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

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Сентябрь 2019 г.

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 P и температуры T, при которых на практике осуществляют транспортирование и распределение газов.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 8.417 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин

ГОСТ Р 8.662 (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

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 ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 8.662 и ГОСТ 8.417.

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

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;

c - значение величины в критической точке.

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

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

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

- критический фактор вязкости смеси, мкПа·с;

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 x_i >= 0,001 (см. таблицу 2), а также водяной пар как существенно полярное вещество; поэтому молярные доли O₂ и Ar добавляют к молярной доле N₂; молярную долю H₂S - к молярной доле CO₂, а молярные доли C₈H₁₈, н-C₉H₂₀, н-C₁₀H₂₂ - к молярной доле н-C₇H₁₆.

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

где

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

где ; коэффициенты {a_ik} приведены в таблице A.1 (приложение A).

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

Значения коэффициентов {a_ik} 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].

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]:

где и - относительные плотность и температура базового вещества;

параметры {c_n} и показатели степеней {r_n}, {t_n} приведены в таблице A.2 (приложение A).

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

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

где , T - молярная плотность и температура смеси;

, T_cm - псевдокритические молярная плотность и температура смеси.

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

Псевдокритические параметры газовой смеси вычисляют по следующим формулам:

где ;

где T_ckl = (T_ckT_cl)^1/2.

В формулах (9) и (10) , {M_k, M_l}, {T_ck, T_cl}, {x_k, x_l} - критические плотности, молярные массы, критические температуры и молярные доли для пар компонентов (k, l) смеси соответственно; N - число компонентов смеси; единица величины - кмоль/м³. Значения , {M_k}, {T_ck} для чистых веществ - компонентов смеси приведены в таблице A.3 (приложение A).

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

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

Молярную массу смеси M_m в формуле (2) вычисляют по формуле

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

где i = 1, ..., 6.

В уравнениях (15) или , а {d_ik} - подгоночные коэффициенты. Все коэффициенты {d_i3} для метана равны нулю. Значения {d_ik} для каждого из других основных четырнадцати компонентов газовых смесей (N₂, CO₂, C₂H₆, C₃H₈, н-C₄H₁₀, изо-C₄H₁₀, н-C₅H₁₂, изо-C₅H₁₂, н-C₆H₁₄, н-C₇H₁₆, H₂, CO, H₂O и He-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 {d_ik} приведены в таблице A.4 (приложение A).

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 0,6 <= U <= 4,0.

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 B).

Следующие примеры расчетов приведены для целей проверки программных решений (таблицы B.1 - B.7).

Для расчета при использовании метода, установленного в настоящем стандарте, динамической вязкости природного газа или подобной смеси, которая содержит следы одного или более компонентов, не приведенных в таблице 2, необходимо включить каждый такой следовой компонент в один из 21 основных и второстепенных компонентов, для которых были разработаны уравнение состояния AGA8 по ГОСТ Р 8.662 и уравнение динамической вязкости. Рекомендации по такому включению даны в таблице C.1.

Каждая рекомендация основана на оценке того, что такое включение приводит к наилучшей точности описания плотности и динамической вязкости. Применение метода с использованием следовых компонентов необходимо подробно документировать.

Примечание - Набор следовых компонентов, приведенных в таблице C.1, соответствует ГОСТ Р 8.662.