GB T 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.pdf
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1、ICS 75.060 E 24 道B中华人民=11工./、和国国家标准G/T 17747.2-2011 代替GBjT17747.2-1999 天然气压缩因子的计算第2部分:用摩尔组成进行计算Natural gas-Calculation of compression factor Part 2 : Calculation using molar-composition analysis (ISO 12213-2: 2006 , MOD) 2011-12-30发布2012-06-01实施数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检茂总局中国国家标准化管理委员会发布G/T 17747.2-2011 目
2、次前言.E1 范围2 规范性引用文件-3 术语和定义4 计算方法附录A(规范性附录符号和单位附录B(规范性附录)AGA8-92DC计算方法描述.附录C(规范性附录)计算示例.16 附录D(规范性附录)压力和温度的换算因子.17 附录E(资料性附录)更宽范围的应用效果. 18 I G/T 17747.2-2011 前言GB/T 17747(天然气压缩因子的计算包括以下3个部分:一-第1部分:导论和指南;一一第2部分:用摩尔组成进行计算;一一第3部分:用物性值进行计算。本部分是第2部分。本部分按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本部分代替GB/T17747.2-1999(天然气压缩因子的
3、计算第2部分:用摩尔组成进行计算。本部分与GB/T17747.2-1999相比主要变化如下:按IS012213.2: 2006修改了表1微量和痕量组分一览表中的内容;修改了图中的符号和图注E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IS012213-2: 2006(天然气压缩因子的计算第2部分z用摩尔组成进行计算。本部分与IS012213-2: 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,IS0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;在4.4.1和4.4.2增加了将高位发热量和相对密度换算为我
4、国天然气标准参比条件下相应值的注;将B.2. 1. 1中注的内容移至4.3最后一段;删除正文中不确定度数值前的士号;删除IS0标准前言,重新起草本部分前言;删除第5章的内容;一一删除附录F和参考文献;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z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E善良、李万俊、曾文平、富朝英、陈荣松、丘逢春。而皿GB/T 17747.2一2011天然气压缩因子的计算第2部分:用摩尔组成进行计算1 范围GB/T 17747的本部分规定了
5、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AGA8-92DC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,计算不确定度约为0.1%。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GB/T17747. 1。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(
6、包括所有的修改单)适用于本文件。GB 3102.3-1993 力学的量和单位GB 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(ISO6976: 1995 , NEQ) GB/T 17747.1一2011天然气压缩因子的计算第1部分:导论和指南(ISO12213-1:2006 , MOD) 3 术语和定义GB/T 17747.1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4.1 原理AGA8-92DC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
7、、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0.00005的所有组分。对典型的管输气,分析组分包括碳数最高到C7或Cs的所有短类,以及Nz、COz和He。对其他气体,分析需要考虑如HzO蒸气、HzS和Cz凡等组分。对人造气体,Hz和CO也可能是重要的分析组分。4. 2 AGA8-92DC方程AGA8-92DC计算方法使用AGA8详细特征方程(下面表示为AGA8-92DC方程,见GB/T17747.1); G/T 17747.2-2011 该方程是扩展的维利方程,可写作方程(1): 、,J C PA x e bn竹、/s R C ,。,、C
8、 2山+ c u2叩-DS E + 咱i一-Z ( 1 ) 式中zZ 一一压缩因子;B 一一第二维利系数;pm 一一摩尔密度(单位体积的摩尔数hpr 一一对比密度;b.,c.,k.一常数(见表B.l); c; 一-温度和组成函数的系数。对比密度r同摩尔密度pm相关,两者的关系由方程(2)给出:pr =K3pm . ( 2 ) 式中:K一一混合物体积参数。摩尔密度表示为方程(3): m = p/(ZRT) . ( 3 ) 式中:一一绝对压力;R 摩尔气体常数zT一一热力学温度。压缩因子Z的计算方法如下:首先利用附录B给出的相关式计算出B和c;(n=1358)。然后通过适当的数值计算方法,求解联立
9、方程(1)和(3)得到pm和Z。计算程序流程见图B.L4.3 输入变量AGA8-92DC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。摩尔组成包括下列组分的摩尔分数:陀、CO2、Ar、C凡、C2凡、C3H8 , n-C4 H10、i-C4HIO、n-CsHl2、lCs Hl2 , C6 H14、C7Hl6、CsHl8、C9H20、C10H22、H2,CO、H2S、He、O2和H20。注:如果C,H6 ,cs H,S ,C. H20、C,oH22摩尔分数未知,允许用Cs+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0.00005的所有组分都必须
10、在计算中考虑。束量组分(如C2H4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1士0.000L 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GB/T11062-1998 0 | 当压力和温度不以MPaK表示时,必须将其分别换算成以MPaK表示的值(有关换算因子见GB3102.3-1993和GB3102.4-1993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O2 O2 Ar 、Ne、Kr,XeAr H2S H2S 一氧化二氮CO2 2 表1(续微量和痕量组分氨乙烯、乙侠、甲醇、氢氧酸丙烯、丙二烯、甲硫蹲丁烯、丁二烯、硫氧碳、二氧化硫新戊烧、
11、戊烯、苯、环戊烧、二硫化碳C6同分异构体、环己烧、甲苯、甲基环戊烧C,同分异构体、乙基环戊烧、甲基环己烧、环庚烧、乙苯、二甲苯C8同分异构体、乙基环己烧C9同分异构体ClO同分异构体和更高碳数娃类4.4 应用范围4.4. 1 管输气AGA8-92DC计算方法对管输气的应用范围如下:绝对压力:0MPa12 MPa 热力学温度:263K运T338K 高位发热量:30MJ m-3运Hs45MJ m-3 相对密度:0.55运d0.80G/T 17747.2-2011 指定赋值组分CH, C2H6 C3H8 n-C, H10 n-Cs H12 n-C6 H14 n-C, H16 n-C8H18 n-C9
12、 H20 n-ClOH22 注: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27.95MJ m-3-41. 93 MJ. m-3,相对密度范围为0.550-0.800.I 天然气中各组分的摩尔分数应在以下范围以内zCH, o. 7x(CH,)1. 00 N2 0X(N2 )O. 20 CO2 :;x(C02)毛0.20C2H6 0x(C2H6)0.10 C3H8 ox(C3H8)0. 035 C, H lO 0X(C,HI0)0. 015 Cs H12 0X(C5 H12)0. 005 C6H14 0X(C6 H14)O. 001 C
13、7H16 ox(C7H16)0. 0005 Cs+ 。三三x(Cs+)O. 000 5 H2 0X(H2)0. 10 3 G/T 17747.2-2011 CO He HzO Ox(CO)o. 03 Ox(He)O. 005 0x(HzO)O. 000 15 所有摩尔分数大于0.00005的组分都不可忽略。微量和痕量组分见表1,并按指定的赋值组分处理。AGA8-92DC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。4.4.2 更宽的应用范围超出4.4.1所给出范围的应用范围如下:绝对压力:0MPa65 MPa 热力学温度:225K三T350K 相对密度:0.55
14、d0.90高位发热量:20M J m-3Hs三48M MJ m-3 注: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,则更宽的高位发热量范围为18.64MJ m44. 73 MJ. m寸,相对密度范围为o.5500. 900. 天然气中主要组分摩尔分数允许范围如下:CH4 0.50运到CH4)1.00 Nz Ox(Nz )O. 50 COz O豆x(COz)O.30 CZH 6 0X(C2 H6)0. 20 C3H8 ox(C3H8)0. 05 H2 O豆X(H2)0.10 管输气中微量和痕量组分含量范围见4.4.1。在超出以上范围应用时,AGA8-92D
15、C方法的计算性能见附录E。4.5 不确定度4.5. 1 管输气压缩因子计算的不确定度AGA8-92DC计算方法在4.4. 1给出的管输气应用范围(温度为263K350 K,压力最大为12 MPa)内,计算结果的不确定度为0.1%(见图1)。当温度高于290K,压力在最大为30MPa的范围内时,计算结果的不确定度也为0.1%。温度低于263K时,仅当压力在最高至10MPa的范围内,计算结果的不确定度才能保持在0.1%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。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
16、本计算方法的两个数据库中实验测定值的不确定度在0.1%以内。4 GB/T 17747.2-2011 10 30 20 6岛、4民0 250 215 300 T/K AGA8-DC92方程325 350 户一一压力zT一一温度;1一-.ZO.I%; 2一一-0.1%-0.2%; 3一-0.2%-0.5%。注z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(N2):o(O.20、x(C02):0(0.20、x(H6 )O. 10、x(H2)0.10、30MJ m-3Hs45 MJ m-3、O.55:o( d:o( O. 800 图1压缩因子计算的不确定度范围4.5.2 更宽应用范围压
17、缩因子计算的不确定度超出4.4.1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晌表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,输人变量的不确定度会对压力为6MPa,温度在263K338 K范围内的压缩因了计算结果产生约0.1%的附jJU不确主度。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2相关输入变量的典型不确定度值输入变茧绝对不确定度绝对压力0.02 MPa 温度O. 15 K 惰性组分摩尔分数0.001 x(N2) 0.001 5 GB/T 17747.2-2011 表2(续)
18、输入变量绝对不确定度x(C02 ) 0.001 x(CH.) 0.001 x(C2H6) 0.001 x(C3Hs) 0.000 5 x(C. H ,o) 0.000 3 x(Cs+ ) 0.000 1 x(H2)和x(cm0.001 4.5.4 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(GB/T17747. 2,AGA8-92DC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。6 GB/T 17747.2-2011 附录A(规范性附录)符号和单位符号含义单位an 常数(表B.l)B 第二维利系数m3 kmol-I
19、B:ij 混合物交互作用系数方程(B.1)和方程(B.2)Jbn 常数(表B.l)Cn 常数(表B.1) c: 与温度和组成相关的系数E豆组分i的特征能量参数(表B.2)K Ej 组分j的特征能量参数K E ij 第二维利系数的二元能量参数K K: 第二维利系数的二元能量交互作用参数F 混合物高温参数Fi 组分i的高温参数(表B.2) Fj 组分1的高温能量参数fn 常数(表B.l)G 混合物定位参数Gi 组分i的定位参数(表B.2) Gj 组分j的定位参数Gij 二元定位参数G善 二元定位交互作用参数(B.3) gn 常数(表B.l)Hs 高位发热量MJ m-3 K 体积参数(m3/kmo1
20、) I/3 K; 组分i的体积参数(表B.2) (U13/km1) /丐Kj 组分j的体积参数(m3 /kmo1) 1/3 K ij 二元体积交互作用参数(表B.3) kn 常数(表B.l)M 摩尔质量kg. kmol-I M 组分i的摩尔质量kg. kmol-I N 气体混合物的组分数n 整数(l58)户绝对压力MPa 7 GB/T 17747.2-20门Q 四级参数Qi 组分i的四级参数Qj 组分j的四级参数q. 常数(表B.1)R 气体常数(=0.008314510)MJ (kmol K)-1 Si 组分t的偶极参数(表B.2)Sj 组分j的偶极参数S. 常数(表B.l)T 绝对温度K
21、U 混合物能量参数K Uij 混合物二元能量交互作用参数(表B.3)U. 常数(表B.l)Wi 组分t的组合参数(表B.2)W j 组分j的组合参数W. 常数(表B.l)Xi 气体混合物中组分t的摩尔分数Xj 气体混合物中组分j的摩尔分数Z 压缩因子 质量密度kg m-3 r 气体的对比密度pm 摩尔密度kmol. m-3 8 GB/T 17747.2-2011 附录B(规范性附录)AGA8-92DC计算方法描述B.1 概述使用4.2给出的AGA8-92DC方程计算气体混合物的压缩因子Z。本附录将详细描述用AGA8-92DC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
22、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C中数据相等的计算结果,则可使用。B. 2 AGA8-92DC计算方法的计算机执行程序B.2.1 计算程序概述B. 2. 1. 1 输入热力学温度T,绝对压力户和混合物中各组分的摩尔分数Xi;B. 2. 1. 2 计算状态方程系数B和c:(n= 1358) ,两者均取决于T和Xi;B. 2. 1. 3 利用改写的状态方程,迭代求解摩尔密度pm以得到压力扣B.2. 1. 4 当由B.2. 1. 3计算出的压力与B.2. 1. 1的输入压力,在规定的收敛范围内(如lXlO-S)相一致时,即得到压缩因子计算值。计算程序流程见图B.10
23、 输入T、p、Xj计算状态方程系数B和c;(n=13-58) 求量¥密度输出Z=(!PmRT)图B.1 AGA9-92DC计算方法的程序流程图9 GB/T 17747.2-2011 B.2.2 计算步骤B. 2. 2.1 输入热力学温度T,绝对压力和混合物中各组分的摩尔分数Xi;B.2.2.2 根据B.2. 2.1中输入的热力学温度T和天然气组分摩尔分数Xi计算与组成和温度有关的状态方程系数B和c:(n=1358)。第二维利系数B由方程(B.l)计算:B = 2: a.T-n 2:xixjB:in (K凡)3/2 ( B. 1 ) 11=1 i=1 j=l 混合交互作用系数B7:ij由方程(B
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