资源描述：
前言 本标准等效采用天然气压缩因子的计算用摩尔组成进行计算本标准在技 术内容上和编写格式与完全一致本标准取消了国际标准中的附录附录 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有所差 别 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 导论和指南第部分 用摩尔组成 进行计算第部分 用物性值进行计算本标准是第部分用摩尔组成进 行计算 本标准的附录附录附录附录是标准的附录 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 附录附录附录附录是标准的附录附录附录附录是提示的附录 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 天然气压缩因子的计算 第部分 用摩尔组成进行计算 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 计算方法该计算方法是用已知的气体的详细的摩尔分数组成和相关压力 温度计算气体压缩因子 该计算方法又称为计算方法 主要应用于在输气和配气正常进行的压力和温度 范围内的管输气 计算不确定度约为也可在更宽的压力和温度范围内 用于更宽组成范围的气 体 但计算结果的不确定度会增加 见附录 有关该计算方法应用范围和应用领域更详细的说明见 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 力学的量和单位 热学的量和单位 天然气发热量 密度 相对密度和沃泊指数的计算方法 天然气压缩因子的计算第部分 导论和指南 定义 相关于本标准的所有定义见文中出现的符号所代表的含义及单位见附录 计算方法 原理 计算方法所使用的方程是基于这样的概念 管输天然气的容量性质可由组成来表征 和计算组成 压力和温度用作计算方法的输入数据 该计算方法需要对气体进行详细的摩尔组成分析分析包括摩尔分数超过的所有组分 对典型的管输气 分析组分包括碳数最高到或的所有烃类 以及和对其他气体 分析 需要考虑如蒸气和等组分对人造气体和也可能是重要的分析组分 方程 计 算 方 法 使 用详 细 特 征 方 程下 面 表 示 为方 程 见 该方程是扩展的维利方程 可写作 式中压缩因子 第二维利系数 摩尔密度 单位体积的摩尔数 对比密度 常数 见表 温度和组成的函数的系数 对比密度同摩尔密度相关 两者的关系由下式给出 式中混合物体积参数 摩尔密度表示为 式中绝对压力 摩尔气体常数 热力学温度 压缩因子的计算方法如下 首先利用附录给出的相关式计算出和然后通 过适当的数值计算方法 求解联立方程和得到和计算程序流程见图 输入变量 计算方法要求输入的变量包括绝对压力 热力学温度和摩尔组成 摩尔组成是以摩尔分数表示下列组分 和 注如果摩尔分数未知 允许用表示总的摩尔分数 应进行敏感度分析 以检验此近 似法是否会使计算结果变差 摩尔分数大于的所有组分都必须在计算中考虑痕量组分 如等 应按表中指定 的赋值组分处理所有组分的摩尔分数之和为 如果已知体积分数组成 则应将其换算成摩尔分数组成 具体换算方法见 表微量和痕量组分一览表 微量和痕量组分指定赋值组分 丙烯 丙二烯 丁烯 丁二烯 新戊烷 戊烯 苯 环戊烷 同分异构体 环己烷 乙苯 二甲苯 同分异构体 环庚烷 甲苯 同分异构体 同分异构体 同分异构体和更高碳数烃类 应用范围 管输气 计算方法对管输气的应用范围如下 绝对压力 热力学温度 高位发热量 相对密度 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 则高位 发热量范围为相对密度范围为 天然气中各组分的摩尔分数应在以下范围以内 和更高碳数烃类 所有摩尔分数大于的组分都不可忽略微量和痕量组分见表并按指定的赋值组分处 理 计算方法仅适用于单相气态 高于露点 混合物在操作压力和操作温度下压缩因子计 算 更宽的应用范围 超出所给出范围的应用范围如下 绝对压力 热力学温度 高位发热量 相对密度 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 则更宽的 高位发热量范围为相对密度范围为 天然气中主要组分摩尔分数允许范围如下 管输气中微量和痕量组分含量范围见在超出以上范围应用时方法的计算性 能见附录 不确定度 管输气压缩因子计算的不确定度 计算方法在给出的管输气应用范围 温度为压力最大为 内 计算结果的不确定度为见图当温度高于压力在最大为的范围内时 计 算结果的不确定度也为 图压缩因子计算的不确定度范围 给出的不确定度范围仅适合于满足 下面条件的天然气和类似气体 温度低于时 仅当压力在最高至的范围内 计算结果的不确定度才能保持在 内 不确定度水平是通过将天然气压缩因子计算值与实验值数据库相比较而得到的另外还同由称量 法配制的模拟天然气混合物的压缩因子实验数据作了详细比较用于试验本计算方法的两个数据库中 实验测定值的不确定度在以内 更宽的应用范围压缩因子计算的不确定度 超出给出气质范围的气体压缩因子计算的预期不确定度见附录 输入变量不确定度的影响 表列出的是相关输入变量的典型不确定度值 这些值可在最优操作条件下获得 根据误差传播分析 输入变量的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当压力大于时 附加不确定度会更大 且大致与压 力成正比例增加 表相关输入变量的典型不确定度值 输入变量绝 对 不 确 定 度 绝对压力 热力学温度 惰性组分的摩尔分数 和 结果的表述 压缩因子和摩尔密度计算结果应保留至小数点后四位或五位 同时给出压力和温度以及所使用的 计算方法计算方法验证计算机程序时 压缩因子计算结果应给出更多 的位数 附录 标准的附录 符号和单位 符号含义单位 常数 表 第二维利系数 混合物交互作用系数 方程和方程 常数 表 常数 表 与温度和组成相关的系数 组分的特征能量参数 表 组分的特征能量参数 表 第二维利系数的二元能量参数 第二维利系数的二元能量交互作用参数 表 混合物高温参数 组分的高温参数 表 组分的高温参数 表 常数 表 混合物定位参数 组分的定位参数 表 组分的定位参数 表 二元定位参数 二元定位交互作用参数 表 常数 表 高位发热量 体积参数 组分的体积参数 表 组分的体积参数 表 二元体积交互作用参数 表 常数 表 摩尔质量 组分的摩尔质量 气体混合物的组分数 整数 绝对压力 四极参数 组分的四极参数 组分的四极参数 常数 表 气体常数 组分的偶极参数 表 组分的偶极参数 表 常数 表 热力学温度 混合物能量参数 混合物二元能量交互作用参数 表 常数 表 组分的组合参数 表 组分的组合参数 表 常数 表 组分在气体混合物中的摩尔分数 组分在气体混合物中的摩尔分数 压缩因子 质量密度 气体的对比密度 摩尔密度 附录 标准的附录 计算方法描述 概述 计算气体混合物压缩因子使用给出的方程本附录将详细描述用 方程进行压缩因子计算的有关方法和计算机执行程序 并给出必要的常数值验证计算机程序用 的压缩因子数据见附录如果计算机程序能够得到与附录中数据相等的计算结果 则可使用 计算方法的计算机执行程序 计算概述 输入热力学温度绝对压力和混合物中各组分的摩尔分数 注当压力和温度用非和的其他单位表示时 必须分别换算成以和表示的值 有关换算因子见 和以及附录 计算状态方程系数和两者均取决于和 利用改写的状态方程 迭代求解摩尔密度以得到压力 当由计算出的压力与的输入压力 在规定的收敛范围内 如相一致 时 即得到压缩因子计算值 计算程序流程见图 图计算方法的程序流程图 计算步骤 输入绝对压力热力学温度和天然气混合物中各组分的摩尔分数 根据中输入的热力学温度和天然气组分摩尔分数计算与组成和温度有关的状 态方程系数和 第二维利系数按方程计算 二元参数和由方程和计算 注除了表中给出的和外 所有其他二元交互作用参数和的值都是 系数由方程计算 用以下共形求解混合方程计算混合物参数和二重加和时从变化 而相对每一 个值从变化 注除了表给出的和外 所有其他的二元交互作用参数和的值都为表 中的而其他组分的值都为水的而其他组分的值都为 在压缩因子的计算中 气体的组成热力学温度和绝对压力都是已知的 问题在于要 用表示压力的状态方程来计算摩尔密度将定义压缩因子的方程代入方程见获得 压力的状态方程 方程用标准状态方程密度检索法求解由于已获得压力的表达式 方程则求解摩 尔密度使计算出的压力与输入的压力两者的差值在预先设定的范围 如以内 对比密度通过混合物体积参数与摩尔密度相关联 见中方程 混合物体积参数由方程计算 注求和时 下标指的是气体混合物中第个组分 下标指的是气体混合物中第个组分指的是混合物中 的组分数单重求和中是间的整数值例如 对含个组分的混合物单重求和中将有 项 二重求和中从变化 而相对每一个值从变化例如 对含个组分的混合物 如 果的值都不为则二重求和将有项 由于许多的值都为因此对许多天然气混合物 二重求 和中非零项的数目很少除了表给出的外 所有其他的的值都为 求出摩尔密度后 利用压力 温度 摩尔密度和摩尔气体常数计算压缩因子 密度可由方程计算 式中根据方程计算 密度值应保留至小数点后第三位 表状态方程参数 表续 表完 表特征参数 识 别 号 化合物 摩尔质量能量参数体积参数 定位参数四极参数高温参数偶极参数 组合参数 表完 识 别 号 化合物 摩尔质量能量参数体积参数 定位参数四极参数高温参数偶极参数 组合参数 表二元交互作用参数值 识别号 化合物对 表续 识别号 化合物对 表完 识别号 化合物对 附录 标准的附录 计算示例 用经过验证的计算机程序 对下述实例 见表进行了压缩因子计算 所得出的压缩因子计算结 果 见表可作为编制的计算机程序验证用数据 如果编制的计算机程序能够得到与之相等的计算结 果 则可使用该经验证的计算机程序包含附录中所描述的计算机执行程序 表以摩尔分数表示的气体组成分析数据 气体组成气样气样气样气样气样气样 表压缩因子计算结果 输 配 条 件 气样气样气样气样气样气样 附录 标准的附录 压力和温度的换算因子 如果输入压力和温度的单位不是和为了使用附录描述的计算机执行程序进行计算 应 作单位换算部分换算因子如下 压力 温度 附录 提示的附录 更宽范围的应用效果 在温度压力最高至的范围内 利用实验测定值数据库 对计算 方法进行了全面检验 这些实验数据取自给定组成范围内的管输气 见在此组成范围内压缩因 子计算的不确定度已在中给出 对更宽范围 对组成而言 天然气 见压缩因子计算的不确定度的粗略估计 见图图 图中以压力为纵坐标 横坐标分别为和含量 图计算高含天然气压缩因子时不确定度的估计范围 图图显示了在压力最高为的范围内计算方法的应用效果不确定 度范围取决于压力 温度和组成 也强烈地受到相界位置的影响图图中给出的不确定度极限 是在最坏情况下获得的结果 也就是说它们不是最佳选择 实验数据不足以决定不确定度范围的边界位置时 用虚线将所估计的不确定度区划为两个区域 气 体全组成对相界位置会有强烈的影响 使用者应当进行相界计算 图计算高含天然气压缩因子时不确定度的估计范围 图计算高含天然气压缩因子时不确定度的估计范围 图计算高含天然气压缩因子时不确定度的估计范围 压力最高至温度在时 压缩因子计算的综合结果总结如下 在给定的压力和 温度范围之内 只有组分摩尔分数在表列出值范围内的气体 其压缩因子计算的不确定度才分别在 和以内 表计算方法的计算综合结果 不确定度 允许的摩尔 分数范围 组分
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