Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 8.769-2011 (ИСО 12213-3:2006) "Государственная система обеспечения единства измерений. Газ природный. Фактор сжимаемости газовой фазы. Метод расчетного определения на основе данных о физических свойствах газа" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. N 1101-ст)

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 8.769-2011 (ИСО 12213-3:2006)
"Государственная система обеспечения единства измерений. Газ природный. Фактор сжимаемости газовой фазы. Метод расчетного определения на основе данных о физических свойствах газа"
(утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. N 1101-ст)

State system for ensuring the uniformity of measurements. Natural gas. Compression factor of gas phase. Method of calculation based on gas physical properties

Дата введения - 1 января 2013 г.

Введен впервые

ГАРАНТ:

Полужирный курсив в тексте не приводится

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"

Сведения о стандарте

1 Подготовлен Федеральным государственным унитарным предприятием "Российский научно-технический центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия" (ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ") на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 180 "Государственная служба стандартных справочных данных"

3 Утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. N 1101-ст

4 Настоящий стандарт модифицирован по отношению к международному стандарту ИСО 12213-3:2006 "Газ природный. Расчетное определение фактора сжимаемости. Часть 3. Расчетное определение на основе данных о физических свойствах газа" (ISO 12213-3:2006 "Natural gas - Calculation of compression factor - Part 3: Calculation using physical properties") путем изменения его структуры для приведения в соответствие с правилами, установленными в ГОСТ Р 1.5-2004 (подразделы 4.2 и 4.3), а также путем изменения отдельных фраз (слов и ссылок), которые выделены в тексте полужирным курсивом.

Внесение указанных технических отклонений направлено на учет особенностей объекта стандартизации, характерных для Российской Федерации, а также связано с целесообразностью использования ссылочных национальных и межгосударственных стандартов вместо ссылочных международных стандартов.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (пункт 3.5).

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДА

5 Введен впервые

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод расчетного определения фактора сжимаемости природного газа, подготовленного для транспортирования и распределения по магистральным газопроводам, при условии его нахождения только в газовой фазе.

Стандарт распространяется на подготовленные для транспортирования по магистральным газопроводам газы в диапазонах давления и температуры, при которых на практике осуществляют транспортирование и распределение этих газов.

Более детальные сведения о применении метода изложены в [1].

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 8.662-2009 (ИСО 20765-1:2005) Государственная система обеспечения единства измерений. Газ природный. Термодинамические свойства газовой фазы. Методы расчетного определения для целей транспортирования и распределения газа на основе фундаментального уравнения состояния AGA8 (ИСО 20765-1:2005 "Газ природный. Расчет термодинамических свойств. Часть 1. Свойства газовой фазы для транспортирования и распределения", MOD)

ГОСТ Р 8.668-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Теплота (энергия) сгорания объемная природного газа. Общие требования к методам измерений

ГОСТ 8.417-2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин

ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности, числа Воббе на основе компонентного состава (ИСО 6976-1:1995 "Газ природный. Расчет теплотворной способности, плотности, относительной плотности и индекса Вобба для смеси", MOD)

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт 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 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 8.662, ГОСТ Р 8.668, ГОСТ 8.417, ГОСТ 31369, с учетом [1].

3.2 Обозначения

3.2.1 Условные обозначения

Условные обозначения величин приведены в таблице 1.

Обозначения величин и их единиц, указанные в таблице 1, использованы как в основном тексте стандарта, так и в приложении В. Единицы величин, приведенные в таблице 1, соответствуют значениям коэффициентов, приведенным в приложении В.

Таблица 1 - Условные обозначения величин

Величина		Единица
Обозначение	Наименование
	Член нулевого порядка (постоянная) в разложении по степеням молярной теплоты сгорания () [уравнение (В.20)]
	Член первого порядка (линейный) в разложении по степеням молярной теплоты сгорания () [уравнение (В.20)]
	Член второго порядка (квадратичный) в разложении по степеням молярной теплоты сгорания () [уравнение (В.20)]
	Члены разложения по температуре [уравнение (В.21)]
	Члены разложения по температуре [уравнение (В.21)]
	Члены разложения по температуре [уравнение (В.21)]
	Члены разложения по температуре [уравнение (В.22)]
	Второй вириальный коэффициент [уравнение (1)]
	Второй вириальный коэффициент парного взаимодействия между компонентом i и компонентом j [уравнение (В.22)]
	Член нулевого порядка (постоянный) в разложении по степеням молярной теплоты сгорания () [уравнение (В.29)]
	Член первого порядка (линейный) в разложении по степеням молярной теплоты сгорания () [уравнение (В.29)]
	Член нулевого порядка (постоянный) в разложении по степеням молярной теплоты сгорания () [уравнение (В.29)]
	Член первого порядка (линейный) в разложении по степеням молярной теплоты сгорания () [уравнение (В.29)]
	Член второго порядка (квадратичный) в разложении по степеням молярной теплоты сгорания () [уравнение (В.29)]
	Члены разложения по температуре [уравнение (В.30)]
	Члены разложения по температуре [уравнение (В.30)]
	Члены разложения по температуре [уравнение (В.30)]
	Члены разложения по температуре [уравнение (В.31)]
	Третий вириальный коэффициент [уравнение (1)]
	Перекрестный третий вириальный коэффициент [уравнение(В.31)]
	Относительная плотность [d (воздух) = 1; уравнение (В.1)]	1
	Изменение молярной теплоты сгорания во время итераций [уравнения (В.10) и (В.11)]
	Значение высшей теплоты сгорания [газ при нормальных условиях (0°С, 1013 25 бар), температура сгорания 25°С]
	Молярная теплота сгорания (температура сгорания 25°С)
	Молярная масса [уравнения (В.5) и (В.8)]
	Абсолютное давление	бар*
	Универсальная газовая постоянная
	Абсолютная температура	K
	Температура в градусах Цельсия [t = Т - 273,15; уравнение (В.27)]	°С
	Относительная расширенная неопределенность	%
	Молярный объем (= 1/)
	Молярная доля компонента	1
	Комбинационные параметры для перекрестных вторых вириальных коэффициентов и (таблица В.2) и перекрестных третьих вириальных коэффициентов [уравнение (В.32)]	1
	Фактор сжимаемости	1
	Массовая плотность [уравнения (В.8) и (В.42)]
	Молярная плотность (=)
* Несмотря на то что бар не относится к системным единицам, применяемый международный стандарт ориентирован на использование в расчетах (в том числе в компьютерной версии) этой единицы (1 бар = 0,1 МПа). По этой причине в настоящем стандарте давление, включая давление для универсальной газовой постоянной R, может быть выражено в единице "бар" или единице "МПа" в зависимости от того, как данные единицы представлены в различных разделах применяемого международного стандарта.

3.2.2 Дополнительные индексы

- значение при нормальных условиях ( = 273,15 К, = 0,101325 МПа);

- для эквивалентного углеводорода;

- для моноксида# углерода;

- для диоксида углерода;

- для водорода;

- для азота.

3.2.3 Дополнительные обозначения

(air) - для сухого воздуха стандартного состава [уравнение (В.1)];

(D) - для условного значения , используемого в уравнении (В.11);

1 - для эквивалентного углеводорода [уравнения (В.12) и (В.15)];

2 - для азота [уравнения (В.12) и (В.16)];

3 - для диоксида углерода [уравнения (В.12) и (В.17)];

4 - для водорода [уравнения (В.12) и (В.18)];

5 - для моноксида# углерода [уравнения (В.12) и (В.19)];

(id) - состояние идеального газа;

(u) - счетчик итераций (В.2.1);

(v) - счетчик итераций (В.2.2);

(w) - счетчик итераций (В.4).

4 Метод расчетного определения

4.1 Сущность метода

Принцип метода настоящего стандарта основан на том, что для расчетного определения термических свойств подлежащего транспортированию по газопроводу природного газа достаточно информации о ряде его физических свойств. Соответствующие данные совместно с температурой и плотностью, характеризующими состояние газа, составляют комплекс входных переменных для рассматриваемого метода.

В методе используют следующие физические свойства: высшую теплоту сгорания, относительную плотность и молярную долю диоксида углерода. Метод, как правило, применяют при отсутствии сведений о полном компонентном составе газа. Для газов с синтетическими примесями (синтез-газ) необходимо иметь дополнительные сведения о молярной доле водорода.

4.2 Уравнение состояния SGERG-88

Расчетный метод основан на стандартном вириальном уравнении состояния природного газа GERG-88 (SGERG-88) (источники см. в ГОСТ Р 8.662). Вириальное уравнение состояния GERG-88 получено из базового уравнения состояния GERG-88 (MGERG-88), основанного на наличии сведений о полном компонентном составе газа (источники см. в ГОСТ Р 8.662).

Фактор сжимаемости Z получают из уравнения SGERG-88 согласно уравнению

,

(1)

где В и С - функции входных переменных: высшей теплоты сгорания , относительной плотности d, молярных долей диоксида углерода и водорода ( и ) и температуры T;

- молярная плотность согласно выражению

,

(2)

где .

(3)

При этом в методе SGERG-88 смесь природного газа рассматривают, по существу, как пятикомпонентную смесь, включающую в себя эквивалентный углеводородный газ (с теми же термодинамическими свойствами, какими обладает сумма присутствующих углеводородов), азот, диоксид углерода, водород и моноксид# углерода. Для адекватного представления термодинамических свойств углеводородного газа необходимо знать также теплоту сгорания . Поэтому для вычисления Z используют зависимость

.

(4)

Для моделирования смесей типа коксового газа учитывают молярную долю в фиксированном соотношении с содержанием водорода. Если водород отсутствует ( < 0,001), то принимают = 0. Далее смесь природного газа рассматривают в методе вычислений как трехкомпонентную смесь (см. приложение В).

Вычисления проводят в три стадии с помощью итеративных операций, детально описанных в приложении В. Для исходных данных требуется смоделировать пятикомпонентную смесь, для которой могут быть с удовлетворительной точностью определены заданные значения высшей теплоты сгорания и относительной плотности.

Во-вторых, если эта модель определена, могут быть найдены B и С при использовании уравнений, также приведенных в приложении В.

На третьей стадии решают систему уравнений (1) и (2) для и Z подходящим численным методом.

4.3 Входные переменные

4.3.1 Предпочтительный набор входных переменных

В качестве предпочтительных входных переменных в уравнении SGERG-88 используют абсолютное давление, температуру и высшую теплоту сгорания (в объемных единицах), относительную плотность, молярную долю диоксида углерода и водорода.

Таким образом, в качестве входных переменных используют набор данных A: , d, и . Относительную плотность относят к нормальным условиям р = (101,325 кПа и t = 0°С), а высшую теплоту сгорания - к нормальным условиям (р = 101,325 кПа и t = 0°С) и к температуре вспышки t = 25°С.

4.3.2 Альтернативные наборы входных переменных

При применении стандартного уравнения состояния GERG-88 допускается использовать альтернативные (по отношению к описанному в 4.3.1) наборы входных переменных:

, , и (набор В);

, , и (набор С);

, , и (набор D).

Использование альтернативных наборов входных переменных приводит к результатам, которые могут различаться в четвертом десятичном знаке. В настоящем стандарте рекомендовано использовать набор входных переменных А.

4.4 Условия применения метода

4.4.1 Газ, подготовленный для транспортирования и распределения по магистральным газопроводам

Для такого газа условия применения метода следующие:

- абсолютное давление: 0 МПар12 МПа;

- температура: 263 КТ338 К;

- молярная доля диоксида углерода: 00,20;

- молярная доля водорода: 00,10;

- высшая теплота сгорания: 30 45 ;

- относительная плотность: 0,55d0,80.

Молярные доли других компонентов природного газа не требуется рассматривать как входные переменные. Тем не менее молярные доли этих компонентов могут находиться в следующих пределах (типичное отношение молярных долей последовательных компонентов в гомологических рядах алканов 3:1 - см. приложение А):

- метан	0,71,0;
- азот	00,20;
- этан	00,10;
- пропан	00,035;
- бутаны	00,015;
- пентаны	00,005;
- гексаны	00,001;
- гептаны	00,000 5;
- октаны плюс высшие углеводороды 00,000 5;
- моноксид# углерода	00,03;
- гелий	00,005;
- вода	00,000 15.

Метод применим только к смесям, находящимся в однофазном газовом состоянии (выше температуры конденсации) при заданных температуре и давлении. Для газа, подготовленного для транспортирования и распределения по магистральным газопроводам, метод применим при расширенных диапазонах температуры и давления, однако неопределенность расчетных значений при этом возрастает (см. рисунок 1). При компьютерной реализации метода нижний температурный предел устанавливают 250 К.

4.4.2 Расширенные условия применения метода

Условия применения метода, расширенные по отношению к указанным в 4.4.1, приведены ниже:

- абсолютное давление	0 МРар12 МПа;
- температура	263 КT338 К;
- молярная доля диоксида углерода	0 0,30;
- молярная доля водорода	00,10;
- высшая теплота сгорания	20 48 ;
- относительная плотность	0,55d0,90.

Для допустимых значений молярных долей прочих основных компонентов природного газа устанавливают интервалы:

- метан	0,51,0;
- азот	00,50;
- этан	00,20;
- пропан	00,05.

Интервалы значений молярных долей прочих второстепенных компонентов не изменяют по отношению к приведенным в 4.4.1 для газа, подготовленного для транспортирования по магистральным газопроводам.

Метод не разрешается применять за пределами этих интервалов; в компьютерной реализации метода, описанной в приложении В, не допускается выход за установленные пределы молярных долей.

4.5 Оценка неопределенности вычислений

4.5.1 Оценка неопределенности для газа, подготовленного к транспортированию по магистральным газопроводам

Относительная расширенная неопределенность вычислений фактора сжимаемости UZ (для температуры от 263 К до 338 К) составляет 0,1% при давлении вплоть до 10 МПа и 0,2% между 10 и 12 МПа для природных газов типов: 0,20, 0,09, 0,10 и 0,10 и при 30 45 и 0,55d0,80 (см. рисунок 1).

Для газов с молярной долей , превышающей 0,09, неопределенность составляет 0,1% при давлении вплоть до 6 МПа и при температуре от 263 К до 338 К. Оценка неопределенности выполнена на основании сравнения с результатами измерений фактора сжимаемости, приведенными в GERG-банком данных (см. библиографию в ГОСТ Р 8.662).

4.5.2 Оценка неопределенности для расширенных условий применения

Оценка расширенной неопределенности расчетных значений фактора сжимаемости, выходящей за показатели точности, приведенные в 4.5.1, рассмотрена в приложении Е.

4.5.3 Учет неопределенностей входных переменных

В таблице 2 приведены типичные оценки неопределенности соответствующих входных переменных. Эти оценки могут быть получены при оптимальных производственных условиях.

Ориентировочно, на основе анализа распределения ошибок, допускается полагать, что указанные неопределенности во входных переменных могут привести к дополнительной расширенной неопределенности расчетных результатов приблизительно 0,1% при давлении 6 МПа при температуре от 263 до 338 К. Свыше 6 МПа дополнительная неопределенность больше и увеличивается примерно прямо пропорционально давлению.

4.5.4 Опубликование результатов

Вычисленные значения фактора сжимаемости необходимо публиковать с четырьмя значащими цифрами в мантиссе при условиях, оговоренных в настоящем стандарте для рекомендуемого метода (уравнение состояния SGERG-88).

Рисунок 1 - Пределы расширенной неопределенности при вычислении фактора сжимаемости

Таблица 2 - Неопределенности входных переменных

Входная переменная	Абсолютная неопределенность
Абсолютное давление	0,02 МПа
Температура	0,15 К
Молярная доля диоксида углерода	0,002
Молярная доля водорода	0,005
Относительная плотность	0,0013
Высшая теплота сгорания	0,06

5 Программное обеспечение метода

Программное обеспечение метода может быть предоставлено на предварительно обусловленных началах.

Библиография

[1]

Международный стандарт ИСО 12213-1:2006 (ISO 12213-1:2006)

Природный газ. Расчетное определение фактора сжимаемости. Часть 1. Исходные положения и рекомендации (Natural gas - Calculation of compression factor - Part 1: Introduction and guideilines)