GBT 17747.2-2011 天然气压缩因子的计算 第2部分：用摩尔组成进行计算

5060E 24 囝园中华人民共和国国家标准 177472201 1代替 1774721999天然气压缩因子的计算第2部分：用摩尔组成进行计算of ：2213006，01206一01实施宰瞀鳃紫瓣訾襻赞星发布中国国家标准化管理委员会况19前言1范围术语和定义4计算方法范性附录)附录B(规范性附录)附录C(规范性附录)附录D(规范性附录)附录E(资料性附录)目 次 177472201 1-1-一-1-1符号和单位72一9计算示例16压力和温度的换算因子17更宽范围的应用效果18刖 菁 177472201 1 17747天然气压缩因子的计算包括以下3个部分：第1部分：导论和指南；第2部分：用摩尔组成进行计算；第3部分：用物性值进行计算。本部分是第2部分。本部分按照 112009给出的规则起草。本部分代替 177472然气压缩因子的计算第2部分：用摩尔组成进行计算。本部分与 1774721 999相比主要变化如下：一一按22132：2006修改了表1“微量和痕量组分一览表”中的内容；一一修改了图中的符号和图注；删除正文中不确定度数值前的“士”号。本部分使用重新起草法修改采用22132：2006(天然气压缩因子的计算第2部分：用摩尔组成进行计算。本部分与2213006的主要差异是：第2章规范性引用文件中，将一些适用于国际标准的表述修改为适用于我国标准的表述，余章节对应内容也作相应修改；在441和442增加了将高位发热量和相对密度换算为我国天然气标准参比条件下相应值的注；将B211中注的内容移至43最后一段；删除正文中不确定度数值前的“士”号；一一删除新起草本部分前言；删除第5章的内容；一一删除附录部分由全国天然气标准化技术委员会(c 244)归口。本部分起草单位：中国石油西南油气田分公司天然气研究院、中国石油西南油气田分公司安全环保与技术监督研究院。本部分主要起草人：罗勤、许文晓、周方勤、黄黎明、常宏岗、陈赓良、李万俊、曾文平、富朝英、陈荣松、丘逢春。1范围天然气压缩因子的计算第2部分：用摩尔组成进行计算 1 7747220 11 17747的本部分规定了天然气、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气体的详细的摩尔分数组成和相关压力、温度计算气体的压缩因子。该计算方法又称为2要应用于在输气和配气正常进行的压力户和温度算不确定度约为01。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E)。有关该计算方法应用范围和应用领域更详细的说明见 177471。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。1023 1993力学的量和单位10241993热学的量和单位 11062度、相对密度和沃泊指数的计算方法(976：1995，B2011天然气压缩因子的计算第1部分：导论和指南(221 3006，术语和定义177471给出的术语和定义适用于本文件。文中出现的符号所代表的含义及单位见附录A。4计算方法41原理2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人数据。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0000 05的所有组分。对典型的管输气，分析组分包括碳数最高到及N。、其他气体，分析需要考虑如组分。对人造气体，2 面表示为2177471)；1 177472201 1该方程是扩展的维利方程，可写作方程(1)：18 58P。一Prc：+c：(6。一c。6妒：)硭中：一) (1)_一15 一13式中：Z压缩因子；B第二维利系数；P。摩尔密度(单位体积的摩尔数)；对比密度；b。，c。，k。常数(见表B1)；c：温度和组成函数的系数。对比密度者的关系由方程(2)给出p。=中：K混合物体积参数。摩尔密度表示为方程(3)：口。一p(3)式中：p绝对压力；R摩尔气体常数；T热力学温度。压缩因子先利用附录8)。然后通过适当的数值计算方法，求解联立方程(1)和(3)得到舳和z。计算程序流程见图B1。43输入变量2力学温度和摩尔组成。摩尔组成包括下列组分的摩尔分数：N：、r、C。H。、nc。H。、ic。H。、。：、i67。910z、2S、：如果C HC 许用C。+表示总的摩尔分数应进行灵敏度分析，以检验此近似法是否会使计算结果变差摩尔分数大于0000 05的所有组分都必须在计算中考虑。痕量组分(如c：H。等)应按表1中指定的赋值组分处理。所有组分的摩尔分数之和为00 1。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 11062压力和温度不以须将其分别换算成以关换算因子觅1023 1993和10241993以及附录D)。表1 微量和痕量组分一览表微量和痕量组分 指定赋值组分02 02e、e 2O=表1(续) 177472201 1微量和痕量组分 指定赋值组分氨 烯、乙炔、甲醇、氢氰酸 二烯、甲硫醇 二烯、硫氧碳、二氧化硫 新戊烷、戊烯、苯、环戊烷、二硫化碳 分异构体、环己烷、甲苯、甲基环戊烷 nC，同分异构体、乙基环戊烷、甲基环己烷、环庚烷、乙苯、二甲苯 nC。同分异构体、乙基环己烷 n 分异构体 H。同分异构体和更高碳数烃类 ”C 应用范围441管输气2对压力：0 p12 63 K丁338 0 MJs45 MJ55do80洼：将本条中的高位发热量和相对密度换算为我国天然气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2795MJ193MTm，相对密度范围为05500800天然气中各组分的摩尔分数应在以下范围以内：O7z(1x(O20x()020x(0108 Ox(8)0035C0z(O01512 Ox(12)0005H Ox(l)O Oz(0000 5oz(O000 5_z(O103 177472201 14z(0034z(0005H：O 04z(0000 15所有摩尔分数大于0000 05的组分都不可忽略。微量和痕量组分见表l，并按指定的赋值组分处理。2于露点)混合物在操作压力和操作温度下压缩因子计算。442更宽的应用范围超出441所给出范围的应用范围如下：绝对压力：0 p65 25 KT350 550高位发热量：20 M Js48 M MJ本条中的高位发热量和相对密度换算为我国天然气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1864 473 MJm，相对密度范围为055000。天然气中主要组分摩尔分数允许范围如下：50z(1_004z(0504z(40304z(0204x(0054z(H：)4010管输气中微量和痕量组分含量范围见441。在超出以上范围应用时，25不确定度451 管输气压缩因子计算的不确定度21给出的管输气应用范围(温度为263 K350 K，压力最大为12 ，计算结果的不确定度为01(见图1)。当温度高于290 K，压力在最大为30 算结果的不确定度也为01。温度低于263 当压力在最高至10 算结果的不确定度才能保持在01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(天然气压缩因子计算示例见附录c)。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01以内。芒=爸 177472201 1压力了温度1Z01；2O1O2；3O2O5注：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：x(O20、x(O20、I(6)010、x(H：)O10、30MJs45m、055丞0，80图1 压缩因子计算的不确定度范围452更宽应用范围压缩因子计算的不确定度超出441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E。453输入变量不确定度的影响表2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6 度在263 K338 的附加不确定度。当压力大于6 加不确定度会更大，且大致与压力成正比例增加。表2相关输入变量的典型不确定度值输人变量 绝对不确定度绝对压力 o0215 001x(0001 17747220 11表2(续)输入变量 绝对不确定度x(0001z( 0001z(0001x(0000 5z(C0000 3x(00001z(x(o001454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( 177472，验证计算机程序时，压缩因子计算结果应给出更多的位数。符 号口b。附录A(规范性附录)符号和单位含 义常数(表B1)第二维利系数混合物交互作用系数方程(B1)和方程(B2)常数(表B1)常数(表B1)与温度和组成相关的系数组分B2)组分B2)组分B1)混合物定位参数组分B2)组分3)常数(表B1)高位发热量体积参数组分B2)组分B3)常数(表B1)摩尔质量组分58)绝对压力 177472201 1单 位m3m。3(m3”7“m33kg 17747220”四级参数组分B1)气体常数(一o008 314 510)组分B2)组分B1)绝对温度混合物能量参数混合物二元能量交互作用参数(表B3)常数(表B1)组分B2)组分B1)气体混合物中组分)m 3五概述附录B(规范性附录) 1774722011使用42给出的2附录将详细描述用2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c。如果计算机程序能够得到与附录可使用。B2 21计算程序概述B211输入热力学温度T，绝对压力B212计算状态方程系数两者均取决于丁和z；B213利用改写的状态方程，迭代求解摩尔密度P。，以得到压力p；B214当由B213计算出的压力与B211的输入压力，在规定的收敛范围内(如110“)相一致时，即得到压缩因子计算值。计算程序流程见图B1。图B1 177472201 1B22计算步骤B221 输入热力学温度T，绝对压力B222根据B221中输入的热力学温度丁和天然气组分摩尔分数z。，计算与组成和温度有关的状态方程系数8)。第二维利系数1)计算：混合交互作用系数2)计算：j+1一g_)h(1一吼)k(一)(s；s，+1一s。)一(w,一姒)、(B2)二元参数3)和(B4)计算：E#一E；(E。E，)“2 (B3)G。一G：(，)2 (B4)注B1：除了表B3中给出的目和G：外，所有其他二元交互作用参数耳和G：的值都是10系数c：(8)由方程(B5)计算：c：一n。(G+lg。)(一q。)(F+1一，_)7一 (B5)用共形求解混合方程(B6)(B9)计算混合物参数u、重加和时，相对每一个i值，一X。E。E)572 (B6)1)(G+G，) (B7)(B8)(B9)注B2：除了表R 3给出的、写、有其他的二元交互作用参数、。表2中H：的F(H)一10，而其他组分的的w(10，而其他组分的223在压缩因子体的组成z。、热力学温度题在于要用表示压力将定义压缩因子)代人方程(3)(见42)，获得压力的状态方程(B10)：18 58+马D。一Prc：+c：(6。一“五。P：一)砧“P：t)(B10)=13 一13方程(B10)用标准状态方程密度检索法求解。由于已获得压力程(B10)3，则求解摩尔密度风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110“)以内。对比密度关联见42中方程(2)。混合物体积参数11)计算：N z，K；72)2+2zz，(K；一1)(K。K，)sz (B11)II tl，一斗1注：求和时，下标标指的是混合物中的】0)暮_H。一下口。H一+、)，【一U*一9=M+一一一 1 7747220 11组分数。单重求和中，间的整数值。例如，对含12个组分的混合物，N12，单重求和中将有12项；二重求和中一1变化，而相对每一个i值，l如，对含12个组分的混合物，如果的值都不为10，则二重求和将有66项。由于许多K。的值都为10，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B3给出的K。外，所有其他的K。的值都为1oB23求出摩尔密度用压力、温度、摩尔密度和摩尔气体常数计算压缩因子，见方程(B12)。Zp(口。(B12)密度13)计算：p=p。 (B1 3)式中，14)计算：密度值应保留至小数点后第三位。表B1状态方程参数6I k， f1 o153 832 600 1 0 0 0O 0 0 O O 341 953 000 1 0 0 05 0 0 0 O 03 2998 583 000 l O O 10 O 0 0 0 o048 312 280 l O 0 35 0 O 0 O 05 0375 796 500 1 0 O 一05 1 0 O O 1589 575 000 1 0 0 45 1 O 0 O 0053 588 470 1 0 0 o5 0 1 O 0 08 0886 594 630 1 O O 75 0 0 O 1 O710 237 040 1 0 0 95 O 0 O 1 147l 722 000 1 0 O 60 O 0 0 0 321 850 350 1 0 0 120 0 0 0 0 112 0786 659 250 1 0 O 125 0 O 0 O 113 2291 290109 1 l 3 6O O 0 l 0 o157 672 400 1 l 2 2o 0 O 0 0 015 0436 386 400 l 1 2 30 O 0 O 0 0044 081 590 l 1 2 20 0 l 0 0 0003 433 888 1 1 4 20 O O 0 0 032 059 050 1 l 4 110 0 O 0 O 024 873 550 2 0 0 05 0 O 0 O 073 322 790 2 0 0 o5 0 O O O 02l 一000l 600 573 2 1 2 00 O 0 O 0 642 470 600 2 1 2 4O 0 0 O O 0416 260 100 2 l 2 6o O 0 O 0 O066 899 570 2 l 4 21O O O O O 一 17747220 1 1表B1(续)巩 。 f25 0279 179 500 2 1 4 230 1 0 0 0 026 0696 605 100 2 1 4 220 0 1 O O 027 0002 860 589 2 1 4 10 0 0 l O 028 0008 098 836 3 O 0 05 O 1 O 0 029 3150 547 000 3 1 1 70 1 0 0 O 030 0007 224 479 3 1 1 10 0 0 1 O 031 0705 752 900 3 1 2 60 O O O O 032 0534 979 200 3 l 2 40 1 O 0 O 0079 314 910 3 1 3 10 1 O O O 1418 465 000 3 1 3 9O 1 O 0 0 5999 0510_17 3 1 4 130 O O 1 0 105 840 200 3 1 4 210 0 O 0 0 034 317 290 3 l 4 80 0 1 0 0 038 0007 022 847 4 0 O 05 0 0 0 0 039 0024 955 870 4 0 0 00 0 0 0 O 040 0042 968 180 4 1 2 20 0 0 0 O 746 545 300 4 1 2 70 0 O 0 O O291 961 300 4 l 2 90 O 1 0 0 294 616 000 4 1 4 220 O O 0 0 044 9936 757 000 4 1 4 230 O O O 0 045 0005 399 808 5 0 O 10 0 0 0 0 046 0243 256 700 5 1 2 90 O 0 O O 047 0049 870 160 5 l 2 30 0 1 0 0 003 733 797 5 1 4 80 O 0 O 0 874 951 000 5 1 4 230 0 1 0 O 050 0002 168 144 6 0 O 15 O O 0 0 051 0658 716 400 6 l 2 50 1 O 0 0 052 0000 205 518 7 O O 一05 0 1 O O 053 0009 776 195 7 1 2 40 0 0 0 O 054 0020 487 080 8 1 1 70 1 0 0 0 015 573 220 8 1 2 30 O O O O 006 862 415 8 l 2 00 1 O O O 000l 226 752 9 1 2 10 O 0 O 0 058 0002 850 908 9 1 2 00 0 l 0 O 特征参数 17747220 1 1摩尔质量 能量参数 体积参数识别化合物 M E K定位参数 四极参数 高位参数 偶极参数 组合参数号 G。 S： Wkg (m3)16043 0 151318 300 0461 925 5 00 00 00 00 002 8013 5 99737 780 0447 915 3 0027 815 00 00 00 003 44010 0 241960 600 0455 748 9 0189 065 0690 000 00 00 004 0070 0 244166 700 0527 920 9 0079 300 00 00 00 005 4097 0 298118 300 0583 749 0 0141 239 00 00 00 006 8015 3 514015 600 0382 586 8 0332 500 1067 750 00 1582 200 107 4082 0 296355 000 0461 826 3 0088 500 0633 276 00 0390 000 008 015 9 26957 940 O351 491 6 0034 369 O0 10 00 009 8010 0 105534 800 0453 389 4 0038 953 00 00 00 0010 1998 8 12Z766 700 0418 695 4 0021 000 00 0O 00 0011 iC8123 0 324068 900 0640 693 7 0256 692 00 00 00 0012 n8123 0 337638 900 0634142 3 0281 835 00 00 00 0013 2150 0 365599 900 0673 857 7 0332 267 00 00 00 0014 nCH 72150 0 370682 300 0679 830 7 0366 911 00 00 00 0015 卅86177 0 402636 293 0717 511 8 0289 731 00 00 00 0016 100204 0 427722 630 0752 518 9 0337 542 00 00 00 0017 卅114231 0 450325 022 0784 955 0 0383 381 00 00 00 0018 卅28258 0 470840 891 O815 2731 0427 354 00 00 00 0019 卅42285 0 489558 373 0843 782 6 0469 659 00 00 00 0020 002 6 2610 111 0358 988 8 00 00 00 00 0021 9948 0 119629 900 O421 655l 00 00 00 00 00表B3二元交互作用参数识别号化合物对 彤 。 N2 o971 640 0886 106 1003 6303 960 644 0963 827 0995 933 0807 6534 994 635 0990 877 1007 6196 708 2187 931 484 0736 833 1000 08013 177472201 1表B3(续)识别号化合物对 耳 d z 1170 520 1156 390 1023 260 1957 3109 990 12610 iC3012 水C989 844 0992 29l 0997 59613 一z 1002 35014 n 999 268 1003 670 1002 52915 加_107 274 1302 576 0982 96216 n880 880 1191 904 0983 56517 肛0880 973 1205 769 0982 70718 n881 067 1219 634 o981 84919 卅881 161 1233 498 0980 9912 3 N=+ 1022 740 0835 058 o982 361 0982 7464 0970 120 O816 431 1007 9605 945 939 0915 5026 o746 9547 H。S 0902 271 0993 476 0942 5968 086 320 o408 838 1032 2709 005 71010 02 1021 00011 0946 91412 n CH O973 384 O993 55613 i959 34014 0945 5203 4 925 053 0969 870 1008 510 0370 2965 o960 2376 849 408 1673 0907 955 052 1045 290 1007 7908 281 7909 500 000 0900 00010 0211 二C0906 84912 0897 36214表B3(续)6BF 177472201 1识别号化合物对 E： U K“ G：i 0726 25514 nCH o859 76415 nCH 0855 134 1066 638 0910 18316 n0831 229 1077 634 0895 36217 卅808 310 1088 178 0881 15218 786 323 1098 291 0867 52019 ”C 765 17l 1108 021 0854 4064 5 + 022 560 1065 173 O986 8936 693 1687 946 871 0971 926 0999 9698 164 460 1616 660 1020 3409 211 f C250 00012 n013 060 1250 i250 00014 nCH 1005 320 1250 0005 8 034 78712 1004 9007 15 n1008 692 1028 973 0968 13016 卅 1010 126 1033 754 0962 87017 月一CH 1011 501 I038 338 0957 82818 n012 821 1042 735 0952 44nCH 2 1014 089 1046 966 0948 3388 g 100 00021l iC300 00012 1300 00015 177472201 1附录C(规范性附录)计算示例用号报告中描述的经过验证的计算机程序对下述示例进行了压缩因子计算，该经验证的计算机程序包含附录C1 以摩尔分数表示的气体组成分析数据气体组成 1气样 24气样 3 8气样 4 8气样 5 4气样 6。气样x(o006 o005 o015 o016 o076 o011z(0003 o031 0010 0100 0057 0117z(O095 O0) 000 000 000 o010 000 000z( 0965 0907 0859 0735 0812 0826z( 0018 o045 0 0085 o033 0043 o035I( 0004 5 0008 4 0023 0007 4 0009 0007 5z(10) 0001 0 0001 0 0003 5 0001 2 000I 5 0001 2x(n0001 0 0001 5 0003 5 0001 2 0001 5 0001 2z(0000 5 0000 3 0000 5 0000 4 000 0000 4z(”一0000 3 0000 4 0000 5 0000 4 000 0000 4z( 0000 7 0000 4 000 0000 2 000 0000 2z() 000 000 000 00001 000 00001z(000 000 000 00001 000 000表C2压缩因子计算结果条 件P t 1 4气样 28气样 3 ”气样 5气样 6 4气样60 一315 0840 53 0833 48 0793 80 0885 50 0826 09 0853 8060 685 086l 99 0855 96 0822 06 0901 44 0849 69 0873 7060 1685 0880 06 0874 84 0845 44 0915 0l 0869 44 0890 5260 3685 0908 67 0904 66 0881 83 0936 74 0900 52 O917 2350 5685 093011 O926 96 0908 68 095318 O923 68 0937 30120 315 0721 33 0710 44 0641 45 0810 24 0695 40 0750 74120 685 0760 25 0750 66 0689 71 0837 82 0737 80 0785 86120 1685 079317 0784 75 0731 23 0861 37 0773 69 O815 69120 3685 084515 0838 63 0796 97 089913 0830 22