1 РАЗРАБОТАН Всероссийским научно-исследовательским институтом расходометрии - филиалом Федерального государственного унитарного предприятия "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" (ВНИИР - филиал ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 024 "Метрологическое обеспечение добычи и учета энергоресурсов (жидкостей и газов)"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 июля 2022 г. N 650-ст

4 Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений международного стандарта АСТМ Д 1250-19e1 "Стандартное руководство по использованию совместных дополнений API и ASTM для поправочных коэффициентов температуры и давления, а также объема для сырых нефтей общего назначения, нефтепродуктов и смазочных масел: API MPMS" (ASTM D1250-19e1 "Standard Guide for the Use of the Joint API and ASTM Adjunct for Temperature and Pressure Volume Correction Factors for Generalized Crude Oils, Refined Products, and Lubricating Oils: API MPMS Chapter 11.1", NEQ)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт распространяется на метод расчета плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел.

Стандарт содержит процедуры и таблицы пересчета плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел, процедуры расчета коэффициентов объемного расширения и сжимаемости нефти, нефтепродуктов и смазочных масел.

Стандарт применим для использования в расчетах плотности при осуществлении учетных операций в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, а также вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений.

Настоящий стандарт применим при разработке 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 подтверждению соответствия в системах сертификации в добровольном порядке.

В настоящем стандарте использованы следующие обозначения:

t - температура нефти, нефтепродуктов или смазочных масел, °C;

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

- плотность при температуре t и избыточном давлении P, кг/м³;

- плотность при температуре 15 °C и избыточном давлении, равном нулю, кг/м³;

- плотность при температуре 20 °C и избыточном давлении, равном нулю, кг/м³;

- коэффициент объемного расширения при температуре 15 °C, °C^-1;

- коэффициент объемного расширения при температуре t, °C^-1;

- коэффициент сжимаемости при температуре t, МПа^-1;

- плотность при температуре t и избыточном давлении, равном нулю, кг/м³.

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

- диапазон температур - от минус 50 °C до плюс 150 °C;

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

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

где

K₀, K₁, K₂ - коэффициенты, определяемые по таблице 1.

- коэффициент сжимаемости при температуре t, МПа^-1, вычисляемый по формуле

Значение коэффициента объемного расширения при температуре t рассчитывают по формуле

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

3.3 Значение плотности находят методом последовательных приближений, используя итерационный метод "прямых подстановок", или иными численными методами решения формулы (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 кг/м³. За результат определения плотности принимается значение, полученное в последнем приближении.

Примечание - При определении значения плотности в формулы (1) и (3) подставляют значения температуры и давления нефти, нефтепродуктов или смазочных масел, 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.

3.4 При измерениях плотности ареометром учитывают температурное расширение стекла, из которого изготовлен ареометр.

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

- до 0,01 кг/м³ - для плотномеров (преобразователей плотности жидкости) с пределами допустимой погрешности измерения не более 0,5 кг/м³;

- до 0,1 кг/м³ - для плотномеров (преобразователей плотности жидкости) с пределами допустимой погрешности измерения от 0,5 кг/м³ до 1,0 кг/м³.

3.5.2 Результат расчета плотности по формулам (1) и (5) для ареометров округляют до 0,1 кг/м³.

3.5.3 Результат расчета коэффициента объемного расширения по формулам (2) и (4) округляют до 0,000001 °C^-1 (1,0·10^-6 °C^-1).

3.5.4 Результат расчета коэффициента сжимаемости по формуле (3) округляют до 0,000001 МПа^-1 (1,0·10^-6 МПа^-1).

3.5.5 При нахождении значения плотности в соответствии с 3.3 промежуточные значения результатов расчетов по формулам (1) - (3) не округляют.

2) Значение плотности, равное 836,5 кг/м³, подставляют в формулу (2) вместо и вычисляют в первом приближении значение : 8,774· 10^-4 °C^-1.

3) Значение плотности, равное 836,5 кг/м³, вычисленные в первом приближении значения , равное 8,774·10^-4 °C^-1, подставляют в формулу (1) и определяют значение в первом приближении: 845,66 кг/м³.

4) Значение , найденное в первом приближении, равное 845,66 кг/м³, подставляют в формулу (2) и вычисляют во втором приближении значение : 8,585·10^-4 °C^-1.

5) Значение плотности, равное 836,5 кг/м³, вычисленное во втором приближении значение , равное 8,585·10^-4 °C^-1, подставляют в формулу (1) и определяют значение во втором приближении: 845,46 кг/м³.

6) Значение , найденное во втором приближении, равное 845,46 кг/м³, подставляют в формулу (2) и вычисляют в третьем приближении значение : 8,585·10^-4 °C^-1.

7) Значение плотности 836,5 кг/м³ и вычисленное в третьем приближении значение , равное 8,589·10^-4 °C^-1, подставляют в формулу (1) и определяют значение в третьем приближении: 845,46 кг/м³.

8) Так как значение изменилось на величину менее чем 0,01 кг/м³ (1·10^-2 кг/м³), то за результат расчета плотности принимается значение, полученное в последнем приближении и округленное до 0,1 кг/м³: 845,5 кг/м³.

9) Значение плотности , равное 845,5 кг/м³, подставляют в формулу (3) и вычисляют при температуре 16,3 °C: 7,386·10^-4 МПа^-1.

10) Значение плотности , равное 845,50 кг/м³, значение , равное 8,589·10^-4 °C^-1, и значение при температуре 16,3 °C, равное 7,386·10^-4 МПа^-1, подставляют в формулу (1) и рассчитывают плотность нефти при температуре 16,3 °C и избыточном давлении 1,3 МПа: 845,37 кг/м³.

Результат расчета плотности нефти при температуре 16,3 °C и избыточном давлении 1,3 МПа с учетом округления до 0,1 кг/м³ равен 845,4 кг/м³.

1) Значение плотности, равное 836,15 кг/м³, подставляют в формулы (2) и (3) вместо и вычисляют в первом приближении значения и ( вычисляют при температуре 27,3 °C) соответственно. Они равны соответственно 8,782·10^-4 °C^-1 и 8,148·10^-4 МПа^-1.

2) Значение плотности, равное 836,15 кг/м³, вычисленные в первом приближении значения , равное 8,782·10^-4 °C^-1, и , равное 8,148·10^-4 МПа^-1, подставляют в формулу (1) и определяют значение в первом приближении: 843,62 кг/м³.

3) Значение , найденное в первом приближении, равное 843,62 кг/м³, подставляют в формулы (2) и (3) и вычисляют во втором приближении значения и соответственно. Они равны, соответственно, 8,627·10^-4 °C^-1 и 7,948·10^-4 МПа^-1.

4) Значение плотности, равное 836,15 кг/м³, вычисленные во втором приближении значения , равное 8,627·10^-4 °C^-1, и , равное 7,948·10^-4 МПа^-1, подставляют в формулу (1) и определяют значение во втором приближении: 843,50 кг/м³.

5) Значение , найденное во втором приближении, равное 843,50 кг/м³, подставляют в формулы (2) и (3) и вычисляют в третьем приближении значения и соответственно. Они равны, соответственно, 8,629·10^-4 °C^-1 и 7,951·10^-4 МПа^-1.

6) Значение плотности 836,15 кг/м³ и вычисленные в третьем приближении значения , равное 8,629·10^-4 °C^-1, и , равное 7,951·10^-4 МПа^-1, подставляют в формулу (1) и определяют значение в третьем приближении: 843,50 кг/м³.

7) Так как значение изменилось на величину менее чем 0,01 кг/м³ (1·10^-2 кг/м³), то за результат определения плотности принимается значение, равное 843,50 кг/м³.

8) Значение плотности , равное 843,50 кг/м³, подставляют в формулу (3) и вычисляют при температуре 16,32 °C: 7,433·10^-4 МПа^-1.

9) Значение плотности , равное 843,50 кг/м³, значение , равное 8,629·10^-4 °C^-1, и значение при температуре 16,32 °C, равное 7,433·10^-4 МПа^-1, подставляют в формулу (1) и рассчитывают плотность нефти при температуре 16,32 °C и избыточном давлении 1,28 МПа: 843,34 кг/м³.

Результат расчета плотности нефти при температуре 16,32 °C и избыточном давлении 1,28 МПа с учетом округления до 0,01 кг/м³ равен 843,34 кг/м³.

4.1 Настоящий стандарт содержит следующие таблицы:

- пересчет плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре t, °C, в плотность при температуре 15 °C: таблицы А.1 - А.3 приложения А;

- пересчет плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре 15 °C в плотность при температуре t, °C: таблицы Б.1 - Б.3 приложения Б;

- коэффициенты сжимаемости нефти, нефтепродуктов и смазочных масел: таблицы В.1 - В.3 приложения В;

- коэффициенты объемного расширения нефти, нефтепродуктов и смазочных масел: таблицы Г.1 - Г.3 приложения Г.

4.2.1 Результат расчета плотности (таблицы А.1 - А.3, таблицы Б.1 - Б.3) округляют до 0,1 кг/м³.

4.2.2 Результат расчета коэффициента объемного расширения (таблицы Г.1 - Г.3) округляют до 0,000001 °C^-1 (1,0·10^-6 °C^-1).

4.2.3 Результат расчета коэффициента сжимаемости (таблицы В.1 - В.3) округляют до 0,000001 МПа^-1 (1,0·10^-6 МПа^-1).

4.3 В таблицах А.1 - А.3 приложения А и таблицах Б.1 - Б.3 приложения Б приведены значения без учета температурного расширения стекла ареометра. Перед применением таблиц показания ареометра пересчитывают в плотность нефти, нефтепродуктов или смазочных масел с учетом температурного расширения стекла ареометра.

4.4 Таблицы А.1 - А.3 приложения А и таблицы Б.1 - Б.3 приложения Б предназначены для приведения плотности по температуре при избыточном давлении нефти, нефтепродуктов или смазочных масел, равном нулю. Таблицы В.1 - В.3 приложения В применяют для пересчета плотности по давлению. При приведении плотности нефти, нефтепродуктов или смазочных масел к температуре 15 °C, измеренной при избыточном давлении P, плотность сначала пересчитывают к избыточному давлению, равному нулю, по формуле (6), используя значения коэффициентов сжимаемости , приведенные в таблицах В.1 - В.3 приложения В, а затем рассчитанное по формуле (6) значение плотности приводят к температуре 15 °C, используя таблицы А.1 - А.3 приложения А. Результат расчета значений плотности по формуле (6) округляют до 0,1 кг/м³:

При приведении плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел к требуемым условиям по температуре и давлению найденное по таблицам А.1 - А.3 приложения А значение плотности приводят к требуемой температуре, используя таблицы Б.1 - Б.3 приложения Б, а затем найденное по таблицам значение плотности приводят к требуемому избыточному давлению P по формуле (7), используя значения коэффициента сжимаемости , приведенные в таблицах В.1 - В.3 приложения В. Результат расчета значений плотности по формуле (7) округляют до 0,1 кг/м³:

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

где , - значения плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре t и избыточном давлении P₁ и P₂ соответственно;

- значение коэффициента сжимаемости, приведенное в таблицах В.1 - В.3 приложения В.

Формулу (8) допускается применять при разности давлений P₁ и P₂ не более 5 МПа.

Результат расчета значений плотности по формуле (8) округляют до 0,1 кг/м³.

4.5 Таблицы Г.1 - Г.3 приложения Г применяют для пересчета по температуре плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при разности температуры измерения t₁ и температуры приведения плотности t₂ не более 10 °C по формуле

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

Формулу (9) допускается применять при разности температур t₁ и t₂ не более 10 °C.

Результат расчета значений плотности по формуле (9) округляют до 0,1 кг/м³.

4.6 Таблицы пересчета плотности А.1 - А.3 приложения А и таблицы Б.1 - Б.3 приложения Б составлены с дискретностью по плотности 10,0 кг/м³, по температуре - 1,0 °C. Для значений плотности , не кратных 10,0 кг/м³ и/или значений температур t, не кратных 1,0 °C, значения приведенной плотности рассчитывают путем интерполяции.

Шаг 5. На пересечении значений температур и плотности находят приведенные значения плотности нефти при 15 °C: 827,8 и 828,5 кг/м³ соответственно.

Шаг 7. К приведенному значению плотности, соответствующему значению температуры, округленному до ближайшего значения, кратного 1,0 °C (то есть 12,0 °C), прибавляют (вычитают) величину, на которую было уменьшено (увеличено) значение измеренной плотности при округлении плотности, то есть (827,8 + (830,9 - 830,0)) кг/м³ = (827,8 + 0,9) кг/м³ = 828,7 кг/м³.

4.7 Таблицы коэффициентов сжимаемости В.1 - В.3 приложения В составлены с дискретностью по плотности 10,0 кг/м³, по температуре - 1,0 °C. При определении коэффициентов сжимаемости значение температуры t округляют до целочисленных значений. Для значений плотности , не кратных 10,0 кг/м³, значения коэффициентов сжимаемости рассчитывают путем интерполяции.

Шаг 2. Округляют значение плотности 830,9 кг/м³ до ближайшего меньшего и ближайшего большего значения, кратного 10,0 кг/м³: 830,0 и 840,0 кг/м³ соответственно.

Шаг 5. На пересечении значений температуры 12,0 °C и плотностей 830,0 и 840,0 кг/м³ находят значения коэффициента сжимаемости нефти: 0,761·10^-3 и 0,737·10^-3 МПа^-1 соответственно.

Шаг 7. К значению коэффициента сжимаемости, соответствующего значению плотности, округленному до ближайшего значения, кратного 10,0 кг/м³ (то есть 830,0 кг/м³), прибавляют (вычитают) величину, на которую было уменьшено (увеличено) значение коэффициента сжимаемости при округлении плотности, то есть (0,761 - 0,0024·(830,9 - 830,0))·10^-3 МПа^-1 = 0,759·10^-3 МПа^-1.

Значение коэффициента сжимаемости нефти при температуре 12,3 °C равно 0,759·10^-3 МПа^-1.

4.8 Таблицы коэффициентов объемного расширения Г.1 - Г.3 приложения Г составлены с дискретностью по плотности 10,0 кг/м³, по температуре - 5,0 °C. При определении коэффициентов объемного расширения значение температуры t округляют до целых значений, кратных 5,0 °C, для значений плотности , не кратных 10,0 кг/м³, 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 кг/м³. Поэтому предпочтительнее проводить расчет плотности по формулам, приведенным в разделе 3.