低时，用理想气体状态方程进行计算所引起的误差会很大。实际工程设计中，在，得到实际理想气体状态方程中引入压缩因子Z气体状态方程为
PVZRTmE
比压力、对比体积、对比温度。
）可知，实际气体的压缩因子Z是由式（1
、c、P、c的函数，而这些值均需通过实VmZcT验测定，因此式（）通常应用于有实验条件下1需要对压缩因子作比较准确确定的情况。
实验证明，实际气体的临界压缩因子Z在c
0.23~0.33范围内，而60%以上的烃类气体的都在0Z.27左右，因而ZE0.27的通用压缩因cc子图可用来近似计算大多数常用实际气体的热力性质。对于Z0.26~0.28的气体，采用此类cE图表计算的Z值的误差小于5%，此误差在实际的工程设计中是允许的。几种气体的临界压缩因子见表1。
表1气体的临界压缩因子
物质HeZc
H2
N2
O2
COHOCO2N3H2
CH4
式中，P为气体绝对压力，P；Vm为气体的摩a
3；为压缩因子，尔体积，mZR为摩尔气体常
-1数，・・8.3145JmolK-1；T为绝对温度，K。对理想气体ZE1，对于实际气体，Z可以
0.30.3040.2970.2920.2740.2380.230.2940.29
大于、小于或等于1，故Z值偏离1的大小可表示它偏离理想气体的程度。
2.2气体通用压缩因子图
由于很难用既合理又简单的方程描述适合各种不同气体和不同凝聚态的P-V-T的关系，而且每一个实际气体的状态方程式都有其一定的适用范围且常常包含与物性有关的常数。由式（）可知压缩因子同样是状态的函数，也与物性1
有关，因此在一般的工程设计中，可应用ZcE0.27的通用压缩因子图的数值进行近似的计算见图1。
下面通过一个例子说明如何利用通用压缩因子图求压缩因子。
天然气输送管道的内径为700mm，长为天然气的平均压力为2130km，5绝对大气压，
2确定压缩因子的常用方法
压缩因子可由临界压缩因子、气体通用压缩因子图来确定。2.1临界压缩因子Zc
根据对应态定律可求得实际气体的压缩因
［］2子：
VPVPVPVP（P，T）ZEEEZEZФccrr
RTRTTcTrr
（）1
式中，Zc为临界压缩因子；Vm为气体在计算状
态下的摩尔体积；P、V、Tccc分别为临界压力、临界比体积、临界温度；P、V、Trrr分别为对
（）。✷麦瑶娣：助理工程师。2001年毕业于华南理工大学化学工程与工艺专业。从事化工设计工作。联系电话：[1**********]
18CHEMICALENGINEERINGDESIGN
化工设计2，（）006161
此法求压缩因子要求的参数是平均相对比重S，m、2及天然气平均温度起、终点绝对压力P1P
；或者平均相对比重S、平均绝对压力Ptkmmkm图1气体通用压缩因子图
温度为10࠷，求此状态下天然气的压缩因子及管道中天然气在标准状态下的体积。天然气的体积组分、临界温度、临界压力和相对比重见表2。
表2天然气组分的临界温度及压力和相对比重
名称体积组分
临界温度临界压力
（%）（K）（绝对大气压）相对比重
甲烷0.976190.745.80.5548乙烷0.002305.448.21.048丙烷0.002369.942.01.554氮气0.015126.233.50.9670二氧化碳
0.005
304.2
72.9
1.5289
（1）天然气平均临界温度Tkm为1
90.89K、平均临界压力Pkm为45.75MPa及平均相对比重m为0
.5688。（2
）求对比压力与对比温度［2］：TrET／TkmE（273+10）／190.89E1.483PrEP／PkmE
25／45.75E0.55（3）查图1求压缩因子ZE0.94
。（4
）标准状态下管道中天然气体积，天然气管道容积V为：
VE3.14*（0.7÷2）2*130000E50004.5m
3标准状态下管道中天然气的体积：
VoEVPo
TZE（50004.5*25*273*1）／（1*283*0.94）E1282914Nm
3
若不考虑压缩因子Z，仅按理想气体状态方
程计算得出管道中天然气体积为1205939Nm
3，比实际少6%。
.3天然气压缩因子
天然气的压缩因子还可以根据图2查找。按
及天然气平均温度tkm
。图2天然气压缩因子图
例中已知平均绝对压力Pkm
为25大气压25kgf／cm2），tkm为10࠷，平均相对比重Sm
为.5688，查图2可得压缩因子Z为0.93
。对比按2.1节方法的压缩因子值，其误差为1%。.4燃气输气管道压缩因子
对于天然气长输管道中天然气的压缩因子，
还可以按以下公式进行估算［1］：
ZE100+0.16P1（2
）m
.25
式中，Pm为输气管道平均压力，
kgf／cm2（A）。PE2
m3P1+P1+P2
）
式中，P1、P2为输气管道起、终点压力，kgf／m2（A）。
对于例中所提供的设计参数（此时PmE
25g
f／cm2），根据公式（2）求得压缩因子Z为.92。对比按2.1节方法计算查出的压缩因子值，其误差为2%。
结语
工程设计允许一定的误差，当涉及到压缩因子取值的计算时，可利用2.2~2.4提供的方法进行估算，而不必要按照2.1的方法计算取值。这三种方法的计算误差在允许范围内。并且选用其中的任何一种计算方法所得的计算值，在工程应用中都是合理、可靠的。
（下转第35页）
（02Sck042
，（）2006161
尚志勇除油旋流器实验研究
Dcdidudol1l2fQinQovQunCinCunE
公称直径，mm入口当量直径，mm尾段直径，mm溢流孔直径，mm入口圆柱长度，mm尾段直管长度，mm
35
造成分离困难。
实验室的数据同样也可以证实这一问题。实验中，在入口浓度为400m、不加乳化剂时，pp旋流器的分离效率约为95%；加了5m乳化剂pp后，分离效率下降了5%。
3.3.2温度
实验室来液温度不到30࠷，而现场来液温度为60~65࠷。温度影响油水乳液的稳定性，从而影响旋流器的分离效率。
分流比，即为水力旋流器溢流流量与入口流量之比
3旋流管的入口流量，m／h3旋流管的溢流流量，m／h3旋流管的底流流量，m／h
4结论
（）通过实验室得到了实验除油旋流器的粒1
级效率曲线。
（）在相同实验工况下，除油旋流器在现场2
的分离效率比室内高，说明含油污水的物性和来液情况对除油旋流器的分离性能影响较大。除油旋流器在现场试验条件下，在入口污水含油浓度小于2000m时，底流含油浓度低于40m。pppp（）乳化剂影响含油污水的稳定性，从而影3
响除油旋流器的分离效率。
符号说明
D
入口圆柱直径，mm
旋流管入口含油浓度，mpp旋流管底流含油浓度，mpp总效率
参
考
文
献
1斯瓦罗夫斯基著，朱企新等译.固液分离［M］.北京：化
学工业出版社，1989］2何利民等.影响水力旋流器除油效率的因素［J.油田地面
，（）工程，1994134，T3ColmanD.A.hewM.T.&Corone.R.HdrocclonesforyDyy
／OilWaterSearation.InternationalConferenceonHdroc-pyy，1980clones
］.油气田地面工程，4李卫东等.油水两相旋流分离试验［J
，（）：199716611~13
（收稿日期2）005-11-14
=============================================
（上接第2水、灭菌消毒设施等。0页）
4提高设计和管理水平
实施GMP不只是建一座厂房加一套净化空调，还要提高生产工艺、设备、人员和管理水平。因此，不能片面追求厂房设施高标准。传统的钢筋混凝土吊顶、轻钢龙骨石膏板吊顶、水磨石地面、乳胶漆或仿瓷墙面等，只要经常维护、管理得好，也能满足GMP的要求。因此，应尽可能将资金用于设备选型、粉尘控制、工艺用
总之，实施GMP要根据建设单位自身的情况，从内在质量、工艺、管理、装备及环境方面确定建设或改造方案，不能只注重外表，才能获得良好的效果。
参
考
文
献
1缪德骅等.药品生产质量管理规范实施指南［M］.北京：
化学工业出版社，20012药品生产质量管理规范（1998年修订）
］3GB50073-2001.洁净厂房设计规范［S.中国计划出版社
（修改回稿2）005-11-07
=============================================
（上接第18页）
参
考
文
献
［M］1《煤气设计手册》编写组.煤气设计手册（上）.北京：
中国建筑工业出版社，19862天津大学物理化学教研室编.物理化学（上册第三版）［M］.北京：高等教育出版社，1992
／，化工装置工艺系统工程设计规定［S］3HGT20570-95.
1996
，城镇燃气设计规范［］4GB50028-93S.2002
5燃气输配.中国建筑工业出版社
6国家质量技术监督局.压力容器安全技术监察规程.北京：
中国劳动社会保障出版社，1999
（收稿日期2）004-11-25
，（）2006161
麦瑶娣工程设计中气体压缩因子确定方法
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工程设计中气体压缩因子确定方法
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摘要
广东省石油化工设计院
广州510130
实际气体仅在压力较低、温度较高的情况下近似满足理想气体状态方程式。当压力很高、温压缩因子
压缩因子图
理想气体
实际气体
临界状态
度很低时工程设计中常引入压缩因子。
关键词
1概述
按照理想气体状态方程式，定质量气体等温变化时PVE常数，但实际气体仅在压力较低、温度较高的情况下近似满足此关系。在工程上，压力低于1MPa和温度在10~20≠C时，可以称为理想气体。当压力很高（如在天然气的长输管线中）、温度很低时，用理想气体状态方程进行计算所引起的误差会很大。实际工程设计中，在，得到实际理想气体状态方程中引入压缩因子Z气体状态方程为
PVZRTmE
比压力、对比体积、对比温度。
）可知，实际气体的压缩因子Z是由式（1
、c、P、c的函数，而这些值均需通过实VmZcT验测定，因此式（）通常应用于有实验条件下1需要对压缩因子作比较准确确定的情况。
实验证明，实际气体的临界压缩因子Z在c
0.23~0.33范围内，而60%以上的烃类气体的都在0Z.27左右，因而ZE0.27的通用压缩因cc子图可用来近似计算大多数常用实际气体的热力性质。对于Z0.26~0.28的气体，采用此类cE图表计算的Z值的误差小于5%，此误差在实际的工程设计中是允许的。几种气体的临界压缩因子见表1。
表1气体的临界压缩因子
物质HeZc
H2
N2
O2
COHOCO2N3H2
CH4
式中，P为气体绝对压力，P；Vm为气体的摩a
3；为压缩因子，尔体积，mZR为摩尔气体常
-1数，・・8.3145JmolK-1；T为绝对温度，K。对理想气体ZE1，对于实际气体，Z可以
0.30.3040.2970.2920.2740.2380.230.2940.29
大于、小于或等于1，故Z值偏离1的大小可表示它偏离理想气体的程度。
2.2气体通用压缩因子图
由于很难用既合理又简单的方程描述适合各种不同气体和不同凝聚态的P-V-T的关系，而且每一个实际气体的状态方程式都有其一定的适用范围且常常包含与物性有关的常数。由式（）可知压缩因子同样是状态的函数，也与物性1
有关，因此在一般的工程设计中，可应用ZcE0.27的通用压缩因子图的数值进行近似的计算见图1。
下面通过一个例子说明如何利用通用压缩因子图求压缩因子。
天然气输送管道的内径为700mm，长为天然气的平均压力为2130km，5绝对大气压，
2确定压缩因子的常用方法
压缩因子可由临界压缩因子、气体通用压缩因子图来确定。2.1临界压缩因子Zc
根据对应态定律可求得实际气体的压缩因
［］2子：
VPVPVPVP（P，T）ZEEEZEZФccrr
RTRTTcTrr
（）1
式中，Zc为临界压缩因子；Vm为气体在计算状
态下的摩尔体积；P、V、Tccc分别为临界压力、临界比体积、临界温度；P、V、Trrr分别为对
（）。✷麦瑶娣：助理工程师。2001年毕业于华南理工大学化学工程与工艺专业。从事化工设计工作。联系电话：[1**********]
18CHEMICALENGINEERINGDESIGN
化工设计2，（）006161
此法求压缩因子要求的参数是平均相对比重S，m、2及天然气平均温度起、终点绝对压力P1P
；或者平均相对比重S、平均绝对压力Ptkmmkm图1气体通用压缩因子图
温度为10࠷，求此状态下天然气的压缩因子及管道中天然气在标准状态下的体积。天然气的体积组分、临界温度、临界压力和相对比重见表2。
表2天然气组分的临界温度及压力和相对比重
名称体积组分
临界温度临界压力
（%）（K）（绝对大气压）相对比重
甲烷0.976190.745.80.5548乙烷0.002305.448.21.048丙烷0.002369.942.01.554氮气0.015126.233.50.9670二氧化碳
0.005
304.2
72.9
1.5289
（1）天然气平均临界温度Tkm为1
90.89K、平均临界压力Pkm为45.75MPa及平均相对比重m为0
.5688。（2
）求对比压力与对比温度［2］：TrET／TkmE（273+10）／190.89E1.483PrEP／PkmE
25／45.75E0.55（3）查图1求压缩因子ZE0.94
。（4
）标准状态下管道中天然气体积，天然气管道容积V为：
VE3.14*（0.7÷2）2*130000E50004.5m
3标准状态下管道中天然气的体积：
VoEVPo
TZE（50004.5*25*273*1）／（1*283*0.94）E1282914Nm
3
若不考虑压缩因子Z，仅按理想气体状态方
程计算得出管道中天然气体积为1205939Nm
3，比实际少6%。
.3天然气压缩因子
天然气的压缩因子还可以根据图2查找。按
及天然气平均温度tkm
。图2天然气压缩因子图
例中已知平均绝对压力Pkm
为25大气压25kgf／cm2），tkm为10࠷，平均相对比重Sm
为.5688，查图2可得压缩因子Z为0.93
。对比按2.1节方法的压缩因子值，其误差为1%。.4燃气输气管道压缩因子
对于天然气长输管道中天然气的压缩因子，
还可以按以下公式进行估算［1］：
ZE100+0.16P1（2
）m
.25
式中，Pm为输气管道平均压力，
kgf／cm2（A）。PE2
m3P1+P1+P2
）
式中，P1、P2为输气管道起、终点压力，kgf／m2（A）。
对于例中所提供的设计参数（此时PmE
25g
f／cm2），根据公式（2）求得压缩因子Z为.92。对比按2.1节方法计算查出的压缩因子值，其误差为2%。
结语
工程设计允许一定的误差，当涉及到压缩因子取值的计算时，可利用2.2~2.4提供的方法进行估算，而不必要按照2.1的方法计算取值。这三种方法的计算误差在允许范围内。并且选用其中的任何一种计算方法所得的计算值，在工程应用中都是合理、可靠的。
（下转第35页）
（02Sck042
，（）2006161
尚志勇除油旋流器实验研究
Dcdidudol1l2fQinQovQunCinCunE
公称直径，mm入口当量直径，mm尾段直径，mm溢流孔直径，mm入口圆柱长度，mm尾段直管长度，mm
35
造成分离困难。
实验室的数据同样也可以证实这一问题。实验中，在入口浓度为400m、不加乳化剂时，pp旋流器的分离效率约为95%；加了5m乳化剂pp后，分离效率下降了5%。
3.3.2温度
实验室来液温度不到30࠷，而现场来液温度为60~65࠷。温度影响油水乳液的稳定性，从而影响旋流器的分离效率。
分流比，即为水力旋流器溢流流量与入口流量之比
3旋流管的入口流量，m／h3旋流管的溢流流量，m／h3旋流管的底流流量，m／h
4结论
（）通过实验室得到了实验除油旋流器的粒1
级效率曲线。
（）在相同实验工况下，除油旋流器在现场2
的分离效率比室内高，说明含油污水的物性和来液情况对除油旋流器的分离性能影响较大。除油旋流器在现场试验条件下，在入口污水含油浓度小于2000m时，底流含油浓度低于40m。pppp（）乳化剂影响含油污水的稳定性，从而影3
响除油旋流器的分离效率。
符号说明
D
入口圆柱直径，mm
旋流管入口含油浓度，mpp旋流管底流含油浓度，mpp总效率
参
考
文
献
1斯瓦罗夫斯基著，朱企新等译.固液分离［M］.北京：化
学工业出版社，1989］2何利民等.影响水力旋流器除油效率的因素［J.油田地面
，（）工程，1994134，T3ColmanD.A.hewM.T.&Corone.R.HdrocclonesforyDyy
／OilWaterSearation.InternationalConferenceonHdroc-pyy，1980clones
］.油气田地面工程，4李卫东等.油水两相旋流分离试验［J
，（）：199716611~13
（收稿日期2）005-11-14
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（上接第2水、灭菌消毒设施等。0页）
4提高设计和管理水平
实施GMP不只是建一座厂房加一套净化空调，还要提高生产工艺、设备、人员和管理水平。因此，不能片面追求厂房设施高标准。传统的钢筋混凝土吊顶、轻钢龙骨石膏板吊顶、水磨石地面、乳胶漆或仿瓷墙面等，只要经常维护、管理得好，也能满足GMP的要求。因此，应尽可能将资金用于设备选型、粉尘控制、工艺用
总之，实施GMP要根据建设单位自身的情况，从内在质量、工艺、管理、装备及环境方面确定建设或改造方案，不能只注重外表，才能获得良好的效果。
参
考
文
献
1缪德骅等.药品生产质量管理规范实施指南［M］.北京：
化学工业出版社，20012药品生产质量管理规范（1998年修订）
］3GB50073-2001.洁净厂房设计规范［S.中国计划出版社
（修改回稿2）005-11-07
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（上接第18页）
参
考
文
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［M］1《煤气设计手册》编写组.煤气设计手册（上）.北京：
中国建筑工业出版社，19862天津大学物理化学教研室编.物理化学（上册第三版）［M］.北京：高等教育出版社，1992
／，化工装置工艺系统工程设计规定［S］3HGT20570-95.
1996
，城镇燃气设计规范［］4GB50028-93S.2002
5燃气输配.中国建筑工业出版社
6国家质量技术监督局.压力容器安全技术监察规程.北京：
中国劳动社会保障出版社，1999
（收稿日期2）004-11-25