Рекомендации по метрологии Р 50.2.076-2010 "Государственная система обеспечения единства измерений. Плотность нефти и нефтепродуктов. Методы расчета. Программа и таблицы приведения" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 декабря 2010 г. N 1136-ст)

Дата введения 1 июля 2011 г.

Введены впервые

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

1 Область применения

Настоящие рекомендации распространяются на методы расчета плотности, коэффициентов объемного расширения и сжимаемости нефти, нефтепродуктов и смазочных масел.

Рекомендации содержат программу и таблицы пересчета плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел.

Рекомендации предназначены для использования в расчетах плотности при проведении учетно-расчетных операций в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, а также для внутрихозяйственного учета. Допускается применять настоящие рекомендации для разработки собственных программных продуктов по расчету или составлению таблиц плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел.

Примечание - Разрабатываемые программные продукты по расчету или составлению таблиц плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел подлежат обязательной аттестации в установленном порядке.

2 Обозначения

В настоящих рекомендациях использованы следующие обозначения:

t - температура нефти, нефтепродуктов и смазочных масел, °С;

Р - избыточное давление нефти, нефтепродуктов или смазочных масел, МПа;

- плотность при температуре t и избыточном давлении Р, ;

- плотность при температуре 15°С и избыточном давлении равном нулю, ;

- плотность при температуре 20°С и избыточном давлении равном нулю, ;

- коэффициент объемного расширения нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре 15°С, ;

- коэффициент объемного расширения при температуре t, ;

- коэффициент сжимаемости при температуре t, ;

- плотность при температуре t и избыточном давлении равном нулю, ;

- плотность при температуре t, измеренная ареометром, ;

К - поправочный коэффициент на температурное расширение стекла, из которого изготовлен ареометр;

- температурная поправка к плотности, приходящаяся на 1,0°С.

3 Метод расчета плотности

3.1 Метод расчета плотности соответствует требованиям документа[1] и стандарта[2]. Данный метод расчета плотности имеет следующие ограничения по температуре и давлению нефти, нефтепродуктов и смазочных масел:

- диапазон температуры - минус 50°С - плюс 150°С;

- диапазон избыточного давления - 0 - 10,34 МПа.

3.2 Значение плотности нефти, нефтепродуктов или смазочных масел при температуре t и избыточном давлении Р рассчитывают по формуле

,

(1)

где

(2)

, , , - коэффициенты, определяемые по таблице 1.

Таблица 1 - Значения коэффициентов , и

Наименование группы		Диапазон плотности при 15°С,
Нефть			613,9723	0,0000	0,0000
Группы нефтепродуктов	Бензины		346,4228	0,43884	0,0000
	Топлива, занимающие по плотности промежуточное место между бензинами и керосинами		2690,7440	0,00000	-0,0033762
	Топлива для реактивных двигателей, керосины для реактивных двигателей, авиационное реактивное топливо ДЖЕТ А, керосины		594,5418	0,0000	0,0000
	Дизельные топлива, печные топлива, мазуты		186,9696	0,4862	0,0000
Смазочные масла нефтяного происхождения, полученные из дистиллятных масленых фракций с температурой кипения выше 370°С			0,0000	0,6278	0,0000
Примечания 1 Нефтепродукты разделены на группы, имеющие внутри подгруппы, в указанном в таблице диапазоне плотности, аналогичные характеристики зависимости между коэффициентом объемного расширения и плотностью нефтепродукта . Наименование групп носит условный характер. 2 Рекомендуется при расчетах плотности нефтепродуктов, выпускаемых отечественными производителями, применять значения коэффициентов , и , уточненные по результатам экспериментальных и теоретических работ и утвержденные в установленном порядке. 3 Если значение плотности нефтепродукта попадает в диапазон плотности, соответствующей другой группе нефтепродуктов, то при расчете плотности конкретного нефтепродукта, в связи с условным наименованием групп, следует применять значения коэффициентов , и , той подгруппы нефтепродуктов, которой соответствует его плотность . Так, например бензин с плотностью более 770,9 следует относить к подгруппе "топлива, занимающие по плотности промежуточное место между бензинами и керосинами" и расчет плотности проводить по коэффициентам, соответствующим данной подгруппе.

- коэффициент сжимаемости при температуре t, , вычисляемый по формуле

(3)

Значение коэффициента объемного расширения при температуре t рассчитывают по формуле

(4)

Значение плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре 20°С и избыточном давлении равном нулю рассчитывают через значение плотности по формуле

(5)

3.3 Значение плотности находят методом последовательных приближений, используя итерационный метод "прямых подстановок" или итерационный метод Ньютона по документу[1].

Методом "прямых подстановок" значение плотности рассчитывают по следующему алгоритму:

1) Измеренное значение плотности подставляют в формулы (2) и (3) вместо , и вычисляют в первом приближении значения и , соответственно;

2) Измеренное значение плотности и вычисленные в первом приближении значения и подставляют в формулу (1) и определяют значение в первом приближении;

3) Значение , вычисленное в первом приближении, подставляют в формулы (2) и (3) и вычисляют во втором приближении значения и , соответственно;

4) Измеренное значение плотности и вычисленные во втором приближении значения и подставляют в формулу (1) и вычисляют значение во втором приближении и так далее.

Расчет плотности продолжают до тех пор, пока значение не перестанет изменяться более чем на 0,01 . За результат определения плотности принимается значение, полученное в последнем приближении.

Примечания

1 При определении значения плотности в формулы (1) и (3) подставляют значения температуры и давления нефти или нефтепродукта, при которых была измерена плотность . При расчете значения плотности в формулы (1) и (3) подставляют значения температуры и давления нефти, при которых требуется определить плотность.

2 Итерационный метод Ньютона предполагает применение единиц измерений, не применяемых на территории Российской Федерации, поэтому он в настоящих рекомендациях ни приведен.

3.4 При измерениях плотности ареометром учитывают температурное расширение стекла, из которого изготовлен ареометр. Для этого показания ареометра пересчитывают в плотность нефти, нефтепродуктов и смазочных масел по формуле

(6)

Для ареометров, градуированных при 15°С, коэффициент К вычисляют по формуле

(7)

Для ареометров, градуированных при 20°С, коэффициент К вычисляют по формуле

(8)

3.5 Округление результатов расчета по формулам

3.5.1 Результат расчета плотности по формулам (1) и (5) округляют:

- до 0,01 - для плотномеров (преобразователей плотности жидкости) с пределами допустимой погрешности измерения не более 0,5 ;

- до 0,1 - для плотномеров (преобразователей плотности жидкости) с пределами допустимой погрешности измерения от 0,5 до 1,0 .

3.5.2 Результат расчета плотности по формулам (1), (5) и (6) для ареометров округляют до 0,1 .

3.5.3 Результат расчета коэффициента объемного расширения по формулам (2) и (4) округляют до 0,000001 ().

3.5.4 Результат расчета коэффициента сжимаемости по формуле (3) округляют до 0 000001 ().

3.5.5 Результат расчета поправочного коэффициента на температурное расширение стекла ареометра по формулам (7) и (8) округляют до 0,0001 ().

Пример 1. Проведены измерения плотности нефти ареометром, градуированным при температуре 20°С. Температура испытания нефти: 27,3°С, показание ареометра: 836,7 . Требуется определить значение плотности нефти при температуре 16,3°С и избыточном давлении 1,3 МПа.

Процедура расчета значения плотности следующая:

1) Пересчитывают показания ареометра в плотность нефти по формулам (8) и (6)

2) Значение плотности, равное 836,5 , подставляют в формулу (2) вместо и вычисляют в первом приближении значение : .

3) Значение плотности, равное 836,5 , вычисленные в первом приближении значения , равное , подставляют в формулу (1) и определяют значение в первом приближении: 845,66 .

4) Значение , найденное в первом приближении, равное 845,66 , подставляют в формулу (2) и вычисляют во втором приближении значение : .

5) Значение плотности, равное 836,5 , вычисленное во втором приближении значение равное , подставляют в формулу (1) и определяют значение во втором приближении: 845,46 .

6) Значение , найденное во втором приближении, равное 845,46 , подставляют в формулу (2) и вычисляют в третьем приближении значение : .

7) Значение плотности 836,5 и вычисленное в третьем приближении значение , равное , подставляют в формулу (1) и определяют значение в третьем приближении: 845,46 .

8) Так как, значение изменилось менее чем на 0,01 (), то за результат расчета плотности принимается значение, полученное в последнем приближении и округленное до 0,1 : 845,5 .

9) Значение плотности равное 845,5 , подставляют в формулу (3) и вычисляют при температуре 16,3°С : .

10) Значение плотности , равное 845,50 , значение , равное , и значение при температуре 16,3°С, равное , подставляют в формулу (1) и рассчитывают плотность нефти при температуре 16,3°С и избыточном давлении 1,3 МПа: 845,37 .

Результат расчета плотности нефти при температуре 16,3°С и избыточном давлении 1,3 МПа с учетом округления до 0,1 равен 845,4 .

Пример 2. Проведены измерения плотности нефти плотномером (предел допустимой погрешности измерения плотности плотномера 0,3 ). Плотность нефти при температуре 27,30°С и избыточном давлении 2,45 МПа равна 836,15 , требуется определить плотность нефти при температуре 16,32°С и избыточном давлении 1,28 МПа.

Процедура расчета значения плотности следующая:

1) Значение плотности, равное 836,15 , подставляют в формулу (2) и (3) вместо , и вычисляют в первом приближении значения и ( вычисляют при температуре 27,3°С), соответственно. Они равны соответственно и .

2) Значение плотности, равное 836,15 , вычисленные в первом приближении значения равное , и равное , подставляют в формулу (1), и определяют значение в первом приближении: 843,62 .

3) Значение , найденное в первом приближении, равное 843,62 , подставляют в формулы (2) и (3) и вычисляют во втором приближении значения и , соответственно. Они равны соответственно и .

4) Значение плотности, равное 836,15 , вычисленные во втором приближении значения , равное , и , равное , подставляют в формулу (1) и определяют значение во втором приближении: 843,50 .

5) Значение , найденное во втором приближении, равное 843,50 , подставляют в формулы (2) и (3), и вычисляют в третьем приближении значения и , соответственно. Они равны соответственно и .

6) Значение плотности 836,15 и вычисленные в третьем приближении значения , равное , и , равное , подставляют в формулу (1) и определяют значение в третьем приближении: 843,50 .

7) Так как, значение изменилось менее чем на 0,01 (), то за результат определения плотности принимается значение, равное 843,50 .

8) Значение плотности , равное 843,50 , подставляют в формулу (3) и вычисляют при температуре 16,32°С : .

9) Значение плотности , равное 843,50 , значение , равное , и значение при температуре 16,32°С, равное , подставляют в формулу (1) и рассчитывают плотность нефти при температуре 16,32°С и избыточном давлении 1,28 МПа: 843,34 .

Результат расчета плотности нефти при температуре 16,32°С и избыточном давлении 1,28 МПа с учетом округления до 0,01 равен 843,34 .

4 Таблицы приведения плотности

4.1 Настоящие рекомендации содержат следующие таблицы приведения (пересчета) плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел:

- пересчет плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре t,°С в плотность при температуре 15°С - таблицы А.1-А.3 (приложение А);

- пересчет плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре 15°С в плотность при температуре t,°С - таблицы Б.1-Б.3 (приложение Б);

- коэффициенты сжимаемости нефти, нефтепродуктов и смазочных масел - таблицы В.1-В.3 (приложение В);

- коэффициенты объемного расширения нефти, нефтепродуктов и смазочных масел таблицы - таблицы Г.1-Г.3 (приложение Г).

4.2 Округление результатов расчета по таблицам

4.2.1 Результат расчета плотности (таблицы А.1-А.3, таблицы Б.1-Б.3) округляют до 0,1 .

4.2.2 Результат расчета коэффициента сжимаемости (таблицы В.1-В.3) округляют до 0,000001 ().

4.2.3 Результат расчета коэффициента объемного расширения (таблицы Г.1-Г.3) округляют до 0,000001 ().

4.3 В таблицах А.1-А.3 (приложение А) и таблицах Б.1-Б.3 (приложение Б) приведены значения плотности без учета температурного расширения стекла ареометра. Перед применением таблиц показания ареометра пересчитывают в плотность нефти, нефтепродуктов и смазочных масел по формуле (6).

4.4 Таблицы А.1-А.3 (приложение А) и таблицы Б.1-Б.3 (приложение Б) предназначены для приведения плотности по температуре при избыточном давлении нефти, нефтепродуктов и смазочных масел равном нулю. Таблицы В.1-В.3 (приложение В) применяют для пересчета плотности по давление. При приведении плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел к температуре 15°С, измеренной при избыточном давлении Р, плотность сначала пересчитывают к избыточному давлению, равному нулю, по формуле (9), используя значения коэффициентов сжимаемости , приведенные в таблицах В.1-В.3 (приложение В), а затем рассчитанное по формуле (9) значение плотности приводят к температуре 15°С, используя таблицы А.1-А.3 (приложение А). Результат расчета значений плотности по формуле (9) округляют до 0,1

.

(9)

При приведении плотности нефти, нефтепродуктов или смазочных масел к требуемым условиям по температуре и давлению найденное по таблицам А.1-А.3 (приложение А) значение плотности приводят к требуемой температуре, используя таблицы Б.1-Б.3 (приложение Б), а затем, найденное по этим таблицам значение плотности приводят к требуемому избыточному давлению Р по формуле (10), используя значения коэффициентов сжимаемости приведенные в таблицах В.1-В.3 (приложение В). Результат расчета значений плотности по формуле (10) округляют до 0,1

.

(10)

Если требуется пересчитать плотность нефти, нефтепродуктов и смазочных масел только по давлению, то допускается применять формулу

.

(11)

где , - значения плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре t и избыточном давлении Р1 и Р2, соответственно;

- значение коэффициента сжимаемости, приведенное в таблицах В.1-В.3 (приложение В).

Формулу (11) допускается применять при разности давлений и не более 5 МПа.

Результат расчета значений плотности по формуле (11) округляют до 0,1 .

4.5 Таблицы Г.1-Г.3 (приложение Г) применяют для пересчета по температуре плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при разности температуры измерения и температуры приведения плотности не более 10°С по формуле

,

(12)

где - значение коэффициента объемного расширения нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре приведенное в таблицах Г.1-Г.3 (приложение Г).

Формулу (12) допускается применять при разности температур и не более 10°С.

Результат расчета значений плотности по формуле (12) округляют до 0,1 .

4.6 Таблицы пересчета плотности А.1-А.3 (приложение А) и таблицы Б.1-Б.3 (приложение Б) составлены с дискретностью по плотности - 10,0 , по температуре - 1,0°С. Для значений плотности , не кратных 10,0 и/или значений температур t, не кратных 1,0°С, значения приведенной плотности рассчитывают путем интерполяции.

Пример - Плотность нефти при температуре 12,3°С равна 830,9 , требуется определить плотность нефти при температуре 15°С.

Процедура определения значения плотности при температуре 15,0°С следующая:

Шаг 1. Округляют значение плотности до ближайшего значения кратного 10,0 : 830,0 .

Шаг 2. Округляют значение температуры до ближайшего наименьшего и ближайшего наибольшего значения кратного 1,0°С : 12,0°С и 13,0°С, соответственно.

Шаг 3. В горизонтальной графе "Плотность нефти при температуре t°C" таблицы А.1 (приложение А) находят округленное значение плотности: 830,0 .

Шаг 4. В вертикальной графе "t°С" таблицы А.1 (приложение А) находят округленные величины температур: 12,0°С и 13,0°С.

Шаг 5. На пересечении значений температур и плотности находят приведенные значения плотности нефти при 15°С: 827,8 и 828,5 соответственно.

Шаг 6. По разности приведенных значений плотности рассчитывают температурную поправку к плотности, приходящуюся на 1,0°С, то есть

Шаг 7. К приведенному значению плотности, соответствующему значению температуры, округленному до ближайшего значения кратного 1,0°С (то есть 12,0°С), прибавляют (вычитают) величину, на которую было уменьшено (увеличено) значение измеренной плотности при округлении плотности, то есть [827,8 + (830,9-830,0)] = (827,8 + 0,9) = 828,7 .

Шаг 8. К значению приведенной плотности, полученной по шагу 7, прибавляют (вычитают) величину, на которую было уменьшено (увеличено) значение приведенной плотности при округлении измеренной температуры, то есть

Рассчитанное значение плотности нефти при температуре 15,0°С равно 828,9 .

4.7 Таблицы коэффициентов сжимаемости В.1-В.3 (приложение В) составлены с дискретностью по плотности - 10,0 , по температуре - 1,0°С. При определении коэффициентов сжимаемости, значение температуры t округляют до целых значений. Для значений плотности , не кратных 10,0 , значения коэффициентов сжимаемости рассчитывают путем интерполяции.

Пример - Плотность нефти при температуре 12,3°С равна 830,9 , требуется определить коэффициент сжимаемости нефти при температуре 12,3°С.

Процедура определения значения коэффициент сжимаемости нефти следующая:

Шаг 1. Округляют значение температуры 12,3°С до целочисленного значения: 12,0°С.

Шаг 2. Округляют значение плотности 830,9 до ближайшего меньшего и ближайшего большего значения кратного 10,0 : 830,0 и 840,0 соответственно.

Шаг 3. В вертикальной графе "t°C" таблицы В.1 (приложение В) находят округленное значение температуры: 12,0°С.

Шаг 4. В горизонтальной графе "Плотность нефти при температуре t°C" таблицы В.1 (приложение В) находят округленные значения плотности: 830,0 и 840,0 .

Шаг 5. На пересечении значений температуры 12,0°С и плотностей 830,0 и 840,0 находят значения коэффициента сжимаемости нефти: и соответственно.

Шаг 6. Рассчитывают изменение значения коэффициента сжимаемости, приходящиеся на 1,0 , то есть .

Шаг 7. К значению коэффициента сжимаемости, соответствующего значению плотности, округленному до ближайшего значения кратного 10,0 (то есть 830,0 ), прибавляют (вычитают) величину, на которую было уменьшено (увеличено) значение коэффициента сжимаемости при округлении плотности, то есть .

Значение коэффициента сжимаемости нефти при температуре 12,3°С равно .

4.8 Таблицы коэффициентов объемного расширений Г.1-Г.3 (приложение Г) составлены с дискретностью по плотности - 10,0 , по температуре - 5,0°С. При определении коэффициентов объемного расширения значение температуры t округляют до целых значений, кратных 5,0°С, для значений плотности , не кратных 10,0 , значения коэффициентов объемного расширения рассчитывают путем интерполяции (аналогично 4.7).

4.9 Таблицы пересчета плотности содержат дополнительные погрешности, связанные с дискретностью шага по плотности и температуре, а также с округлением приведенной плотности до 0,1 . Поэтому предпочтительнее проводить расчет плотности по программе пересчета плотности.

5 Программа приведения плотности

Программа "Приведение плотности нефти и нефтепродуктов" разработана и аттестована ГНМЦ ФГУП "ВНИИР, в соответствии с требованиями рекомендации[3]. По результатам аттестации программы установлено:

- алгоритм программы обеспечивает расчет плотности, коэффициентов объемного расширения и сжимаемости нефти, нефтепродуктов и смазочных масел по формулам (1)-(7) и соответствует требованиям документа[1];

- абсолютная погрешность расчета плотности не более 0,01 ;

- относительная погрешность расчета коэффициентов объемного расширения и сжимаемости не более 0,01%.

Библиография

[1] American Petroleum Institute. Manual of Petroleum Measurement Standards. Chapter 11. Physical Properties Data (Volume Correction Factors)
[2] Международный стандарт ASTMD 1250-08	Стандартное руководство по применению таблиц измерения параметров нефти и нефтепродуктов
[3] Рекомендация по метрологии МИ 2174-91	Государственная система обеспечения единства измерений. Аттестация алгоритмов и программ обработки данных при измерениях. Основные положения