Расчет параметров природного газа

Расчет параметров природного газа

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Natural gas. Methods of calculation of physical properties. General statements

Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в 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», Техническим комитетом по стандартизации ТК 52 «Природный и сжиженные газы»

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

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

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 ноября 2015 г. N 1743-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 30319.1-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2017 г.

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Сентябрь 2019 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге «Межгосударственные стандарты»

Введение

Комплекс межгосударственных стандартов ГОСТ 30319.1 — ГОСТ 30319.3 под общим наименованием «Газ природный. Методы расчета физических свойств» (далее — комплекс стандартов) состоит из следующих частей:

— ГОСТ 30319.1 является общим для стандартов ГОСТ 30319.2 и ГОСТ 30319.3 и устанавливает единые термины и обозначения параметров состояния и физических свойств природного газа для всего комплекса стандартов;

— ГОСТ 30319.2 содержит методы расчета физических свойств природного газа по измеренным значениям его давления, температуры, плотности при стандартных условиях, молярных долей азота и диоксида углерода;

— ГОСТ 30319.3 содержит методы расчета физических свойств природного газа по измеренным значениям его давления, температуры и молярных долей компонентов природного газа.

В комплексе стандартов приведены методы расчета следующих физических свойств природного газа:

— коэффициент динамической вязкости;

— скорость распространения звука в среде природного газа.

1 Область применения

1.1 Назначение комплекса стандартов — обеспечить достоверное вычисление физических свойств природного газа при определении его расхода и количества.

Комплекс стандартов может быть применен при определении расхода и количества природного газа с использованием любых методов их определения.

1.2 Настоящий комплекс стандартов необходимо применять для расчета физических свойств транспортируемого по газотранспортным системам природного газа с молярными долями компонентов, которые ограничены диапазонами, приведенными в таблице 1.

Настоящий комплекс стандартов не распространяется на природные газы, находящиеся в жидком или двухфазном состоянии.

1.3 Выбор альтернативных методов определения физических свойств природного газа следует производить исходя из минимального значения погрешности определения этих свойств с учетом целесообразности технико-экономических затрат.

1.4 При отсутствии в настоящем комплексе стандартов каких-либо физических свойств или при необходимости повышения точности определения значений этих свойств, следует применять официальные данные, утвержденные Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии или Государственной службой стандартных справочных данных, а также данные лабораторных анализов, выполняемых в соответствии с действующими стандартами.

1.5 Настоящий комплекс стандартов не распространяется на методы и средства непосредственного измерения физических свойств природного газа.

Таблица 1 — Компоненты природного газа и диапазоны молярных долей компонентов

0,7

0,10

0,035

0,015

0,005

0,001

0,20

0,20

1 Молярные доли остальных компонентов не превышают суммарно 0,0025.

2 При наличии в природном газе гелия или водорода с молярной долей больше 0,0005 для расчета физических свойств необходимо применять методы ГОСТ 30319.3.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 8.417 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин

ГОСТ 2939 Газы. Условия для определения объема

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

ГОСТ 30319.2 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Вычисление физических свойств на основе данных о плотности при стандартных условиях и содержании азота и диоксида углерода

ГОСТ 30319.3 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 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.

3 Термины и определения

В настоящем комплексе стандартов применены термины по ГОСТ 31369 и [1], а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 идеально-газовое состояние: Условное состояние газа или смеси газов, которое характеризуется отсутствием взаимодействия молекул газа, а сами молекулы не имеют собственного объема.

3.2 газовая смесь: Смесь индивидуальных газов, не вступающих друг с другом в химическую реакцию.

Примечание — Коэффициент сжимаемости и плотность при стандартных условиях для ряда индивидуальных газов приведены в таблице А.1 (приложение А).

3.3 газ горючий природный (природный газ): Сложная газообразная смесь, состоящая преимущественно из метана и содержащая этан и более тяжелые углеводороды, а также азот, диоксид углерода, водяные пары, серосодержащие соединения, инертные газы.

Примечание — Газ горючий природный обычно содержит также следовые количества других компонентов.

3.4 уравнение состояния природного газа: Уравнение, которое связывает любое физическое свойство природного газа с его свойствами, принятыми в качестве независимых переменных.

Примечание — Чаще всего это уравнение, связывающее коэффициент сжимаемости природного газа с его плотностью, температурой и молярными долями компонентов природного газа.

3.5 показатель адиабаты: Физическое свойство газовой среды (т.е. газа или смеси газов), характеризующее процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой.

3.6 скорость распространения звука (скорость звука): Физическое свойство газовой среды, характеризующее скорость распространения упругих волн в этой среде.

3.7 коэффициент динамической вязкости (вязкость): Физическое свойство среды, характеризующее сопротивление ее течению под действием внешних сил.

Примечание — Количественно вязкость определяется величиной касательной силы, которая должна быть приложена к единице площади сдвигаемого слоя, чтобы поддержать в этом слое течение с постоянной скоростью относительного сдвига, равной единице.

4 Обозначения параметров и физических свойств природного газа, применяемых в комплексе стандартов

4.1 Основные условные обозначения физических величин, принятые в комплексе стандартов, приведены в таблице 2. Размерности и единицы величин приведены в соответствии с требованиями ГОСТ 8.417.

4.2. В комплексе стандартов используются следующие символы и нижние индексы для обозначения:

< >— множества, например молярных долей компонентов природного газа <>, коэффициентов уравнения состояния <> и т.п.;

i, j — физических величин для i, j-го компонента природного газа;

кр — физической величины в критической точке;

с — физической величины при стандартных условиях (=0,101325 МПа, =293,15 К).

Примечание — Значения давления и температуры ( и ), характеризующие стандартные условия, — по ГОСТ 2939.

Источник

1.3. Расчёт параметров газа. Реальный газ (z≠1)

По таблице 1.1. определяем состав смеси и критические параметры каждого компонента.

где — мольная доля к-го компонента смеси.

Критическое давление смеси, МПа:

Критическая температура смеси ,К:

Определяем мольную массу смеси, :

Универсальная газовая постоянная для смеси, :

По (z, π) диаграмме (Приложение 1) для природного газа находим коэффициент сжимаемости:

Рисунок 1.2 — Определение по (z, ) диаграмме коэффициента сжимаемости

Из уравнения состояния реальных газов:

где — площадь поперечного сечения трубопровода.

Используя степень падения давления газа по трубопроводу, найдем :

Так как процесс изотермический, то , следовательно =1,559.

По (z, π) диаграмме для природного газа находим коэффициент сжимаемости:

Скорость течении газа в конце трубопровода, :

По (h, s) диаграмме (Приложение 2):

Изменение энтропии находится из Рисунок 1.3:

Рисунок 1.3 — Определение по (h, s) диаграмме калорических и

термических параметров в конце трубопровода

Для изотермического процесса:

Изменение энтропии находится из Рисунок 1.4:

Рисунок 1.4 — Определение по (h,s) диаграмме калорических и

термических параметров в конце трубопровода

и , а изменение: . и а изменение:

Для изотермического течения найдем тепловой поток , Вт

1.4 Расчёт и выбор длины трубопровода

1.5 Оценка погрешности идеально-газового

Считая газ идеальным (z=1), его параметры течения будут следующими:

Из уравнения (1.10), приняв, что начальная скорость получим:

Массовый расход газа по газопроводу находим из (1.10):

Процесс адиабатный, то , а изменение — .

Потери давления газа между станциями, МПа:

Оценка погрешностей определения величин:

Таблица 1.3 — Результаты численных расчётов

Идеальное газовое приближение

Вывод: Мы убедились, что изотермическое течение природного газа более экономично, чем изотермическое идеальное. Так как больше массовый расход и выше скорость течения природного газа на выходе.

Главной задачей является доставка максимально возможного количества природного газа.

Для этой цели можно увеличить плотность, за счет понижения температуры газа. Повышать давление нецелесообразно, так как это приводит к увеличению трения газа о стенки трубопровода, хотя при повышении давления так же увеличивается плотность. Можно увеличить проходное сечение трубы, но это приведет к созданию более громоздких конструкций и сложности технического расчета.

Поэтому, одним из основных методов повышения массового расхода является понижение температуры, вплоть до минусового значения, так называемого сжижения газа.

Источник