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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佳选择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图计算高含天然气压缩因子时不确定度的估计范围图计算高含天然气压缩因子时不确定度的估计范围图计算高含天然气压缩因子时不确定度的估计范围压力最高至温度在时压缩因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和以内表计算方法的计算综合结果不确定度允许的摩尔分数范围组分