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

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:

 

(1)

 

где B_m и C_m - коэффициенты уравнения состояния.

Коэффициенты уравнения состояния рассчитывают по следующим формулам:

 

(2)

 

(3)

 

где x_э - молярная доля эквивалентного углеводорода;

x_а - молярная доля азота;

x_у - молярная доля диоксида углерода.

Молярную долю эквивалентного углеводорода и входящие в формулы (2) и (3) коэффициенты рассчитывают по следующим формулам:

 

x_э = 1 - x_а - x_у, (4)

 

(5)

 

B₂ = -0,1446 + 7,4091·10^-4T - 9,1195·10^-7T², (6)

 

B₂₃ = -0,339693 + 1,61176·10^-3T - 2,04429·10^-6T², (7)

 

B₃ = -0,86834 + 4,0376·10^-3T - 5,1657·10^-6T², (8)

 

(9)

 

C₂ = 7,8498·10^-3 - 3,9895·10^-5T + 6,1187·10^-8T², (10)

 

C₃ = 2,0513·10^-3 + 3,4888·10^-5T - 8,3703·10^-8T², (11)

 

C₂₂₃ = 5,52066·10^-3 - 1,68609·10^-5T + 1,57169·10^-8T², (12)

 

C₂₃₃ = 3,58783·10^-3 + 8,06674·10^-6T - 3,25798·10^-8T², (13)

 

B* = 0,72 + 1,875·10^-5(320 - T)², (14)

 

C* = 0,92 + 0,0013·(T - 270). (15)

 

В формулах (5), (9) значение теплоты сгорания эквивалентного углеводорода (H_э) рассчитывают по формуле

 

H_э = 128,64 + 47,479·M_э, (16)

 

где M_э - молярная масса эквивалентного углеводорода, значение которой рассчитывают по формуле

 

(17)

 

где x_э - молярная доля эквивалентного углеводорода, см. формулу (4);

x_а - молярная доля азота;

x_у - молярная доля диоксида углерода.

В формуле (17) коэффициент сжимаемости при стандартных условиях рассчитывают по формуле

 

(18)

 

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) B_m и C_m по формулам (2) - (18).

Примечание - Допускается рассчитывать плотность при стандартных условиях по ГОСТ 31369.

 

4.2.2 Рассчитывают коэффициент сжимаемости при измеренных значениях температуры и давления по формуле

 

z = (1 + A₂ + A₁/A₂)/3, (19)

 

где

 

A₁ = 1 + B₀, (20)

 

(21)

 

A₀ = 1 + 1,5(B₀ + C₀), (22)

 

B₀ = bB_m, (23)

 

C₀ = b²C_m, (24)

 

b = 10³p/(2,7715T). (25)

 

4.2.3 Плотность природного газа рассчитывают по формуле

 

(26)

 

где M_m - молярная масса природного газа, которую рассчитывают по следующей формуле

 

(27)

 

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	, кг/м3	p, МПа	, %	, %	, %
20 <= H, МДж/м3 <= 48 , кг/м3 <= 1,05 0 <= xа <= 0,20 0 <= xу <= 0,20 250 <= T, К <= 350 0,1 <= p, МПа <= 7,5	От 0,66 до 0,70 включ.	От 0,1 до 3,0 включ.	0,11	0,002	0,02
		Св. 3,0 до 7,5 включ.	0,16	0,01	0,06
	Св. 0,70 до 0,75 включ.	От 0,1 до 3,0 включ.	0,13	-0,005	0,04
		Св. 3,0 до 7,5 включ.	0,17	-0,005	0,07
	Св. 0,75 до 1,05 включ.	От 0,1 до 3,0 включ.	0,12	0,006	0,03
		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 H - высшая теплота сгорания, рассчитанная по ГОСТ 31369 или по следующей формуле: . 3 - погрешность метода расчета коэффициента сжимаемости и плотности. 4 и - соответственно систематическое и стандартное отклонения расчетных значений коэффициента сжимаемости от экспериментальных данных.

 

4.3.2 Погрешности расчета коэффициента сжимаемости и плотности по уравнению состояния (1) с учетом погрешности измерения давления, температуры, плотности при стандартных условиях, молярных долей азота и диоксида углерода (исходных данных для расчета) вычисляют по формулам

 

(28)

 

(29)

 

где - погрешность метода расчета коэффициента сжимаемости и плотности, значения которой приведены в таблице 1;

- погрешность расчета коэффициента сжимаемости, которая появляется дополнительно в связи с погрешностью измерения давления, температуры, плотности при стандартных условиях, молярных долей азота и диоксида углерода;

- погрешность расчета плотности, которая появляется дополнительно в связи с погрешностью измерения давления, температуры, плотности при стандартных условиях, молярных долей азота и диоксида углерода.

Формулы расчета и приведены в А.3 (приложение А).