GBT 17747.2-1999 天然气压缩因子的计算 第2部分 用摩尔组成进行计算

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