Цели, основные принципы и порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ", Техническим комитетом по стандартизации ТК 52 "Природный и сжиженные газы"

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии Российской Федерации (Росстандарт)

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации по переписке (протокол от 27 августа 2015 г. N 79-П)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 ноября 2015 г. N 1744-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 30319.2-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2017 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 30319.1-96, ГОСТ 30319.2-96

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1.1 Настоящий стандарт предназначен для расчета коэффициента сжимаемости, плотности, показателя адиабаты, коэффициента динамической вязкости природного газа и скорости распространения звука в среде природного газа по измеренным значениям давления, температуры, плотности при стандартных условиях, содержания азота и диоксида углерода.

1.2 Настоящий стандарт применяют для расчета указанных в 1.1 физических свойств природного газа при давлениях до 7,5 МПа включительно и температурах от 250 до 350 К.

1.3 Методы расчета физических свойств, приведенные в настоящем стандарте, могут быть использованы при разработке программного обеспечения вычислителей расхода природного газа.

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава

ГОСТ 31371.1-2008 Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 1. Руководство по проведению анализа

ГОСТ 31371.2-2008 Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 2. Характеристики измерительной системы и статистические оценки данных

ГОСТ 31371.3-2008 Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 3. Определение водорода, гелия, кислорода, азота, диоксида углерода и углеводородов до C₈ с использованием двух насадочных колонок

ГОСТ 31371.4-2008 Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 4. Определение азота, диоксида углерода и углеводородов C₁ - C₅ и C₆₊ в лаборатории и с помощью встроенной измерительной системы с использованием двух колонок

ГОСТ 31371.5-2008 Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 5. Определение азота, диоксида углерода и углеводородов C₁ - C₅ и C₆₊ в лаборатории и при непрерывном контроле с использованием трех колонок

ГОСТ 31371.6-2008 Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 6. Определение водорода, гелия, кислорода, азота, диоксида углерода и углеводородов C₁ - C₈ с использованием трех капиллярных колонок

ГОСТ 31371.7-2008 Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 7. Методика выполнения измерений молярной доли компонентов

ГОСТ 30319.1-2015 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Общие положения

ГОСТ 30319.3-2015 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Вычисление физических свойств на основе данных о компонентном составе

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 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.

3.1 В настоящем стандарте применены термины и определения по ГОСТ 30319.1.

3.2 Основные условные обозначения величин, принятые в стандарте, приведены в таблице 2 ГОСТ 30319.1.

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:

где B_m и C_m - коэффициенты уравнения состояния.

Коэффициенты уравнения состояния рассчитывают по следующим формулам:

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:

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

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

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

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

где

4.2.3 Плотность природного газа рассчитывают по формуле

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

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.

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

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).

5.1 Показатель адиабаты применяют при расчете коэффициента расширения природного газа.

5.2 Показатель адиабаты зависит от параметров состояния газа (давления и температуры), а в случае природного газа и от его компонентного состава.

5.3 Показатель адиабаты природного газа вычисляют по формуле Кобза [2], которая имеет следующий вид:

где x_а - молярная доля азота.

5.4 Диапазон применения и погрешности метода расчета показателя адиабаты по формуле (30) приведены в таблице 2.

5.5 Погрешность расчета показателя адиабаты с учетом погрешности измерения давления, температуры, плотности при стандартных условиях и молярных долей азота (исходных данных для расчета) вычисляют по формуле

где - погрешность метода расчета показателя адиабаты, значения которой приведены в таблице 2;

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

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

6.1 Скорость звука применяют при определении поправочного множителя показаний вибрационных плотномеров и при контроле точности результатов измерений расхода природного газа ультразвуковыми преобразователями расхода.

6.2 Скорость звука зависит от параметров состояния газа (давления и температуры), а в случае природного газа и от его компонентного состава.

6.3 Скорость звука вычисляют по формуле

Входящие в правую часть формулы (32) свойства рассчитывают:

- показатель адиабаты - по формуле (30);

- коэффициент сжимаемости - по методу раздела 4;

- коэффициент сжимаемости при стандартных условиях - по формуле (18).

Формула (32) получена из уравнений термодинамики для скорости звука и показателя адиабаты [3].

6.4 Диапазон применения и погрешности метода расчета скорости звука по формуле (32) приведены в таблице 3.

6.5 Погрешность расчета скорости звука с учетом погрешности измерения давления, температуры, плотности при стандартных условиях, молярных долей азота и диоксида углерода (исходных данных для расчета) вычисляют по формуле

где - погрешность метода расчета скорости звука, значения которой приведены в таблице 3;

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

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

7.1 Вязкость применяют для вычисления числа Рейнольдса, которое является одной из важнейших характеристик течения вязкой среды и определяется отношением инерционных сил к силам вязкости. Число Рейнольдса применяют для определения коэффициента истечения.

7.2 Вязкость природного газа рассчитывают по формуле

где x_а - молярная доля азота;

x_у - молярная доля диоксида углерода;

p_п и T_п - приведенные давление и температура, соответственно.

Приведенные давление и температуру вычисляют по формулам

где p_пк и T_пк - псевдокритические давление в МПа и температура в К, которые рассчитывают по формулам

7.3 Диапазон применения и погрешности метода расчета вязкости по формуле (34) приведены в таблице 4.

7.4 Погрешность расчета вязкости с учетом погрешности измерения давления, температуры, плотности при стандартных условиях, молярных долей азота и диоксида углерода (исходных данных для расчета) вычисляют по формуле

где - погрешность метода расчета вязкости, значения которой приведены в таблице 4;

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

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

Примеры расчета физических свойств природного газа по представленным в стандарте методам приведены в приложении Б.

А.1 Погрешность метода расчета коэффициента сжимаемости и плотности

Погрешность метода расчета коэффициента сжимаемости вычисляют по формуле

где - систематическое отклонение расчетных значений коэффициента сжимаемости от экспериментальных данных;

- стандартное отклонение расчетных значений коэффициента сжимаемости от экспериментальных данных;

- погрешность экспериментальных данных (0,1%).

Систематическое и стандартное отклонения рассчитывают по следующим формулам:

где N - число экспериментальных данных;

- отклонение расчетного значения коэффициента сжимаемости от его экспериментального значения в i-й точке экспериментальных данных, которое рассчитывают по формуле

где z_расч,i и z_эксп,i - соответственно, расчетное и экспериментальное значения коэффициента сжимаемости в i-й точке экспериментальных данных.

Примечание - Численно значения погрешности метода расчета коэффициента сжимаемости и плотности равны.

А.2 Погрешности методов расчета показателя адиабаты, скорости звука и коэффициента динамической вязкости

Значения погрешностей рассчитаны по формуле

где - систематическое отклонение расчетных значений показателя адиабаты, скорости звука и вязкости от данных, рассчитанных (полученных) по методу ГОСТ 30319.3;

- стандартное отклонение расчетных значений показателя адиабаты, скорости звука и вязкости от данных, полученных по методу ГОСТ 30319.3;

- погрешность данных, полученных по методу ГОСТ 30319.3, о показателе адиабаты, скорости звука и вязкости.

Систематическое и стандартное отклонения рассчитаны по формулам (А.2) и (А.3), соответственно, за исключением вычисления отклонения расчетного значения показателя адиабаты, скорости звука и вязкости от их значений в i-ой точке полученных по методу ГОСТ 30319.3 данных , которые рассчитывают по следующим формулам:

где k_расч,i и k_ГОСТ,i - соответственно, расчетное значение показателя адиабаты и его значение, полученное по методу ГОСТ 30319.3;

u_расч,i и u_ГОСТ,i - соответственно, расчетное значение скорости звука и ее значение, полученное по методу ГОСТ 30319.3;

и - соответственно, расчетное значение вязкости и ее значение, полученное по методу ГОСТ 30319.3;

N - число данных, полученных по методу ГОСТ 30319.3.

А.3 Расчет дополнительных погрешностей методов расчета коэффициента сжимаемости, плотности, показателя адиабаты, скорости звука и коэффициента динамической вязкости

А.3.1 Погрешности расчета коэффициента сжимаемости , плотности , показателя адиабаты , скорости звука и вязкости , которые появляются дополнительно в связи с погрешностью измерения давления, температуры, плотности при стандартных условиях, молярных долей азота и диоксида углерода, вычисляют по следующим формулам:

где q_k - условное обозначение k-го параметра применяемых для расчета исходных данных, т.е. измеренные значения давления (p_и), температуры (T_и), плотности при стандартных условиях , молярных долей азота (x_аи) и диоксида углерода (x_уи) природного газа;

z, , k, u и - соответственно, коэффициент сжимаемости, плотность, показатель адиабаты, скорость звука и вязкость, значения которых рассчитывают при измеренных значениях давления, температуры, плотности при стандартных условиях, молярных долей азота и диоксида углерода природного газа;

, , , и - соответственно, коэффициент сжимаемости, плотность, показатель адиабаты, скорость звука и вязкость, алгоритм расчета которых приведен в А.3.2;

, , , и - соответственно, коэффициент сжимаемости, плотность, показатель адиабаты, скорость звука и вязкость, алгоритм расчета которых приведен в А.3.2.

А.3.2 Ниже приведен алгоритм расчета значений коэффициента сжимаемости ( и ). Расчет аналогичных значений плотности ( и ), показателя адиабаты ( и ), скорости звука ( и ) и вязкости ( и ) осуществляют так же, как и для коэффициента сжимаемости и .

Значения коэффициента сжимаемости рассчитывают:

- для k = 1 при p_и+, T_и, , x_аи и x_уи,

- для k = 2 при p_и, T_и+, , x_аи и x_уи,

- для k = 3 при p_и, T_и, , x_аи и x_уи,

- для k = 4 при p_и, T_и, , x_аи+ и x_уи,

- для k = 5 при p_и, T_и, , x_аи и x_уи+.

Значения коэффициента сжимаемости рассчитывают:

- для k = 1 при p_и-, T_и, , x_аи и x_уи,

- для k = 2 при p_и, T_и-, , x_аи и x_уи,

- для k = 3 при p_и, T_и, , x_аи и x_уи,

- для k = 4 при p_и, T_и, , x_аи- и x_уи,

- для k = 5 при p_и, T_и, , x_аи и x_уи-.

При этом значения давления, температуры, плотности при стандартных условиях, молярных долей азота и диоксида углерода с нижними индексами, включающими плюс и минус, рассчитывают по формулам:

где , , , и - соответственно, погрешности измерения p_и, T_и, , x_аи и x_уи, численные значения которых определяют в соответствии с применяемыми методиками или средствами их измерений.

Б.1 Примеры расчета рекомендуется использовать в качестве тестовых данных при программной реализации методов расчета физических свойств природного газа, которые даны в настоящем стандарте.

Б.2 Примеры расчета приведены в форме таблиц. При этом в таблице Б.1 даны исходные данные для расчета физических свойств смесей, имитирующих природный газ, а в таблицах Б.2 и Б.3 приведены расчетные значения физических свойств этих смесей при соответствующих температурах и давлениях.

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

<*> С указанным стандартом можно ознакомиться в ФГУП "Стандартинформ".