Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ"

2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации "Природный и сжиженные газы" (МТК 52)

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 30 ноября 2020 г. N 135-П)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2020 г. N 1315-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34704-2020 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2021 г.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1.1 Настоящий стандарт распространяется на природный газ, используемый в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, и устанавливает метод вычисления метанового числа на основе известного компонентного состава.

1.2 Метод определения метанового числа, приведенный в настоящем стандарте, может быть использован при разработке программного обеспечения.

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий межгосударственный стандарт:

ГОСТ 31371.7 Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 7. Методика выполнения измерений молярной доли компонентов

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (www.easc.by) или по указателям национальных стандартов, издаваемым в государствах, указанных в предисловии, или на официальных сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации. Если на документ дана недатированная ссылка, то следует использовать документ, действующий на текущий момент, с учетом всех внесенных в него изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то следует использовать указанную версию этого документа. Если после принятия настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение применяется без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 природный (горючий) газ; ПГ: Газообразная смесь, добытая из всех видов месторождений (залежей) углеводородного сырья, состоящая из метана и более тяжелых углеводородов, азота, диоксида углерода, водяных паров, серосодержащих соединений, инертных газов.

Примечания

1 Метан является основным компонентом ПГ.

2 ПГ обычно содержит также незначительные количества других компонентов.

3.2 моторное топливо: Жидкое или газообразное горючее, используемое в качестве топлива в двигателях.

Примечания

1 Моторное топливо может быть получено путем переработки нефти, природного газа, газового конденсата, сланцевого газа, биогаза, искусственных газов, растительных масел, спиртов и т.д.

2 Моторное топливо используется в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания, в том числе газотурбинных и реактивных, включая стационарные двигатели, а также в других типах двигателей.

3.3 газовое моторное топливо: Моторное топливо, которое при нормальных атмосферных условиях находится в газообразном состоянии.

Примечание - К газовому моторному топливу относятся сжиженный природный газ, компримированный природный газ, сжиженные углеводородные газы, водород и др.

3.4 сжиженный природный газ; СПГ: Природный газ, переведенный после специальной подготовки в жидкое состояние с целью его транспортирования, хранения и использования.

Примечания

1 СПГ регазифицируют и подают в газопроводы для транспортирования и распределения.

2 СПГ используют в качестве газового моторного топлива.

3.5 компримированный природный газ: Природный газ, прошедший специальную подготовку для использования в качестве моторного топлива и сжатый до рабочих давлений хранения и потребления с целью значительного снижения его объема.

3.6 метановое число: Показатель, характеризующий детонационную стойкость газового моторного топлива, численно равный объемному процентному содержанию метана в смеси с водородом, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний.

3.7

4.1 Метод вычисления метанового числа, приведенный в настоящем стандарте, основан на оригинальных данных исследовательской программы, выполненной AVL Deutschland GmbH для FVV (Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen/Research Association for Combustion Engines), с учетом поправок, принятых MWM GmbH и опубликованных для широкого применения (см. [1], приложение А).

Настоящий стандарт применяют для определения метанового числа природного газа по измеренному газохроматографическим методом компонентному составу (как правило, в молярных долях), содержание компонентов ограничено диапазонами, приведенными в таблице 1.

4.2 Вычисление метанового числа природного газа на основе его компонентного состава выполняют в пять этапов:

а) компонентный состав природного газа упрощают путем его преобразования в смесь, включающую только метан, этан, пропан и бутаны (упрощенная смесь); пентаны и углеводороды с числом атомов углерода более 5 (C₆₊) включают в бутаны в соответствии с алгоритмом, приведенным в 5.2;

б) упрощенную смесь далее разделяют на трехкомпонентные смеси, которые выбирают в установленном порядке до тех пор, пока все компоненты упрощенной смеси не будут представлены как минимум в двух трехкомпонентных смесях в соответствии с алгоритмом, приведенным в 5.3, и вычисляют начальные значения метанового числа выбранных трехкомпонентных смесей;

в) корректируют доли компонентов выбранных трехкомпонентных смесей, чтобы минимизировать разницу между метановыми числами этих смесей, в соответствии с алгоритмом, приведенным в 5.4;

г) определяют метановое число упрощенной смеси как средневзвешенное значение метановых чисел, вычисленных в соответствии с требованием перечисления в);

д) вычисляют метановое число газового моторного топлива, делая поправку к метановому числу упрощенной смеси в связи с наличием азота и диоксида углерода в исходном составе природного газа в соответствии с алгоритмом, приведенным в 5.6.

5.1 Исходными данными для определения метанового числа природного газа, используемого в качестве газового моторного топлива, являются объемные доли компонентов природного газа r_i, %, которые вычисляют по следующей формуле

где x_i - молярная доля i-го компонента природного газа, которую измеряют по методике ГОСТ 31371.7, %;

z_ci - коэффициент сжимаемости i-го компонента природного газа при нормальных условиях (101,325 кПа и 273,15 К), значение которого приведено в таблице 2;

N - число компонентов природного газа.

5.2 Исходный состав природного газа, используемого в качестве газового моторного топлива, упрощают до четырехкомпонентной смеси (метан-этан-пропан-бутаны), при этом в объемную долю бутанов r_C4+, %, включают неопентан, изопентан, н-пентан и углеводороды C₆₊, вычисляя ее по следующей формуле

где r_нC4, r_иC4, r_неоC5, r_иC5, r_нC5 и r_C6+ - объемные доли н-бутана, изобутана, неопентана, изопентана, н-пентана и углеводородов C₆₊ в исходном составе природного газа, соответственно, %.

Значения объемной доли r_i компонентов упрощенного состава природного газа (упрощенной смеси) нормализуют по формуле

где - нормализованные значения объемных долей компонентов упрощенной смеси, %.

5.3 Упрощенную смесь разделяют на трехкомпонентные смеси, которые приведены в таблице 3.

Для выбора трехкомпонентных смесей, на которые разделяют упрощенную смесь, следует использовать следующие критерии:

- каждый компонент упрощенной смеси должен быть представлен как минимум в двух трехкомпонентных смесях;

- из трехкомпонентных смесей Mix1 - Mix4 выбирают смеси с более высоким показателем соответствия w_j, который вычисляют по формуле

где - нормализованное значение объемной доли i-го компонента упрощенной смеси, %;

r^j_{max i} - максимальное значение диапазона применимости <*> i-го компонента в j-й трехкомпонентной смеси, приведенное в таблице 4, %;

- сумма максимальных значений диапазона применимости i-го компонента во всех смесях (кроме смеси метан-диоксид углерода-азот), приведенная в таблице 5 (см. [1]), %.

--------------------------------

<*> Диапазон применимости определен минимальным и максимальным значениями объемной доли i-го компонента трехкомпонентной смеси, в пределах которых допускается изменение объемной доли этого компонента при вычислении метанового числа j-й трехкомпонентной смеси по формуле (6).

Получают начальные значения объемных долей компонентов выбранных трехкомпонентных смесей r_ij, %, распределяя поровну между смесями нормализованные значения объемных долей компонентов упрощенной смеси , и нормализуют полученные значения r_ij по формуле

где - нормализованные значения объемных долей компонентов выбранных трехкомпонентных смесей, %;

N - число выбранных трехкомпонентных смесей.

Вычисляют начальные значения метанового числа выбранных трехкомпонентных смесей MN_j по формуле

где a_kl,j - коэффициенты формулы вычисления метанового числа, значения которых для выбранной j-й смеси приведены в таблице 6;

- нормализованное значение объемной доли первого компонента выбранной j-й смеси, %;

- нормализованное значение объемной доли второго компонента выбранной j-й смеси, %.

5.4 Для вычисления метанового числа упрощенной смеси решают следующую систему нелинейных уравнений

где MN_j и MN_j+1 - метановое число j-й и (j + 1)-й трехкомпонентной смеси, соответственно;

r_ij - ненормализованные значения объемных долей компонентов выбранных трехкомпонентных смесей, %.

Для решения системы уравнений (7) корректируют начальные значения объемных долей компонентов выбранных трехкомпонентных смесей r_ij, используя любой итерационный метод решения систем нелинейных уравнений <*>. На каждом шаге итерационного процесса решения системы уравнений (7) корректируемые значения r_ij нормализуют по формуле (5) и вычисляют метановые числа выбранных трехкомпонентных смесей по формуле (6). При этом в соответствии с выбранным методом решения системы уравнений (7) корректируют только часть значений объемных долей компонентов, т.к. остальные корректируемые значения этих долей r_iN, %, вычисляют из системы уравнений материального баланса

где N - число выбранных трехкомпонентных смесей;

- нормализованные значения объемных долей компонентов упрощенной смеси, %;

r_ij - ненормализованные значения объемных долей компонентов выбранных трехкомпонентных смесей, %.

--------------------------------

<*> Например, при использовании приложения Microsoft Excel можно воспользоваться надстройкой "Поиск решения" на вкладке "Данные" в группе "Анализ", накладывая следующие ограничения на искомые значения объемных долей компонентов выбранных трехкомпонентных смесей: 0,000001% <= {r_ij} <= 99,999999%.

5.5 После решения системы уравнений (7) вычисляют метановое число упрощенной смеси MN_см по формуле

где N - число выбранных трехкомпонентных смесей;

MN_j - метановое число j-й трехкомпонентной смеси;

S_j - вес j-й компонентной смеси в средневзвешенном значении метанового числа упрощенной смеси, вычисляемый по формуле

где r_ij - ненормализованные значения объемной доли компонентов выбранных трехкомпонентных смесей, %.

5.6 Метановое число газового моторного топлива MN_m вычисляют по формуле

где MN_см - метановое число упрощенной смеси;

MN_Mix5 - метановое число смеси метан-диоксид углерода-азот.

Метановое число MN_Mix5 вычисляют по формуле

где a_kl - коэффициенты формулы вычисления метанового числа, значения которых для смеси метан-диоксид углерода-азот приведены в таблице 6;

и - нормализованные значения объемных долей метана и диоксида углерода соответственно, %.

Нормализованные значения объемных долей метана и диоксида углерода вычисляют по следующим формулам

где r_i - ненормализованные значения объемных долей компонентов упрощенной смеси, %;

- объемная доля диоксида углерода в исходном составе природного газа, вычисленная по формуле (1), %.

Примеры определения метанового числа природного газа приведены в приложении А.

Абсолютная расширенная неопределенность (при коэффициенте охвата k = 2) результатов вычислений метанового числа природного газа по настоящему методу составляет U_MN = 1 единица метанового числа.

За результат определения метанового числа принимают результат, полученный в ходе вычисления метанового числа.

Результат определения метанового числа природного газа записывают в виде

Значение расширенной неопределенности U_MN вычисления метанового числа природного газа приведено в разделе 6.

Вычисленное значение метанового числа MN_m природного газа округляют до целого числа.

Полученные результаты оформляют в виде протокола.

Протокол испытаний должен содержать:

а) идентификацию пробы, в том числе:

- место, дату, время и метод (см. ГОСТ 31370) отбора пробы (если возможно);

- точку отбора пробы;

- идентификационный (заводской, серийный и т.п.) номер баллона (или сосуда), используемого для отбора пробы;

б) ссылку на настоящий стандарт;

в) аналитическую информацию, включая:

- компонентный состав природного газа, использованный при вычислении метанового числа, с указанием метода анализа по ГОСТ 31371.7;

- результат вычисления, выраженный в единицах метанового числа;

- дату проведения вычисления (испытания);

г) информацию об испытательной лаборатории, включая:

- дату выдачи отчета;

- наименование и адрес лаборатории;

- подпись уполномоченного лица.

А.1 Примеры вычисления метанового числа природного газа с молярными долями его компонентов, которые типичны для газов, транспортируемых по газотранспортной системе стран - членов ЕАЭС, приведены для того, чтобы позволить разработчикам программного обеспечения подтвердить реализацию метода определения метанового числа. Для процедуры подтверждения было сохранено относительно большое количество знаков после десятичной запятой. Рекомендуется конечный результат округлять до целого числа.

А.2 Для природного газа, молярные и объемные доли компонентов которого представлены в таблице А.1, приведено подробное вычисление метанового числа (см. таблицы А.2 - А.5).

А.3 В таблице А.6 представлены результаты определения метанового числа ряда смесей природного газа.