资源描述：
前言 本标准等效采用天然气压缩因子的计算导论和指南在技术内容和编写格 式上与完全一致本标准取消了原标准的附录 本标准中高位发热量和相对密度采用的参比条件同我国石油气体所采用的标准参比条件不同 为 方便使用 在和增加了注和注 天然气压缩因子的计算 标准包括以下个部分 第部分 即导论和指南 第部分 即用摩尔组成进行计算 第部分 即用物性值进行计算 本标准是第部分导论和指南 本标准的附录是标准的附录 本标准的附录是提示的附录 本标准由原中国石油天然气总公司提出 本标准由石油工业天然气专业标准化技术委员会归口并负责解释 本标准起草单位 中国石油天然气集团公司四川石油管理局天然气研究院 本标准主要起草人 罗勤 陈赓良 曾文平 许文晓 富朝英 陈荣松 前言 国际标准化组织 是各国家标准化机构成员 组成的世界性的联合会制定国际标准的 工作通常由技术委员会完成对技术委员会提出的项目感兴趣的每个成员都有权参加与保 持联系的各政府或非政府的国际性组织也可以参加此项工作 所有电工技术方面的标准化工作与 国际电工委员会 保持密切的合作 由技术委员会通过的国际标准草案交各成员进行表决投票 要求至少有的成员同意 才能作 为国际标准正式发布 国际标准是由天然气技术委员会下的 天然气分析 分委员会制定的 天然气压缩因子的计算 标准包括以下个部分 第部分 导论和指南 第部分 用摩尔组成进行计算 第部分 用物性值进行计算 附录是标准的附录附录和附录是提示的附录 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 天 然 气 压 缩 因 子 的 计 算 第部分 导论和指南 国家质量技术监督局批准实施 范围 本标准规定了天然气 含人工掺合物的天然气和其他类似混合物仅以气体状态存在时的压缩因子 计算方法 天然气压缩因子的计算 标准包括个部分第部分包括导论和为第部分和第部分所描述 的计算方法提供的指南 第部分给出了用已知的气体的详细的摩尔组成计算压缩因子的方法 又称为 计算方法第部分给出了用包括可获得的高位发热量 体积基相对密度含量和 含量 若不为零 等非详细的分析数据计算压缩因子的方法 又称为计算方法 两种计算方法主要应用于正常进行输气和配气条件范围内的管输干气 包括交接计量或其他用于 结算的计量通常输气和配气的操作温度为约操作压力不超过在 此范围内 如果不计包括相关的压力和温度等输入数据的不确定度 则两种计算方法的预期不确定度大 约为 注本标准中所用的管输气术语是指已经过处理而可用作工业 商业和民用燃料的气体所采用的简明术语在 中为使用者提供了管输气的一些量化准则 但不作为管输气的气质标准 所提供的计算方法也适用于更宽的温度范围内和更高的压力下 包 括湿气和酸气在内的更宽类别的天然气 例如在储气层或地下储气条件下 或者在天然气汽车 应用方面 但不确定度增加 所提供的计算方法适用于和含量高于管输气中常见含 量的气体该方法也可应用于更宽的温度和压力范围 但不确定度增加 在规定条件下 气体温度必须处于水露点和烃露点之上 两种计算方法才是有效的 和给出了使用和计算方法所需要的全部 方程和数值经验证的计算机程序见的附录 引用标准 下列标准所包含的条文 通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时 所示版本均 为有效所有标准都会被修订 使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性 天然气发热量 密度 相对密度和沃泊指数的计算方法 石油液体和气体计量的标准参比条件 天然气压缩因子的计算第部分 用摩尔组成分析进行计算 天然气压缩因子的计算第部分 用物性值进行计算 定义 本标准采用下列定义文中出现的符号所代表的含义及数值和单位见附录 压缩因子压缩性因子因子 在规定压力和温度下 任意质量气体的体积与该气体在相同条件下按理想气体定律计算的气体体 积的比值 真实理想 理想 真实 式中绝对压力 热力学温度 表征气体的一组参数 原则上可以是摩尔全组成 或是一组特征的相关物化性质 或者 是两者的结合 气体的摩尔体积 摩尔气体常数 与单位相关 压缩因子 无量纲 值通常接近于 密度 见中 摩尔组成 用摩尔分数或摩尔百分数表示的均匀混合物中每种组分的比例 给定体积的混合物中组分的摩尔分数是组分的摩尔数与混合物中所有组分的总摩尔数 即 所有组分摩尔数之和 之比摩尔任何化合物所含物质的量等于以克为单位的相对摩尔质量相对摩 尔质量的推荐值见 对于理想气体 摩尔分数或摩尔百分数与体积分数或体积百分数值完全相等对真实气体 两者一 般不是精确相等 摩尔发热量摩尔热值 摩尔气体在空气中完全燃烧所释放的热量在燃烧反应发生时 压力保持恒定 所有燃烧产物 的温度降至与规定的反应物温度相同的温度 并且除燃烧生成的水在温度下全部冷凝为液态外 其余所有燃烧产物均为气态 摩尔发热量仅包含天然气中的烃类部分 即对不可燃及惰性组分 主要是和和其他可 燃组分 如和不予考虑 燃烧参比条件 温度为压力为 高位发热量 体积基总发热量 单位体积的气体在空气中完全燃烧所释放的热量 在燃烧反应发生时 压力保持恒定 所有燃烧 产物的温度降至与规定的反应物温度相同的温度 并且除燃烧生成的水在温度下全部冷凝为液态 外 其余所有燃烧产物均为气态 高位发热量包含天然气中所有可燃组分 燃烧参比条件 温度为压力为 体积计量参比条件 温度为压力为 注附录给出换算因子 能使在其他的计量参比条件和燃烧参比条件 包括石油气体标准 参比条件 见下测得的高位发热量和相对密度 换算为所给出计算方法中使用 的输入数据 相对密度 见中 相对密度包含天然气中所有组分 注干空气的标准组成见的表 体积计量参比条件 见注温度为压力为 压缩因子的预期不确定度 置信水平下真值 未知 的置信区间 即不确定度既可用绝对值 也可用 百分数表示 方法原理 和计算方法所使用的方程是基于这样的概念 任何天然气容量性质均可 由组成或一组合适的 特征的可测定物性值来表征和计算这些特性值和压力 温度一起用作计算方法 的输入数据 气体混合物的容量性质可直接从分子发生作用 碰撞 的数目和类型推导出 从这个意义上讲 能够 清楚地判明混合物中每种分子的成分及其在整个混合物中的比例的方法 在某种程度上比其他方法更 为重要 给出的计算方法要求对气体进行详细的摩尔组成分析该分析包括 摩尔分数超过的所有组分 所有组分的摩尔分数之和应等于对典型的管输气 分 析组分包括碳数最高到或的所有烃类及和对含人工掺合物的天然气和 也是重要的分析组分对更宽类别的天然气蒸气和等也是分析组分 该计算方法使用的方程是详细特征方程 表示为方程该方程是美国气体协 会于年发表的号报告 天然气和其他烃类气体的压缩性和超压缩性 中提出的压缩 因子计算用状态方程 给出的计算方法用高位发热量和相对密度两个特征的物理性质及 的含量作为输入数据 注原则上可使用高位发热量 相对密度含量和含量中任意三个变量计算压缩因子这些计算方法从本 质上讲是等效的但本标准推荐使用由前面三个变量组成的计算方法 该计算方法尤其适用于无法得到完全的气体摩尔组成的情况 它的优越之处还在于计算相对简单 对含人工掺合物的气体 需要知道的含量 该计算方法使用的方程是方程 该方程是欧洲气体研究集团于年发表的 技术报告 天然气和类似混合物压缩因子计算选择方法现场用简化的维利方程 中提出的立足于天然气物性的压缩因子计算用状态方程 已用大容量 高精度的压缩因子实验测定数据库 其中多数可溯源到相关的国际计量标 准对和计算方法进行了评价 两种计算方法在输气和配气压力及温度范围 内性能基本相等 指南 管输天然气 管输气 管输气主要由组成 摩尔分数大于高位发热量通常为其中和 是主要的稀释物 各自的摩尔分数最高为 管输气中摩尔分数最高为和更高碳数烃类的含量 随碳数增加呈 现降低趋势管输气中的和等微量组分 摩尔分数一般低于含人工掺合物的天 然气和各自的摩尔分数最高为和同时还可能含少量没有其他的如湿气 酸 气中存在的组分蒸气和以大于痕量的含量存在 管输气中还不应存在气溶胶 液体或颗 粒物管输气中微量和痕量组分应按的规定处理 上述定义的管输气并不排除在管线中输送含其他组分的天然气 使用本标准所允许的管输气组成范围见表 表允许的管输气的组成范围 组分摩尔分数 主要组分 和更高碳数烃类 微量和痕量组分 总的未确定组分 注将本条中的高位发热量换算为我国石油气体标准参比条件下的高位发热量 则管输气高位发热量范围为 输配计量 本标准主要用于管输气输配中的压缩因子计算输气和配气的条件范围如下 在以上条件范围内和给出的和计算方 法是等效的 用摩尔组成进行计算计算方法 该计算方法用于已获得详细摩尔组成分析数据的任何管输气分析组分包括 和直至的更高碳数烃类 若摩尔分数大于对表后 部分确定的微量和痕量组分 必须确认其含量在表中所示的范围内 对任何不可忽略含量的其他微量和 痕量组分 应按的有关规定处理 在提供的条件范围内用该方法计算的压缩因子值 同根据发热量 相对密度和含量计 算得到的压缩因子值等效 该计算方法可在对组成进行定期或半连续测定的所有场合应用 用物性值进行计算计算方法 该计算方法可用于高位发热量相对密度并已知和含量的 任何管输天然气 在提供的条件范围内用该方法计算的压缩因子值 同根据摩尔组成全分析计算得到的压缩 因子值等效 该计算方法可在对高位发热量和相对密度进行定期或连续测定的所有场合应用 注将本条中的高位发热量和相对密度换算为我国石油气体标准参比条件下的高位发热量和相对密度 则 计算方法适用的高位发热量范围为相对密度范围为 人造气体 给出的计算方法和给出的计算方法均不 宜用于人造气体的压缩因子计算 这是因为此类气体含有大量的典型天然气中不存在的化学物质 或不 符合典型天然气的组分含量比例 见 当人造气体的组成与天然气可能的组成相近 所有组分的含量均在给出的浓度范围内 而且 以上的烃类或者没有 或者其含量随碳数增加有规律地降低 此时上述两种计算方法均可应用于人 造气体从不含以上烃类的角度看 液化天然气属于此类人造气体范畴 此外计算方法可用于含量不超过规定浓度限的 含焦炉煤气的天然气 但该方法 不能用于未经稀释的焦炉煤气 预期不确定度 如果对所有相关的输入变量均给定精确的值 则在规定的管输气组成和物性值范围及 规定的输配压力和温度范围内 用和给出的计算方法计算压缩因 子时 预期不确定度为 唯一的例外是对摩尔分数大于或摩尔分数大于相应的上限为的气体 仅当前者压力不大于后者压力不大于时给出的计算方法 的预期不确定度才为 输入变量的任何不确定度都会使计算结果产生更大的不确定度计算结果对输入变量准确度的敏 感度主要取决于 每一个输入变量的量值 每个输入变量相对其他输入变量值的自由度 多数情况下 计算结果对所有输入变量的最大敏感度是在最大压力和最低温度 下得到的 表中列出的各输入变量的无关联不确定度 会对压力为温度在范围内的压 缩因子计算结果产生约的附加不确定度 表所允许的输入变量不确定度 输入变量允许的不确定度 高位发热量 相对密度 压力 温度 惰性组分的摩尔分数 和 选择计算方法不仅应考虑适宜的输入变量形式 而且要考虑输入变量的准确度 在不清楚仪器准确 度是否足够的情况下 使用者应在所关心的最高压力和最低温度下 对典型的气体样品进行压缩因子计 算 以便得到相对于所有输入变量微小独立偏差的敏感度 更宽范围的压力和温度 和计算方法在给出的压力和温度范围以外使用时 准确度降低 计算方法外推使用比计算方法更准确在正常输气和配气条件范围以外 应用时 一般优先选择计算方法 方法计算的预期不确定度很大程度上取决于气体的组成和所关心的温度 压力条 件对在任何选定条件下计算方法的预期不确定度做了进一步的评述 在 更宽范围的压力和温度下 压缩因子计算的不确定度有时几乎与在天然气输气和配气条件范围内进行 压缩因子计算的不确定度一样小但在温度和压力极限条件下 压缩因子计算的不确定度将会非常大 由于缺乏高准确度实验数据 要估计此不确定度值是相当困难的 其他的气体及应用 引言 需要知道压缩因子的流体并不都是管输天然气例如 未处理 井口 或部分处理的天然气 一般不 在所规定管输气范围内人造气体也不在其范围内对此类气体只要加上某些限制以及增加不 确定度 仍可使用和所描述的方法计算压缩因子 此类气体一般不会送 至最终的用户 对大多数要求计算压缩因子的应用 其压力和温度是落在规定范围之内的 当放宽允许的压力 温度和组成范围时 明确的计算指南 以及计算不确定度 是难以给出的 非烃含量高的气体以上烃类含量高的气体 某些供配气用的天然气中或更高碳数烃类的含量超过了计算不确定度所 要求的含量范围本标准中 如果气体中的摩尔分数超过或摩尔分数超过这种气 体就称为 非烃含量高的气体如果摩尔分数超过或及其以上组分的摩尔分数超过 这种气体就称为以上烃类含量高的气体 和所推荐的计算方法均可应用于非烃含量高的气体和以上烃类 含量高的气体 但计算的预期不确定度会有所增加 例如给出的计算方法用于摩尔分数不大于和摩 尔分数各自为和的天然气 当压力在最高至的范围内时 计算不确定度在 以内以组分的摩尔分数为函数 在和用图示法详细估算了两种方法的 计算不确定度 图中在宽的温度范围内 以压力分别对和的摩尔分数作图 预期不 确定度则作为一个参数示出此图示法最大的问题是缺乏高准确度实验数据 湿气和酸气 此类气体是由不符合管输气要求的气体组成 其中包括管输气不希望有的气体组分 此类气体一般 可能是未处理 井口 或部分处理的天然气 可能含有大大超过列出组分含量的蒸气 此类 气体称为 湿气此类气体称为 酸气和也许还含有微量的以及处理流体的蒸气 如 甲醇和乙二醇等 只要不希望有的组分仅限于蒸气和则给出的计算方 法适用于任何此类气体 但是预期不确定度显著增加给出的计算方法不能 用于此类气体 人造气体 人造气体包括如下两种不同种类 一种是人造天然气或天然气代用品 其组成和性质与天然气相似 第二种是实际使用中作为替代或提高天然气效能的气体 其组成不同于天然气 在情况下 如果组成与可能的天然气无差别 则和给出的计算方 法同样适用 而且不确定度不会有所增加 见然而 实际上几乎不可能有这种情况 更常见的情 况是 即使人造气体含有恰当比例的惰性组分和低碳数烃类 但其不含天然气特有的尾烃组分 而可能 含有少量但影响很大的非烃组分此情况对预期不确定度所产生的影响是难以估计的 属于情况的人造气体包括城市煤气未稀释的 焦炉气和液化石油气 空气混合物等 这些气体 中没有一种组成与天然气相似 虽然液化石油气 空气混合物可与天然气互换使用给 出的计算方法不适用于这类气体 可使用给出的计算方法 但 预期不确定度极难估计 预期不确定度小结 图对和推荐计算方法的预期不确定度作了小结对不同含量的 和以压力和摩尔分数作直方图 给出了以下种情况下计算的预期不确定度 处于输气和配气正常压力和温度范围 温度压力内的管输气 在输气和配气正常温度范围内 而压力处于更宽范围 最大值为的管输气 温度压力的更宽组成范围的气体摩尔分数最高至摩尔 分数最高至摩尔分数最高至 绘制此直方图所依据的更详细信息见和的附录涉 及温度和压力主要范围以外的计算性能信息见和的图 用摩尔组成进行计算的方法 用物性值进行计算的方法 管输气 温度压力 管输气 温度压力 更宽组成范围的气体 温度压力 图和规定计算方法的预期不确定度 相关性质的计算 本标准的主要目的是计算压缩因子 但也可用和所描述方法计算 天然气流体的其他性质摩尔密度是摩尔体积真实 的简单倒数 如果已知摩尔密度 就能从方程和计算得到 摩尔密度与平均摩尔质量相对分子质量 相乘 可得到质量密 度而平均摩尔质量可由表征流体特性的摩尔组成计算得到 如果不知道流体摩尔组成 则质量密度可由管输条件和标准状态下的压缩因子与相对密度及已知 的标准状态下干空气的质量密度来计算 见方程 附录 标准的附录 符号和单位 符号含义数值单位 相对密度变量 摩尔发热量变量 高位发热量变量 摩尔质量变量 绝对压力变量 摩尔气体常数 热力学温度变量 摩尔体积变量 组分的摩尔分数变量 一组性质 压缩因子变量 压缩因子的预期不确定度 的置信水平 变量 质量密度变量 摩尔密度 附录 提示的附录 计算机程序 四川石油管理局天然气研究院已按 天然气压缩因子的计算 标准 采用编程语言 在中文 平台下编制了压缩因子计算软件 经验证研究证明该软件与中描述的计算程 序等效该软件可从天然气专业标准化技术委员会秘书处获得
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