Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 8.770-2011 "Государственная система обеспечения единства измерений. Газ природный. Коэффициент динамической вязкости сжатого газа с известным компонентным составом. Метод расчетного определения" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. N 1102-ст)

State system for ensuring the uniformity of measurements. Natural gas. The coefficient of dynamic viscosity of compressed gas with a known component composition. The method of calculation

Дата введения - 1 января 2013 г.

Введен 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"

Сведения о стандарте

1 Разработан Федеральным государственным унитарным предприятием "Российский научно-технический центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия" (ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ")

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 1102-ст

4 Введен впервые

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод расчетного определения динамической вязкости 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 Р и температуры Т, при которых на практике осуществляют транспортирование и распределение газов.

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

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

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 и ГОСТ 8.417.

3.2 Обозначения

3.2.1 Условные обозначения

Условные обозначения величин и обозначения их единиц приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Условные обозначения величин

Величина
Обозначение	Наименование	Единица
Т	Абсолютная температура	K
Р	Абсолютное давление	МПа
R	Универсальная газовая постоянная (R = 8,31451*)	кДж/()
N	Число компонентов газовой смеси	1
{},	Вектор молярных долей компонентов газовой смеси	1
	Удельная (массовая) плотность
	Молярная плотность
М	Молярная масса	кг/кмоль
Z	Фактор сжимаемости	1
	Коэффициент динамической вязкости
	Коэффициент динамической вязкости в состоянии разреженного газа
	Безразмерная избыточная составляющая коэффициента динамической вязкости	1
	Критический фактор вязкости
	Относительная температура	1
	Относительная плотность	1
	Ацентрический фактор Питцера	1
{}	Параметры уравнений для коэффициентов динамической вязкости компонентов в состоянии разреженного газа
{}	Параметры уравнения для безразмерной избыточной составляющей коэффициента динамической вязкости	1
{}, i = 1, ..., 6	Параметры аффинных преобразований для относительных плотности и температуры	1
* Несмотря на то что международное метрологическое сообщество не считает данное значение универсальной газовой постоянной R самым точным, оно установлено в ГОСТ Р 8.662, уравнение состояния которого используется для расчета плотности природного газа при определении вязкости в настоящем стандарте. Расхождение между приведенным значением и значением, принятым в настоящее время, менее .

3.2.2 Подстрочные индексы

В условных обозначениях величин приняты следующие индексы:

r - относительная величина;

i, j, k, l - значение соответствующих величин для i, j, k, l-го компонентов смеси;

bs - значение соответствующей величины для базового вещества;

m - значение соответствующей величины для смеси;

n - значение номера параметра уравнения для безразмерной избыточной составляющей коэффициента динамической вязкости;

с - значение величины в критической точке.

4 Общие положения метода

Коэффициент динамической вязкости природного газа как газовой смеси с известным компонентным составом вычисляют по следующему уравнению:

,

(1)

,

(2)

где - коэффициент динамической вязкости смеси в состоянии разреженного газа, зависящий только от компонентного состава и температуры, ;

(, ) - безразмерная избыточная составляющая коэффициента динамической вязкости смеси, зависящая от компонентного состава, температуры и плотности;

- критический фактор вязкости смеси, ;

в качестве базового вещества (bs) принят метан.

Плотность природного газа при заданном компонентном составе и рабочих температуре и давлении рассчитывают по уравнению состояния AGA8 по ГОСТ Р 8.662. При использовании этого уравнения при расчете вязкости соблюдают соответствующие ограничения по компонентному составу природного газа, представленные в таблице 2.

При расчете коэффициента динамической вязкости природного газа учитывают только его основные компоненты - те, молярные доли которых 0,001 (см. таблицу 2), а также водяной пар как существенно полярное вещество; поэтому молярные доли и Аr добавляют к молярной доле ; молярную долю - к молярной доле , а молярные доли , н-, н- - к молярной доле н-.

Таблица 2 - Диапазоны значений молярных долей основных и второстепенных компонентов природного газа

Номер компонента i	Компонент	Диапазон значений молярной доли
1	Азот	00,20
2	Диоксид углерода	00,20
3	Метан	0,71,00
4	Этан	00,10
5	Пропан	00,035
6 + 7	н-Бутан + изобутан	00,015
8 + 9	н-Пентан + изопентан	00,005
10	н-Гексан	00,001
11	н-Гептан	00,0005
12+13+14	н-Октан + н-нонан + н-декан	00,0005
15	Водород	00,10
17	Монооксид углерода	00,03
18	Водяной пар	00,00015
20	Гелий	00,005
16	Кислород	00,0002
19	Сероводород	00,0002
21	Аргон	00,0002

5 Динамическая вязкость смеси в состоянии разреженного газа

Коэффициент динамической вязкости смеси в состоянии разреженного газа вычисляют по формуле Уилки:

,

(3)

где

.

(4)

В уравнениях (3) и (4) и - коэффициенты динамической вязкости в состоянии разреженного газа для i-го и j-го компонентов соответственно.

Коэффициенты динамической вязкости в состоянии разреженного газа для любого компонента вычисляют по формуле

,

(5)

где = T/100 K; коэффициенты {} приведены в таблице А.1 (приложение А).

Значения молярных масс компонентов {} приведены в таблице А.3 (приложение А).

Значения коэффициентов {} для основных компонентов природного газа определены в результате обработки данных о коэффициентах динамической вязкости чистых компонентов в состоянии разреженного газа {} или при атмосферном (и ниже) давлении {}, в том числе стандартных справочных данных [1] - [8].

6 Избыточная составляющая коэффициента динамической вязкости

Безразмерную избыточную составляющую коэффициента динамической вязкости рассчитывают по уравнению для избыточной вязкости базового вещества - метана, полученному на основе новых высокоточных экспериментальных данных, а также наиболее надежных данных, использованных при разработке аналогичного уравнения для таблиц стандартных справочных данных ГСССД 195-01 [9]:

,

(6)

где и - относительные плотность и температура базового вещества;

параметры {} и показатели степеней {}, {} приведены в таблице А.2 (приложение А).

Относительные плотность и температуру базового вещества в формуле (6) выражают через относительные плотность и температуру смеси с помощью аффинных преобразований:

.

(7)

В формулах (7) {} - параметры аффинных преобразований, а и - относительные плотность и температура смеси:

,

(8)

где , Т - молярная плотность и температура смеси;

, - псевдокритические молярная плотность и температура смеси.

Молярную плотность смеси при задании исходных T, Р и вектора молярных долей компонентов {} рассчитывают по уравнению состояния AGA8 в соответствии с ГОСТ Р 8.662.

Псевдокритические параметры газовой смеси вычисляют по следующим формулам:

,

(9)

где ;

,

(10)

где .

В формулах (9) и (10) {, }, {, }, {, }, {, } - критические плотности, молярные массы, критические температуры и молярные доли для пар компонентов {k, I) смеси соответственно; N - число компонентов смеси; единица величины - . Значения {}, {}, {} для чистых веществ - компонентов смеси приведены в таблице А.3 (приложение А).

Значение псевдокритического давления смеси в формуле (2) определяют по следующим выражениям:

,

(11)

,

(12)

.

(13)

В формулах (11) и (13) - ацентрический фактор Питцера для смеси; {} - факторы Питцера для отдельных компонентов. Значения {} приведены в таблице А.3 (приложение А). Используемые значения {} отличаются от принятых в справочной литературе; они определены из формулы (11) при реальных значениях {} чистых компонентов.

Молярную массу смеси в формуле (2) вычисляют по формуле

.

(14)

Параметры аффинных преобразований для относительных плотности и температуры смеси в формулах (7) вычисляют по формуле:

,

(15)

где i = 1, ... , 6.

В уравнениях (15) = 1 или = 0, a {} - подгоночные коэффициенты. Все коэффициенты {} для метана равны нулю. Значения {} для каждого из других основных четырнадцати компонентов газовых смесей (, , , , н-, изо-, н-, изо-, н-, н-, , СО, и Не-4) определены в результате обработки данных о вязкости для этих компонентов, в том числе стандартных справочных данных [1] - [8], при давлениях до 30 МПа. Значения {} приведены в таблице А.4 (приложение А).

7 Границы применения метода и неопределенность расчетных значений коэффициента динамической вязкости

Границы применения метода расчетного определения коэффициента динамической вязкости зависят в первую очередь от границ применения уравнения состояния AGA8 по ГОСТ Р 8.662, используемого для расчета плотности газовой смеси, а также от диапазонов температуры и давления, в которых определены параметры уравнений для расчета вязкости из данных о вязкости чистых компонентов, в том числе стандартных справочных данных [1] - [9].

Настоящий метод применим в диапазонах абсолютных температуры 250 - 350 К и давления 0 - 30 МПа при соблюдении соответствующих ограничений по содержанию компонентов (см. таблицу 2).

Оценки расширенной неопределенности расчетных значений коэффициента динамической вязкости для различных диапазонов давления представлены в таблице 3. Значения расширенной неопределенности U (с доверительной вероятностью 95%) для всей расчетной области находятся в пределах: 0,6U4,0.

Таблица 3 - Значения расширенной неопределенности U расчетных значений коэффициента динамической вязкости (с доверительной вероятностью 95%)

, МПа	U, %
0,1Р<1,0	0,6
1,0Р<10,0	1,9
10,0Р<20,0	2,6
20,0Р30,0	4,0

8 Оформление результатов расчетов

В соответствии с оценками неопределенности расчетных значений плотности и коэффициента динамической вязкости, приведенными в ГОСТ Р 8.662 и таблице 3, значения рассчитанных теплофизических свойств должны быть записаны с числом значащих цифр, указанным в таблице 4. При оформлении результатов расчетов необходимо указывать значения температуры, давления (или плотности) и компонентный состав, для которых эти результаты получены. Использованный метод расчета должен содержать ссылку на настоящий стандарт.

Для наладки программного обеспечения метода расчетного определения вязкости полезно использовать лишние цифры в числовых значениях теплофизических свойств (см. пример в приложении В).

Таблица 4 - Оформление результатов

Обозначение	Свойство	Единица величины	Число значащих цифр
	Плотность		5
	Коэффициент динамической вязкости		4

Библиография

[1]	Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 89-85	Азот. Коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 65...1000 K и давлениях от соответствующих разреженному газу до 200 МПа. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 21 с.
[2]	Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 110-87	Диоксид углерода. Коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 220 - 1000 К и давлениях от соответствующих разреженному газу до 100 МПа. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 17 с.
[3]	Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 196-01	Этан жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 91...625 К и давлениях 0,1...100 МПа. - М.: Стандартинформ, 2008. - 35 с.
[4]	Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 197-01	Пропан жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 86...700 К и давлениях 0,1...100 МПа. - М.: Стандартинформ, 2008. - 38 с.
[5]	Таблицы рекомендуемых справочных данных ГСССД Р 297-88	н-Бутан. Коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 210 - 500 К и давлениях 0,1 - 40 МПа. - Деп. во ВНИИКИ 31.03.89, N 537.
[6]	Таблицы рекомендуемых справочных данных ГСССД Р 233-87	Нормальный водород. Коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 14 - 1500 К и давлениях от состояния разреженного газа до 100 МПа. - М., 1987. - Деп. во ВНИИКИ 22.02.88, N 446.
[7]	Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 6-89	Вода. Коэффициент динамической вязкости при температурах 0...800°С и давлениях от соответствующих разреженному газу до 300 МПа. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 25 с.
[8]	Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 92-86	Гелий-4. Коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 2,2... 1000 К и давлениях от соответствующих разреженному газу до 100 МПа. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 16 с.
[9]	Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 195-01	Метан жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 91 ...700 К и давлениях 0,1...100 МПа. - М.: Стандартинформ, 2008. - 31 с.