GB T 17747.1-2011 天然气压缩因子的计算.第1部分:导论和指南.pdf
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1、ICS 75.060 E 24 GB 中华人民=lI工./、和国国家标准GB/T 17747.1-20门代替GB/T17747.1-1999 天然气压缩因子的计算第1部分:导论和指南Natural gas-Calculation of compression factor一Part 1 : Introduction and guidelines CISO 12213-1: 2006 , MOD) 2011-12-05发布2012-05-01实施数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布GB/T 17747.1-2011 目。吕GB/T 17747(天然气压缩因子
2、的计算分为以下3个部分:一一第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z用物性值进行计算。本部分是第1部分。本部分按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本部分代替GB/T17747.1-1999(天然气压缩因子的计算第1部分:导论和指南。本部分与GB/T17747.1-1999相比,主要变化如下:将5.1.6第二段中唯一的例外是对N2摩尔分数大于O.15或CO2摩尔分数大于0.09(相应的上限为0.20)的气体改为唯一的例外是对N2摩尔分数大于0.15或CO2摩尔分数大于0.05(相应的上限为O.20)的气体;5.2. 5中绘制此直方图所依据的更详细信息见GB/T17
3、747. 22011的附录E和GB/T 17747.3一2011的附录F,1999版为绘制此直方图所依据的更详细信息见GB/T 17747.2二2011和GB/T17747. 32011的附录E;修改了图1中的符号和图注;删除了正文中不确定度数值及不确定度符号前的士号;一一删除附录Bo本部分使用重新起草法修改采用ISO12213-1 :2006(天然气压缩因子的计算第1部分:导论和指南。本部分与ISO12213-3:2006的主要差异是:一一第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,ISO标准替换为我国对应内容的国家标准,其余章节对应内容也作相应修改;本章还
4、增加了GB/T 17747. 22011和GB/T17747. 32011两个引用标准;一一一在5.1.1和5.1.4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;一一删除了正文中不确定度数值及不确定度符号前的士号;一一删除了ISO前言和参考文献,重新起草本部分前言;一一删除附录B。天然气压缩因子的计算标准的用户可与全国天然气标准化技术委员会秘书处联系,以获取压缩因子计算软件的相关信息。本部分由全国天然气标准化技术委员会(SAC/TC244)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
5、勤、许文晓、周方勤、黄黎明、常宏岗、陈度良、李万俊、曾文平、富朝英、陈荣松、丘逢春。I 1 范围天然气压缩因子的计算第1部分:导论和指南GB/T 17747.1-20门GB/T 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。天然气压缩因子的计算标准包括3个部分。第1部分包括导论和为第2部分和第3部分所描述的计算方法提供的指南。第2部分给出了用已知气体的详细摩尔组成计算压缩因子的方法,又称为AGA8-92DC计算方法。第3部分给出了用包括可获得的高位发热量(体积基)、相对密度、CO2含量和H2含量(若不为零)等非详细的分析数据计算压缩因
6、子的方法,又称为SGERG-88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263K338 K(约一10.C 65 .C),操作压力不超过12 MPa。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0.1%。注:本部分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5.1.1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。GB/T 17747. 2所提供的AGA8-92DC计算方法也适用于更宽的温度范围内
7、和更高的压力下,包括湿气和酸性气(sourgas)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(NGV)应用方面,但不确定度增加。GB/T 17747.3所提供的SGERG-88计算方法适用于陀,C02和C2H6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,气体温度处于水露点和短露点之上,两种计算方法才是有效的。GB/T 17747.2和GB/T17747.3给出了使用AGA8-92DC和SGERG-88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GB/T17747.2一2011和GB/T17747.3一2
8、011的附录B.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。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CISO6976: 1995 , NEQ) GB/T 19205 天然气标准参比条件(GB/T19205-2008 ,ISO 13443:1996 , NEQ) GB/T 17747.2一2011天然气压缩因子的计算第2部分:用摩尔组成分析进行计算(lSO 12213-2 :2006 ,MOD) GB/T 17747.3-201
9、1 天然气压缩因子的计算第3部分:用物性值进行计算(lSO12213-3: 2006 ,MOD) 3 术语和定义下列术语和定义适用于GB/T17747的本文件。文中出现的符号所代表的含义及数值和单位见附GB/T 17747.1-2011 录A。3. 1 压缩因子compression factor;压缩性因子compressibility factor;Z因子Z-factor,Z 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,见式(l)式(3): 3.2 3.3 3.4 式中:一一绝对压力;T -一一热力学温度;Z=Vm(真实)/Vm(理想)Vm
10、(理想)=RTj Z(,T,y) =Vm(户,T ,y)/(RT) . ( 1 ) . ( 2 ) . ( 3 ) y一表征气体的一组参数(原则上,y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); Vm一一气体的摩尔体积FR一一摩尔气体常数,与单位相关;Z一一压缩因子,元量纲,值通常接近于1。密度density, 见GBjT11062-1998中2.30 摩尔组成molar composition 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。注1:给定体积的混合物中z组分的摩尔分数码是z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。1摩尔任
11、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GB/T11062。注2:对于理想气体,摩尔分数或摩尔百分数与体积分数或体和、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molat calorific value;摩尔热值molar heating value , H 1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1保持恒定,所有燃烧产物的温度降至与规定的反应物温度t相同的温度,并且除燃烧生成的水在温度t下全部冷凝为液态外,其余所有燃烧产物均为气态。注1:摩尔发热量仅包含天然气中的短类部分,即对不可燃及惰性组分(主要是问,CO,和He)
12、幸11其他可燃组分(女日H,和CO)不予考虑。注2:燃烧参比条件:温度t1为298.15 K(25 C) ,压力扣为101.325 kPao 3.5 高位发热量(体积基)superior calorific value (volumetric basis);总发热量total calorific value ,Hs 单位体积的天然气在空气中完全燃烧所释放的热量。在燃烧反应发生时,压力l保持恒定,所有燃烧产物的温度降至与规定的反应物温度t相同的温度,并且除燃烧生成的水在温度t下全部冷凝为液态外,其余所有燃烧产物均为气态。2 注1:高位发热量包含天然气中所有可燃组分。注2.燃烧参比条件:温度t1为
13、298.15 K(25 oC)。压力知为101.325 kPa;体积计量参比条件z温度t,为273.15K (0 OC),压力p,为101.325 kPa。3.6 3. 7 GB/T 17747.1-2011 注3:GB/T17747.3-2011附录D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,包括我国天然气标准参比条件(见GB/T19205)下测得的高位发热量和相对密度,换算为GB/T17747.3所给出计算方法中使用的输入数据。相对密度relative density , d 见GB/T11062-1998中2.40注1:相对密度包含天然气中所有组分。注2:干空气的标准组成见G
14、B/T11062一1998的表A1.注3:体积计量参比条件(见3.5中的注3):温度t2为273.15K(O C),压力知为101.325 kPa。注4:术语比重与相对密度同义。压缩因子的预期不确定度uncertainty of a predicted compression factor , AZ 真值(未知)位于(Z-Z)(Z+Z)范围内,置信度为95%。注1:不确定度既可用绝对值,也可用百分数表示。注2:95%置信度是通过对比低不确定度压缩因子计算值Z的实验数据而确立的。4 方法原理AGA8-92DC和SGERG-88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
15、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。GB/T 17747.2给出的AGA8-92DC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0.00005的所有组分。所有组分的摩尔分数之和应等于1士0.0001.对典型的管输气,分析组分包括碳数最高到C7或C8的所有短类及陀、COz和He。对含人工掺合物的天然气,Hz、CO和Cz比也是重要的分析组分。
16、对更宽类别的天然气,水蒸气和HzS等也是分析组分。该计算方法使用的方程是AGA8详细特征方程,表示为AGA8-92DC方程。该方程是美国气体协会(AGA)于1992年发表的AGA8号报告天然气和其他短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。GB/T 17747.3给出的SGERG-88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COz的含量作为输入数据。注:原则上可使用高位发热盐、相对密度、CO2含址和N2含量中任意三个变盐计算压缩因子。这些计算方法从本质上讲是等效的。但本国际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,
17、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,需要知道凡的含量。该计算方法使用的方程是SGERG-88方程。该方程是欧洲气体研究集团CGERG)于1991年发表的GERGTM5技术报告现场用GERG标准维利方程:简化GERG维利方程数据输入要求一天然气和类似混合物压缩因子计算的替代方法中提出的立足于天然气物性的压缩因子计算用状态方程。己用大容量、高精度(土0.1%)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AGA8-92DC和SGERG-88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。3 GB/T 17747.1-2011 5 指南
18、5. 1 管输天然气5. 1. 1 管输气管输气主要由CH,组成(摩尔分数大于0.70),高位发热量通常为30MJ m-3 45 MJ m-3,其中N2和CO2是主要的稀释物(各自的摩尔分数最高为0.20)。管输气中C2Hs(摩尔分数最高为0.10)、C3Hs、C,H10、CSH12和更高碳数娃类的含量,随碳数增加呈现降低趋势。管输气中的He、Cs矶和C7Ha等微量组分,摩尔分数一般低于0.0010含人工掺合物的天然气,H2和CO各自的摩尔分数最高为O.10和0.03,同时还可能含少量C2凡。没有其他的如湿气、酸性气(sourgas)中存在的组分(H20蒸气、H2S和O2)以大于痕量的含量存在
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