GB T 17747.3-1999 天然气压缩因子的计算 第3部分 用物性值进行计算.pdf

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1、 GB!T 17747.3-1999 前主口本标准等效采用ISO12213-3，1997(天然气压缩因子的计算用物性值进行计算。本标准在技术内容和编写格式f与ISO1221.，-3，1997完全致。本标准取消了国际标准的附录F和附录G，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汹气体所采用的标准参比条件不同，为方便使用，在4.,1. 1和4.4. 2增加了注2和注3，在附录D的表Dl和表D4中补充了我国石油气体规定的标准参比条件和同本标准采用的参比条件间的换算关系式。夭然气压缩因于的讨算标准包括以下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

2、标准是第3部分(GB!T17747.31999)用物性值进行11.算。本标准的附录A、附录B、附录C、附录D是标准的附录。本标准的附录E是挺示的附录。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2罗勤、陈磨良、曾文平、许文晓、富朝英、陈荣松。GB/T 17747.3-1999 ISO前言ISO (国际标准化组织)是各国家标准化机构(ISO成员)组成的世界性的联合会。制定国际标准的工作通常由ISO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I

3、SO保持联恶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I作.ISO与IEC(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75%的成员同意，才能作为国际标准正式发布。国际标准ISO122n3是由天然气技术委员会ISO/TC193下的天然气分析分委员会制定的巳ISO 12213天然气压缩因子的计算标准包括以下3个部分t第l部分z导论和指南;第2部分g用摩尔组成进行计算;第3部分z用物性值进行计算。附录A、附录B、附录C、附录D是标准的附录。附录E、附录F、附录G是提示的附录。/i 1 范围中华人民共和国国家标准天然气压

4、缩因子的计算第3部分:用物性值进行计算Natural gas-Calculaton of cornpresson factor Part 3, Calculaton usng physcal propertes GB/T 17747.3-1999 eqv ISO 12213-3 ,1997 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高位发热量、相对密度和CO，含量及相应的压力和温度计算气体的压缩因子。如果存在儿，也需知道其含量，在含人工掺合物的气体中常有这种情况。注1已知高位发热量、相对密度、CO，吉量和N，吉量中任意三个

5、变量时，即可计算压缩因于。但N，啻量作为输入变量之的计算方法平作为推荐方法，般是使用前面三个变量作为计算的输人变量.该计算方法又称为SGERG-88计算方法，主要应用于在输气和配气正常进行的压力户和温度T范围内的管输气，不确定度约为土0.1%。也可用于更宽范围，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GB/T17747.1。2 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。GB/T 3102.3-1993 力学的量和单位G

6、B/T 3102.4-1993 热学的量和单位GB/T 11062-1998 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法(neqISO 6976 ,1 995) GB/T 17747.1-1999 天然气压缩因子的计算第T部分z导论和指南(eqvISO 12213-1 ,1 997) GB/T 17747.2-1999 天然气压缩因子的计算第2部分2用摩尔组成进行计算(eqvISO 12213 2 ,1 997) 3 定义相关于本标准的所有定义见GB/T17747.10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4. 1 原理SGERG-88计算方法所使用的方程是基于这样的概念

7、:管输天然气的容量性质可由一组合适的、特征的、可测定的物性值来表征和计算。这些特征的物性值与压力和温度一起作为计算方法的输入数据。该计算方法使用高位发热量、相对密度和CO，含量作为输入变量。尤其适用于无法得到气体摩尔全组成的情况，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.需知道H，的含量。4.2 SGERG-88方程国家质量技术监督局1999-05-17批准1999-12-01实施GB/17747.3-1999 SGERG-88计算方法是基于GERG-88标准维利方程(表示为SGERG-88方程，见GB/T 17747.1)。该SGERG-88方程是由MGERG-88维利方程推导出

8、来的。MGERG-88方程是基于摩尔组成的计算方法。SGERG-88方程可写作Z = 1 + Bpm十Cp(1 ) 式中zB、C高位发热量(H，)、相对密度(d)、气体混合物中不可燃和可燃的非怪组分(C02、H2)的含量及温度(T)的函数;卢刚摩尔密度。m由方程(2)得出:Pm二=户/(ZRT). ( 2 ) 式中:Z = /，(户，T,H. ,d ,xcoz ，x乌)( 3 ) SGERG-88计算方法把天然气混合物看成本质上是由等价怪类气体(其热力学性质与存在的短类的热力学性质总和相等)、NhCOhH2和CO组成的五组分混合物。为了充分表征短类气体的热力学性质，还需要知道娃类的发热量H凹，

9、压缩因子Z的计算公式如下gZ = /，(户，T，丸H，XCHX吨，X鸟，X吨，xco). ( 4 ) 为了能模拟焦炉混合气，般所采用的CO摩尔分数与H，含量存在一个固定的比例关系。若不存在H，(XH，0. 09时，在温度为263338K的范围内，仅当最大压力为6MPa时，计算结果的不确定度Ll.Z才能保持在土0.1%以内。不确定度水平是通过比较实测的天然气压缩因子数据而得到的。4.5.2 更宽的应用范围压缩园子计算的不确定度超出4.5. 1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.4.5.3 输入变量不确定度的影响表l列出的是相关输人变量的典型不确定度值，这些值可在最优操作条件下获

10、得。根据误差传播分析，输入变量的不确定度会对压力为6MPa，温度在263-338K范围内的压缩因子计算结果产生约土0.1%的附加不确定度。当压力大于6MPa时，附加不确定度会更大，且大致与压力成正比例增加。表l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士0.02MPa 热力学温度士0.15K xco, :1: 0. 002 XH, 土0.005相对密度土0.0013 高位发热量士0.06MJm-4.5.4 结果的表述压缩因子计算结果应保留至小数点后四位，同时给出压力和温度以及所使用的计算方法(GB/T 17747. 3.SGERG-88计算方法验证计算机程序时，压缩因子计算结果应

11、给出更多的位数。:F 符号bHO bH1 bH2 bHO(O) bHO (1) bHO(2) bH1 (0) bH1 (1) bH1 (2) bH,(O) bH, () bH,(2) bi (0) b., (1 ) b,/2) B BJCHC CHI CH2 C阳(0)CHO (1) CHO (2) CHI (0) HI (1) CHI (2) CH, (0) CH, (1) CH (2) i7队GB/T 17747.3-1999 附录A(标准的附录)符号和单位含义B摩尔发热量(HCH)展开式中的零次项(常数)方程(B20)JB11摩尔发热量(HCH)展开式中的一次项(一次)方程(B20)J

12、BII摩尔发热量(HCH)展开式中的二次项(平方)方程(B20)JbHO温度展开式中的项C方程(B21)J bH1温度展开式中的项方程(B21)J bH，温度展开式中的项t方程(B21)J 此温度展开式中的项方程(B22)J 第二维利系数方程(l)J组分z和组分1间二元交互作用第二维利系数方程(B22)JC1l1摩尔发热量(HCH)展开式中的零次项(常数)方程(B29)JCI11摩尔发热量(HCH)展开式中的一次项(一次)方程(B29汀CIll摩尔发热量(HCH)展开式中的二次项(平方)方程CB29)JCHo温度展开式中的项C方程(B30)J CHl温度展开式中的项方程CB30)JCH，温度展

13、开式中的项f方程(B30)J单位m3 kmol-1 m3 Mrl m3 kmol Mr m3 kmol-1 m ,1 kmol-1 K-1 m3 kmol-1 K-2 m3 Mrl m3 MJ-I K-1 m3 MJ-1 K m3 kmol Mr m3 kmol MJ-2 K-1 m3 kmol MJ- K- m3 kmol-1 m3 kmol-t K-1 m3 kmol-1 K-2 m3 kmol-1 m3 kmol-I m kmol-2 m kmol- 1 Mr m. Mr m kmol- m6 kmol-2 K-1 m6 kmol-2 K-2 m kmol-1 Mrl m kmol-1

14、MJ-I K-1 m kmol-1 Mrl K-2 m. Mr m6 MJ-2 K-1 m6 MJ-2 K-2 GB/T 17747.3-1999 Cij是(0)Cij品(1)C;川(2)C Cii d DHcH H, H M 户RTt v. x y Z p p. 附加的下标符号n CH co cO2 H, N, Cij昼温度展开式中的项方程(B31) 第三维利系数方程。)组分，、组分J和组分h间三元交互作用第三维利系数方程(B31)相对密度d(空气)=1.方程(Bl)迭代计算中摩尔发热量HCH的变化值方程(BI0)和(Bll) 高位发热量摩尔发热量摩尔质量t方程(B5)和(B8)绝对压力摩尔

15、气体常数热力学温度摄氏温度=T-273.15.方程(B27)摩尔体职(=1/ p.) 组分的摩尔分数二元非同类交互作用维利系数B12和B川表Bl)和三元非同类交互作用维利系数C怖的混合规则参数方程(B32)压缩因子质量密度方程(B8)和(B42)摩尔密度(=I/V.)意义标准状态(T.=273.15K.户.=101.325 kPa) 等价经类一氧化碳二氧化碳氢气氮气m6 kmol-2 m6 kmol . K-1 m6 kmol-2 K-2 m6 kmol-2 m6 kmol-2 MJ kmol- MJ m -3 MJ kmol- kg kmol- MPa MJ kmol- K- K m3 km

16、ol-1 kg m-3 kmol m-3 :i;-!J GB!T 17747.3-1999 附加的后缀符号意义(空气)标准组成的干空气L方程(B1)(D) 方程B(1)中使用的特别p值1 等价;怪方程(B12)和(B15) 2 氮气【方程(B12)和(B16)3 二氧化碳方程(B12)和(B17)4 氧气t方程(B12)和(B18)5 一氧化碳方程(B12)和(B19)(理想)理想气体状态(u) 迭代计数码(B2.1) (v) 迭代计数码(B2.2)(w) 迭代计数码(B4)附聚B(标准的附录)SGERG-88计算方法描述本附录给出了用于SGERG-88计算方法的方程和系数值。同时描述了SGE

17、RG-88计算方法所采用的计算机执行程序。该程序提供了标准的求解方法.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之相等(偏差在10-5之内)的计算结果，则可使用。计算结果应如附录C中示例保留至小数点后四位。B1 SGERG-88计算方法的计算机执行程序压缩因子Z的计算按4.2所述分3个步骤进行，如图B1所示。l (, I 1 GB/T 17747.3-1999 输入世据. t.且，d.xc02 XHt 计算中间量掘;T=273.15Kp，x.，XCH(时XNZ(u) .HCH(U) MCH(川，P(U), Bv) P. , (v) .H.归)且B2)图B1SGERG-88

18、计算方法流程图(Xi t i组分的摩尔分数)B1.1 输人数据，包括压力、温度、高位发热量、相对密度以及CO2和H2的摩尔分数。前三个参数值的单位凡不是MPa、K和MJ m-3的，首先必须按附录D中给出的换算关系分别换算成以MPa、K和MJm为单位的值。然后，用输入数据计算下列中间数据z短类气体的摩尔分数XCH 队的摩尔分数XN, co的摩尔分数Xco 等价怪的摩尔发热量HCH 等价怪的摩尔质量MCH 第二维利系数(T.=273.15 K) B. 标准状态下的摩尔密度Pn 标准状态下的质量密度p. 气体的高位发热量H , 注B1，方程(BI)-(B46)中，每一个符号代表一个物理量除以所选单位

19、(见附豪A).因而每一个符号是一个元量纲的数值。B1.2 在所要求的温度下，用中间数据计算天然气第二维利系数和第三维利系数:B(T.Hc日,x , )和C(T .HCH .x，)。B1.3 将B1.2求得的第二维利系数B和第三维利系数C代人维利方程，计算给定压力和温度下的压缩因子Z。注B2，所用符号的定义见附录A。B2 申闹擞据的计算用图B2中给出的迭代方法，由方程(Bl) (B8)计算8个中间数据(XCH.XN2X、HCH.McH、B.，p, .n . p )。这些方程中所使用的常数值见表B1。p. = dp.(空气) -RU ( Z= 0.096 4XH, . . ( 82 ) 3Rt G

20、B/T 17747.3-1999 V啊，.(理想)= RT./户. ( B3 ) Pm ,.(V) = Vm，.(理想)+ B.(V)J-l ( B4 ) MCH(u) = - 2.709328 + 0.021 062 199H四(u- 1) . ( B5 ) 输入胜111，庐山H.d.x% XHz 计算，p.x，方程，但1).(82) u=O ,V =O HCH(U=的=1000B.(v=O)=-O.065 计算，P，.，(v=O)方程(B3).(8，)u=u十lHCH(U)=H，四(u-l)+DHCH(u)章程(B10)计算E.xCH (u) . XNZ (U) MCH (U) .fJ (

21、u) 方理(85)-(88)计算，DH.臼阳方程(B11)Ip. P.(u)l不成立方程(B9)且主-11+1 计算，T，=273.151飞B阳时.BN(时，向，国(时.H.(时方回(812)-(B25)不成立IH.H.归)1 o. 55十097zm20.45ZH2HH.( B43 ) b)中间数据XN，必须满足下列条件2一O.01 , XN, , o. 5 XN2 + x20.5c)第三次迭代循环输入数据的内在一致性应满足(B46): ( B44 ) ( B45 ) d o. 55 + 0.4XN, + o. 97 xco, - O. 45xH,( B46 ) 附录C(标准的附录)计算示例用

22、经过验证的计算机程序，对下述实例(见表C1)进行了压缩因子计算，所得出的压缩因子计算结果(见表C2)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(偏差在10-5之内)的计算结果，则可使用。该经验证的计算机程序包含附录B中所描述的计算机执行程序。表C1输入数据l气样2气样3雾气样俨气样俨气样俨气样XCOz 0.006 0.005 0.015 0.016 二0.0760.011 XH, 0.000 0.000 0.000 0.095 0.000 0.000 d 0.581 0.609 0.650 o. 599 0.686 0.644 H.MJ m- 40.66 40.62

23、 43.53 34.16 36.64 36.58 387 GB!T 17747.3-1999 表C2压缩因子计算结果矗件P T 1气样f气样俨气样4气样俨气样6气样MPa K 6 270 0.840 84 O. 833 97 0.794 15 0.885 69 。.826 64 O. 854 06 6 280 。.862 02 0.856 15 0.822 10 O. 901 50 O. 850 17 0.873 88 6 290 0.880 07 0.875 00 0.845 53 0.915 07 0.870 03 0.890 71 6 310 O. 908 81 O. 904 91 0.

24、882 23 0.936 84 0.901 24 O. 917 36 6 330 O. 929 96 O. 926 90 0.908 93 O. 953 02 0.923 94 0.936 90 12 270 0.721 46 0.711 40 O. 643 22 0.808 43 0.695 57 0.74939 12 280 0.759 69 0.750 79 O. 690 62 0.836 13 0.738 28 0.784 73 12 290 0.792 57 0.784 72 0.731 96 0.859 99 0.77463 0.814 90 12 310 O. 844 92 0.

25、838 77 O. 797 78 O. 898 27 0.831 66 O. 862 66 12 330 0.883 22 0.878 32 O. 845 54 O. 926 62 0.872 69 0.897 49 注C1，计算用的气体即是GB/T17747. 2-1999附最C中的6个气体，气体摩尔组成全分析的数据见GB/T 17747.2. Dl 参比条件附亵D(标准的附录)换算因子SGERG-88维利方程和SGERG-88计算方法的计算机子程序使用的参比条件如下:高位发热量z燃烧参比条件T，=298.1SK(t，=2S0C).扣=101. 32S kPa 体积计量参比条件T2=273.

26、1SK (t2=0C).P2=101. 32S kPa 相对密度=体积计量参比条件T2=273.1SK(t2=OC) ,P2=101. 32S kPa 计算中注意保证用于高位发热量和相对密度的参比条件输入值的正确性.一些国家通常使用上述参比条件，而另一些国家使用其他的参比条件，由于在各种参比条件下所测发热量的单位均为MJ.m-3，因此特别容易造成混淆。表01给出了世界主要天然气贸易国所使用的参比条件。对那些用非公制发热量单位的(例如用Btu ft-3作为发热量单位).则要求对单位和参比条件都进行换算。表01不同国家发热量测定采用的公制参比条件t1 , C tz , C 中国20 20 澳大利亚

27、15 15 奥地利25 。比利时25 。加靠大15 15 丹麦25 。:J RK GB/T 17747.3一1999表Dl(完t1 , C tz C 法国。德国25 。爱尔兰15 15 意大利25 。日本。荷兰25 。俄罗斯25 。或20英国15 15 美国15 15 注，1 所有参比压力均为101.325kPa(l. 01325 ba付。2 t，是燃烧事比温度.3 t，是气体计量参比温度。D2 压力和温度的单位及换算因子如果输入变量压力户和温度T的单位不是所需的MPa和K.则必须将它们换算成MPa和K.以适用于计算机执行程序。单位间的换算因子见表D2，表D2压力和温度的换算因子压力2p(MP

28、a)=户(kPa)J/IOOOp(MPa) = p(bar) J/10 p(MPa)=p(atm)JXO.101325 p(MPa)=(psia) J/145. 038 p(MPa)=p(ps咱)十14.6959J/145. 038 温度sD3 不同比条件闹离位发热量和相对密度的单位和换算TZN X 鼓卦4草队摩的N O. 3 0: 2 O. 1 。图E1计算高含N，天然气压缩因子时不确定度的估计范围图E1图E4显示了SGERG计算方法在压力最大为30MPa的范围内时的应用效果，此并不意味着可以经常地或不加鉴别地在超出规定的正常范围的条件下使用SGERG-88计算方法。不确定度范: :)(1

29、GB/T 17747.3-1999 围取决于压力、温度和组成，也强烈地受到相界位置的影响。一般总是选择最坏情况下的极限值。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。气体的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。SGERG.88方程T2S3-338K 0 3 ZE4nh国D 20 B A IJ.Z土0.1%士0.1%-士0.2%土0.2%-士0.5%士0.5%-士3.0%A B C 10 B O. 2 O. 3 CO，的摩尔卦fl(xco:)o. 1 0 0 计算高含CO，天然气压缩因子时不确定度的估计范围图E2SGERG-88方程T-2

30、63-338K 30 占24有国D 20 A IJ.Z士0.1.%士0.1%-士0.2%士0.2%-士0.5%士O.5Yo-.土3.0%A C D B 10 0.15 0.2 CtHs的串串骨IIC.(.rc2日.。lO. 05 。计算高含C，H，天然气压缩因子时不确定度的估计范围图E3GB/T 17747.3-1999 SGERG-88万程T263-338K 30 ZE4q国D 20 C B A .Z王土0.1%土0.1%-士0.2%士0.2%-土0.5%士0.5%-士3.0%A B C 10 D O. 1 C3Ha曲尔卦数CrC3Ha)0.05 0 0 计算高含C3H.天然气压缩因子时不确定度的估计范围压力最高至10MPa.温度在263338K时，压缩国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E1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士0.1%.土0.2%和土0.5%以内。表E1图E4SGERG-88计算方法的计算综合结果不确定度允许的摩尔士0.1%:t0.2% 士Q.5%分数范围组分N, 0.20 O. 50 CO, 主主0.09;0.12 ;0.23 CZH6 O. 10 ;0. 11 ;0.12 CaH8 三二0.035;0. 04 ;0.045 L yl