ГОСТ 30319.2-2015
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Газ природный
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Вычисление физических свойств на основе данных о плотности при стандартных условиях и содержании азота и диоксида углерода
Natural gas. Methods of calculation of physical properties. Calculation of physical properties on base information on density of standards conditions and nitrogen and carbon dioxide contents
МКС 75.060
Дата введения 2017-01-01
Предисловие
Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ", Техническим комитетом по стандартизации ТК 52 "Природный и сжиженные газы"
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации по переписке (протокол от 27 августа 2015 г. N 79-П)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по | Код страны по | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Армения | AM | Минэкономики Республики Армения |
Беларусь | BY | Госстандарт Республики Беларусь |
Казахстан | KZ | Госстандарт Республики Казахстан |
Киргизия | KG | Кыргызстандарт |
Молдова | MD | Молдова-Стандарт |
Россия | RU | Росстандарт |
Украина | UA | Минэкономразвития Украины |
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 ноября 2015 г. N 1744-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 30319.2-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2017 г.
5 ВЗАМЕН ГОСТ 30319.1-96, ГОСТ 30319.2-96
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Сентябрь 2019 г.
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"
1 Область применения
1.1 Настоящий стандарт предназначен для расчета коэффициента сжимаемости, плотности, показателя адиабаты, коэффициента динамической вязкости природного газа и скорости распространения звука в среде природного газа по измеренным значениям давления, температуры, плотности при стандартных условиях, содержания азота и диоксида углерода.
1.2 Настоящий стандарт применяют для расчета указанных в 1.1 физических свойств природного газа при давлениях до 7,5 МПа включительно и температурах от 250 до 350 К.
1.3 Методы расчета физических свойств, приведенные в настоящем стандарте, могут быть использованы при разработке программного обеспечения вычислителей расхода природного газа.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 30319.1 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Общие положения
ГОСТ 30319.3 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Вычисление физических свойств на основе данных о компонентном составе
ГОСТ 31369 (ИСО 6976:1995) Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава
ГОСТ 31371.1 (ИСО 6974-1:2000) Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 1. Руководство по проведению анализа
ГОСТ 31371.2 (ИСО 6974-2:2001) Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 2. Характеристики измерительной системы и статистические оценки данных
ГОСТ 31371.3 (ИСО 6974-3:2000) Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 3. Определение водорода, гелия, кислорода, азота, диоксида углерода и углеводородов до
ГОСТ 31371.4 (ИСО 6974-4:2000) Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 4. Определение азота, диоксида углерода и углеводородов
ГОСТ 31371.5 (ИСО 6974-5:2000) Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 5. Определение азота, диоксида углерода и углеводородов
ГОСТ 31371.6 (ИСО 6974-6:2002) Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 6. Определение водорода, гелия, кислорода, азота, диоксида углерода и углеводородов
ГОСТ 31371.7 Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 7. Методика выполнения измерений молярной доли компонентов
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (www.easc.by) или по указателям национальных стандартов, издаваемым в государствах, указанных в предисловии, или на официальных сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации. Если на документ дана недатированная ссылка, то следует использовать документ, действующий на текущий момент, с учетом всех внесенных в него изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то следует использовать указанную версию этого документа. Если после принятия настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение применяется без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины, определения и обозначения
3.1 В настоящем стандарте применены термины и определения по ГОСТ 30319.1.
3.2 Основные условные обозначения величин, принятые в стандарте, приведены в таблице 2 ГОСТ 30319.1.
4 Определение коэффициента сжимаемости и плотности
4.1 Метод расчета
Метод расчета коэффициента сжимаемости и плотности основан на применении уравнения состояния, которое приведено в международном стандарте [1]*, и имеет следующий вид:
________________
* Поз. [1] см. раздел Библиография, здесь и далее по тексту. - .
где
Коэффициенты уравнения состояния рассчитывают по следующим формулам:
где
Молярную долю эквивалентного углеводорода и входящие в формулы (2) и (3) коэффициенты рассчитывают по следующим формулам:
В формулах (5), (9) значение теплоты сгорания эквивалентного углеводорода (
где
где
В формуле (17) коэффициент сжимаемости при стандартных условиях рассчитывают по формуле
4.2 Алгоритм расчета
4.2.1 Используя измеренные значения температуры, плотности при стандартных условиях, а также измеренные по ГОСТ 31371.1 - ГОСТ 31371.7 значения молярных долей азота и диоксида углерода, рассчитывают значения коэффициентов уравнения состояния (1)
Примечание - Допускается рассчитывать плотность при стандартных условиях по ГОСТ 31369.
4.2.2 Рассчитывают коэффициент сжимаемости при измеренных значениях температуры и давления по формуле
где
4.2.3 Плотность природного газа рассчитывают по формуле
где
В формуле (27) коэффициент сжимаемости при стандартных условиях рассчитывают по формуле (18).
4.3 Диапазон применения и погрешности расчета
4.3.1 Диапазон применения и погрешности метода расчета коэффициента сжимаемости и плотности по уравнению состояния (1) приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Диапазон применения и погрешности метода расчета коэффициента сжимаемости и плотности
Диапазон применения и погрешности метода расчета | Отклонения от экспериментальных данных | ||||
Диапазон применения | р, МПа | ||||
20 | От 0,66 до 0,70 включ. | От 0,1 до 3,0 включ. | 0,11 | 0,002 | 0,02 |
0,66 | Св. 3,0 до 7,5 включ. | 0,16 | 0,01 | 0,06 | |
0 | Св. 0,70 до 0,75 включ. | От 0,1 до 3,0 включ. | 0,13 | -0,005 | 0,04 |
0 | Св. 3,0 до 7,5 включ. | 0,17 | -0,005 | 0,07 | |
250 | Св. 0,75 до 1,05 включ. | От 0,1 до 3,0 включ. | 0,12 | 0,006 | 0,03 |
0,1 | Св. 3,0 до 7,5 включ. | 0,16 | -0,005 | 0,06 | |
Примечания 1 Оценка значений погрешностей метода расчета коэффициента сжимаемости и плотности выполнена в соответствии с А.1 (приложение А). 2 Н - высшая теплота сгорания, рассчитанная по ГОСТ 31369 или по следующей формуле: Н=92,819(0,51447 3 4 |
4.3.2 Погрешности расчета коэффициента сжимаемости (
где
Формулы расчета
5 Определение показателя адиабаты
5.1 Показатель адиабаты применяют при расчете коэффициента расширения природного газа.
5.2 Показатель адиабаты зависит от параметров состояния газа (давления и температуры), а в случае природного газа и от его компонентного состава.
5.3 Показатель адиабаты природного газа вычисляют по формуле Кобза [2], которая имеет следующий вид:
где
5.4 Диапазон применения и погрешности метода расчета показателя адиабаты по формуле (30) приведены в таблице 2.
5.5 Погрешность расчета показателя адиабаты (
где
Формулы расчета
Таблица 2 - Диапазон применения и погрешности метода расчета показателя адиабаты
Диапазон применения и погрешности метода расчета | Отклонения от данных | ||||
Диапазон применения | Т, К | р, МПа | |||
20 | От 250 до 260 включ. | От 0,1 до 6,0 включ. | 2,5 | -0,17 | 1,2 |
0 | Св. 6,0 до 7,5 включ. | 4,9 | -1,3 | 2,2 | |
250 | Св. 260 до 350 включ. | От 0,1 до 7,5 включ. | 2,5 | -0,49 | 1,2 |
Примечания 1 Оценка значений погрешностей метода расчета показателя адиабаты выполнена в соответствии с А.2 (приложение А). 2 Н - высшая теплота сгорания, рассчитанная по ГОСТ 31369 или по следующей формуле: Н=92,819(0,51447 3 4 |
6 Определение скорости звука
6.1 Скорость звука применяют при определении поправочного множителя показаний вибрационных плотномеров и при контроле точности результатов измерений расхода природного газа ультразвуковыми преобразователями расхода.
6.2 Скорость звука зависит от параметров состояния газа (давления и температуры), а в случае природного газа и от его компонентного состава.
6.3 Скорость звука вычисляют по формуле
Входящие в правую часть формулы (32) свойства рассчитывают:
- показатель адиабаты - по формуле (30);
- коэффициент сжимаемости - по методу раздела 4;
- коэффициент сжимаемости при стандартных условиях - по формуле (18).
Формула (32) получена из уравнений термодинамики для скорости звука и показателя адиабаты [3].
6.4 Диапазон применения и погрешности метода расчета скорости звука по формуле (32) приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Диапазон применения и погрешности метода расчета скорости звука
Диапазон применения и погрешности метода расчета | Отклонения от данных | ||||
Диапазон применения | Т, К | р, МПа | |||
20 | От 250 до 260 включ. | От 0,1 до 6,0 включ. | 1,3 | -0,06 | 0,63 |
0 | Св. 6,0 до 7,5 включ. | 2,7 | -0,62 | 1,2 | |
250 | Св. 260 до 350 включ. | От 0,1 до 7,5 включ. | 1,3 | -0,25 | 0,61 |
Примечания 1 Оценка значений погрешностей метода расчета скорости звука выполнена в соответствии с А.2 (приложение А). 2 Н - высшая теплота сгорания, рассчитанная по ГОСТ 31369 или по следующей формуле: Н=92,819(0,51447 3 4 |
6.5 Погрешность расчета скорости звука (
где
Формулы расчета
7 Определение коэффициента динамической вязкости
7.1 Вязкость применяют для вычисления числа Рейнольдса, которое является одной из важнейших характеристик течения вязкой среды и определяется отношением инерционных сил к силам вязкости. Число Рейнольдса применяют для определения коэффициента истечения.
7.2 Вязкость природного газа рассчитывают по формуле
где
Приведенные давление и температуру вычисляют по формулам
где
7.3 Диапазон применения и погрешности метода расчета вязкости по формуле (34) приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Диапазон применения и погрешности метода расчета вязкости
Диапазон применения и погрешности метода расчета | Отклонения от данных | |||
Диапазон применения | р, МПа | |||
20 | От 0,1 до 1,0 включ. | 5,6 | -3,1 | 2,3 |
0 | От 0,1 до 7,5 включ. | 6,7 | -4,2 | 2,2 |
Примечания 1 Оценка значений погрешностей метода расчета вязкости выполнена в соответствии с А.2 (приложение А). 2 Н - высшая теплота сгорания, рассчитанная по ГОСТ 31369 или по следующей формуле: Н=92,819(0,51447 3 4 |
7.4 Погрешность расчета вязкости (
где
Формулы расчета
Примеры расчета физических свойств природного газа по представленным в стандарте методам приведены в приложении Б.
Приложение А
(обязательное)
Оценка погрешностей методов расчета физических свойств природного газа
А.1 Погрешность метода расчета коэффициента сжимаемости и плотности
Погрешность метода расчета коэффициента сжимаемости вычисляют по формуле
где
Систематическое и стандартное отклонения рассчитывают по следующим формулам:
где N - число экспериментальных данных;
где
Примечание - Численно значения погрешности метода расчета коэффициента сжимаемости и плотности равны.
А.2 Погрешности методов расчета показателя адиабаты, скорости звука и коэффициента динамической вязкости
Значения погрешностей рассчитаны по формуле
где
Систематическое и стандартное отклонения рассчитаны по формулам (А.2) и (А.3), соответственно, за исключением вычисления отклонения расчетного значения показателя адиабаты, скорости звука и вязкости от их значений в i-й точке полученных по методу ГОСТ 30319.3 данных (
где
N - число данных, полученных по методу ГОСТ 30319.3.
А.3 Расчет дополнительных погрешностей методов расчета коэффициента сжимаемости, плотности, показателя адиабаты, скорости звука и коэффициента динамической вязкости
А.3.1 Погрешности расчета коэффициента сжимаемости (
где
z,
А.3.2 Ниже приведен алгоритм расчета значений коэффициента сжимаемости (
Значения коэффициента сжимаемости
- для k=1 при
- для k=2 при
- для k=3 при
- для k=4 при
- для k=5 при
Значения коэффициента сжимаемости
- для k=1 при
- для k=2 при
- для k=3 при
- для k=4 при
- для k=5 при
При этом значения давления, температуры, плотности при стандартных условиях, молярных долей азота и диоксида углерода с нижними индексами, включающими плюс и минус, рассчитывают по формулам:
________________
* Формула соответствует оригиналу. - .
где
Приложение Б
(справочное)
Примеры расчета физических свойств природного газа
Б.1 Примеры расчета рекомендуется использовать в качестве тестовых данных при программной реализации методов расчета физических свойств природного газа, которые даны в настоящем стандарте.
Б.2 Примеры расчета приведены в форме таблиц. При этом в таблице Б.1 даны исходные данные для расчета физических свойств смесей, имитирующих природный газ, а в таблицах Б.2 и Б.3 приведены расчетные значения физических свойств этих смесей при соответствующих температурах и давлениях.
Таблица Б.1 - Исходные данные для расчета физических свойств смесей, имитирующих природный газ
Исходные данные | Смеси | |
N 1 | N 2 | |
Плотность при стандартных условиях, кг/м | 0,7000 | 0,8263 |
Молярная доля азота | 0,003 | 0,057 |
Молярная доля диоксида углерода | 0,006 | 0,076 |
Таблица Б.2 - Расчетные значения физических свойств для смеси N 1
Т, K | р, МПа | z | u, м/с | к | ||
250,00 | 0,1 | 0,8112 | 0,9966 | 402,4 | 1,314 | 9,47 |
300,00 | 0,1 | 0,6749 | 0,9982 | 437,9 | 1,294 | 11,16 |
350,00 | 0,1 | 0,5780 | 0,9990 | 469,6 | 1,275 | 12,71 |
250,00 | 2,0 | 17,368 | 0,9310 | 390,1 | 1,322 | 9,68 |
300,00 | 2,0 | 13,983 | 0,9636 | 431,1 | 1,299 | 11,29 |
350,00 | 2,0 | 11,784 | 0,9801 | 465,8 | 1,278 | 12,80 |
250,00 | 5,0 | 49,146 | 0,8225 | 374,1 | 1,376 | 10,77 |
300,00 | 5,0 | 36,947 | 0,9117 | 425,1 | 1,336 | 11,96 |
350,00 | 5,0 | 30,287 | 0,9533 | 464,0 | 1,304 | 13,32 |
250,00 | 7,5 | 82,728 | 0,7329 | 364,8 | 1,468 | 12,40 |
300,00 | 7,5 | 57,885 | 0,8729 | 425,4 | 1,397 | 12,96 |
350,00 | 7,5 | 46,341 | 0,9346 | 467,0 | 1,348 | 14,10 |
Таблица Б.3 - Расчетные значения физических свойств для смеси N 2
Т, K | р, МПа | z | w, м/с | к | ||
250,00 | 0,1 | 0,9576 | 0,9964 | 368,0 | 1,297 | 9,65 |
300,00 | 0,1 | 0,7967 | 0,9980 | 400,6 | 1,278 | 11,40 |
350,00 | 0,1 | 0,6823 | 0,9989 | 429,6 | 1,260 | 13,01 |
250,00 | 2,0 | 20,621 | 0,9254 | 355,9 | 1,306 | 9,88 |
300,00 | 2,0 | 16,550 | 0,9608 | 394,0 | 1,285 | 11,54 |
350,00 | 2,0 | 13,932 | 0,9784 | 426,0 | 1,264 | 13,11 |
250,00 | 5,0 | 59,222 | 0,8055 | 339,0 | 1,362 | 11,08 |
300,00 | 5,0 | 43,950 | 0,9045 | 387,8 | 1,322 | 12,24 |
350,00 | 5,0 | 35,904 | 0,9491 | 424,0 | 1,291 | 13,65 |
250,00 | 7,5 | 101,70 | 0,7036 | 327,3 | 1,453 | 12,88 |
300,00 | 7,5 | 69,162 | 0,8622 | 387,2 | 1,383 | 13,30 |
350,00 | 7,5 | 55,056 | 0,9284 | 426,3 | 1,334 | 14,45 |
Библиография
[1] | ISO 12213-3:2006 | Natural gas - Calculation of compression factor - Part 3: Calculation using physical properties* (Газ природный. Расчет коэффициента сжимаемости. Часть 3. Расчет на основе физических характеристик) |
__________________ * Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - . | ||
[2] | Кобза З., Добровольски Б., Гонтарек Я. (Польская высшая инженерная школа) Анализ влияния неточности определения показателя адиабаты природных газов на погрешность расчета расхода | |
[3] | Шпильрайн Э.Э. Кессельман П.М. Основы теории теплофизических свойств веществ. М.: Энергия, 1977. 248 с. |
УДК 662.76.001.4:006.354 | МКС 75.060 |
Ключевые слова: газ природный, методы расчета, физические свойства, плотность, коэффициент сжимаемости, показатель адиабаты, скорость звука, коэффициент динамической вязкости, диапазон применения, погрешности расчета |
Электронный текст документа
и сверен по:
, 2019