ГСССД 110-87 Диоксид углерода. Коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 220-1000 К и давлениях от соответствующих разреженному газу до 100 МПа
ГСССД 147-90 Пропан жидкий и газообразный. Плотность, энтальпия, энтропия и изобарная теплоемкость в диапазоне температур 100-700 К и давлений 0,1-100 МПа
ГСССД Р92-84 н-Алканы (С1-С8). Вторые вириальные коэффициенты и коэффициенты динамической вязкости при атмосферном давлении в диапазоне температур от нормальных точек кипения до 800 К
ГСССД Р127-85 Пропан, н-бутан и н-пентан как компоненты природного газа. Плотность, фактор сжимаемости, энтальпия, энтропия и изобарная теплоемкость, показатель адиабаты и изобарный коэффициент расширения при температурах 270-700 К и давлениях 0,1-30 МПа
3 Определение плотности |
|
3 . 1 О б щ и е п о л о ж е н и я |
|
3.1.1 Плотность газа ρ вычисляют по формуле |
|
ρ = т/V. |
(1) |
3.1.2Плотность определяют с помощью плотномеров любого типа (пикнометрических, ареометрических, вибрационных, акустических, радиационных и др.) или косвенным методом (измерением параметров состояния среды, определения ее состава и проведения расчета).
3.1.3В зависимости от технико-экономической целесообразности плотность контролируемых сред допускается рассчитывать: вручную, с помощью таблиц и графиков, с применением вычислительных машин и частично или полностью автоматизированных устройств.
3 . 2 О п р е д е л е н и е |
п л о т н о с т и ч и с т ы х г а з о в |
3.2.1 Плотность газа в |
идеально газовом состоянии определяют по известным |
значениям давления р и температуры Т по формуле |
|
|
ρи = 103 M p/(R T). |
(2) |
|
За молярную массу М принимают массу одного киломоля вещества в килограммах. |
||
Молярную массу определяют по формуле |
|
|
M = ∑Aj n j |
, |
(3) |
j |
||
где Аj - масса килограмм-атома j-го элемента, входящего в состав молекулы; пj - количество атомов j-го элемента молекулы.
3.2.2 Плотность реального газа (далее - газ) определяют с учетом фактора сжимаемости газа z по формуле
ρ = ρи/z =103 M p/(R T z). |
(4) |
3.2.3 Плотность газа при стандартных условиях определяется при р = рc и Т = Тc т.е. по соотношению
ρ |
с |
=103 M p |
/(R T z |
с |
) |
. |
(5) |
|
с |
с |
|
Значения R, pc, Tc приведены в разделе 4 ГОСТ 30319.0, a M и zc - в таблице 1. Если измерения zc обеспечиваются с большей точностью, чем приведенные в таблице 1, то целесообразно применять измеренные значения.
Т а б л и ц а 1
|
Наименование |
Химическая |
Молярная |
Плотность |
Фактор |
Фактор |
Плотность |
Погрешность |
Критическая |
Критическое |
Температ |
|||
|
|
|
|
масса Mi, |
|
3 |
сжимаемости |
0,5 |
|
3 |
|
температура |
давление ркi, |
кипения |
|
|
газа |
формула |
кг/моль |
ρc.иi, кг/м |
|
zci |
bi |
ρci, кг/м |
|
δzci, % |
Tкi, К |
МПа |
р=рс, Ткп |
1 |
Метан |
СН4 |
16,043 |
0,66692 |
|
0,9981 |
0,0436 |
0,6682 |
|
0,05 |
190,555 |
4,5988 |
111,65 |
|
2 |
Этан |
C2H6 |
30,070 |
1,25004 |
|
0,9920 |
0,0894 |
1,2601 |
|
0,05 |
305,83 |
4,880 |
184,55 |
|
3 |
Пропан |
С3Н8 |
44,097 |
1,83315 |
|
0,9834 |
0,1288 |
1,8641 |
|
0,20 |
369,82 |
4,250 |
231,05 |
|
4 |
н-Бутан |
н-С4Н10 |
58,123 |
2,41623 |
|
0,9682 |
0,1783 |
2,4956 |
|
0,30 |
425,14 |
3,784 |
272,67 |
|
5 |
и-Бутан |
и-С4Н10 |
58,123 |
2,41623 |
|
0,971 |
0,1703 |
2,488 |
|
0,30 |
408,13 |
3,648 |
261,42 |
|
6 |
н-Пентан |
н-C5H12 |
72,150 |
2,99934 |
|
0,945 |
0,2345 |
3,174 |
|
- |
469,69 |
3,364 |
309,19 |
|
7 |
и-Пентан |
и-С5Н12 |
72,150 |
2,99934 |
|
0,953 |
0,2168 |
3,147 |
|
- |
460,39 |
3,381 |
301,02 |
|
8 |
н-Гексан |
н-С6Н14 |
86,177 |
3,58246 |
|
0,919 |
0,2846 |
3,898 |
|
- |
506,4 |
3,030 |
341,89 |
|
9 |
н-Гептан |
н-С7Н16 |
100,204 |
4,16558 |
|
0,876 |
0,3521 |
4,755 |
|
- |
539,2 |
2,740 |
371,58 |
|
10 |
н-Октан |
н-C8H18 |
114,231 |
4,74869 |
|
0,817 |
0,4278 |
5,812 |
|
- |
568,4 |
2,490 |
398,83 |
|
11 |
Ацетилен |
С2Н2 |
26,038 |
1,08243 |
|
0,993 |
0,0837 |
1,090 |
|
0,10 |
308,33 |
6,139 |
189,15 |
|
12 |
Этилен |
С2Н4 |
28,054 |
1,16623 |
|
0,9940 |
0,0775 |
1,1733 |
|
0,10 |
282,35 |
5,042 |
169,44 |
|
13 |
Пропилен |
С3Н6 |
42,081 |
1,74935 |
|
0,985 |
0,1225 |
1,776 |
|
0,20 |
364,85 |
4,601 |
225,45 |
|
14 |
Бензол |
С6Н6 |
78,114 |
3,24727 |
|
0,936 |
0,2530 |
3,469 |
|
- |
562,16 |
4,898 |
353,25 |
|
15 |
Толуол |
C7H8 |
92,141 |
3,83039 |
|
0,892 |
0,3286 |
4,294 |
|
- |
591,80 |
4,106 |
383,78 |
|
16 |
Водород |
Н2 |
2,0159 |
0,083803 |
1,0006 |
-0,0051 |
0,08375 |
0,05 |
33,2 |
1,297 |
20,35 |
|||
17 |
Водяной пар |
Н2О |
18,0153 |
0,74891 |
|
0,952 |
0,2191 |
0,787 |
|
- |
647,14 |
22,064 |
373,15 |
|
18 |
Аммиак |
N3Н |
17,0306 |
0,70798 |
|
0,989 |
0,1049 |
0,716 |
|
0,30 |
405,5 |
11,350 |
239,75 |
|
19 |
Метанол |
CH4O |
34,042 |
1,41516 |
|
0,892 |
0,3286 |
1,587 |
|
- |
512,64 |
8,092 |
337,85 |
|
20 |
Сероводород |
H2S |
34,082 |
1,41682 |
|
0,990 |
0,1000 |
1,4311 |
|
0,10 |
373,2 |
8,940 |
212,85 |
|
21 |
|
CH4S |
48,109 |
1,99994 |
|
0,978 |
0,1483 |
2,045 |
|
0,10 |
470,0 |
7,230 |
279,10 |
|
Метилмеркаптан |
|
|
||||||||||||
22 |
Диоксид серы |
SO2 |
64,065 |
2,66324 |
|
0,980 |
0,1414 |
2,718 |
|
0,30 |
430,8 |
7,884 |
263,15 |
|
23 |
Гелий |
Не |
4,0026 |
0,16639 |
|
1,0005 |
0,0 |
0,16631 |
0,05 |
5,19 |
0,227 |
4,21 |
||
24 |
Неон |
Ne |
20,1797 |
0,83889 |
|
1,0005 |
0,0 |
0,8385 |
|
0,05 |
44,40 |
2,760 |
27,09 |
|
25 |
Аргон |
Аr |
39,948 |
1,66068 |
|
0,9993 |
0,0265 |
1,6618 |
|
0,30 |
150,65 |
4,866 |
87,29 |
|
26 |
Моноксид |
CO |
28,010 |
1,16440 |
|
0,9996 |
0,0200 |
1,1649 |
|
0,10 |
132,85 |
3,494 |
81,65 |
|
углерода |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
27 |
Азот |
N2 |
28,135 |
1,16455 |
|
0,9997 |
0,0173 |
1,16490 |
0,05 |
126,2 |
3,390 |
77,35 |
||
28 |
Воздух |
|
28,9626 |
1,20400 |
|
0,99963 |
- |
1,20445 |
0,05 |
- |
- |
78,85 |
||
29 |
Кислород |
О2 |
31,9988 |
1,33022 |
|
0,9993 |
0,0265 |
1,33116 |
0,05 |
154,58 |
5,043 |
90,19 |
||
30 |
Диоксид |
CO2 |
44,010 |
1,82954 |
|
0,9947 |
0,0728 |
1,8393 |
|
0,05 |
304,20 |
7,386 |
194,65 |
|
углерода |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В таблице 1:
1)ρc.иi - плотность i-го газа при стандартных условиях в идеально газовом состоянии;
2)zci и ρci - соответственно, фактор сжимаемости и плотность i-го газа при стандартных условиях (для газов с температурой кипения больше 293,15 К приведены
условные значения этих свойств, которые применимы только при определении zc и ρс природного газа);
3) δzci - погрешность определения фактора сжимаемости i-го газа при стандартных условиях.
3.2.4 Из уравнений (4) и (5) получается практическая формула для определения плотности газа
ρ = ρc p Tc/(pc T K), |
(6) |
где коэффициент сжимаемости К равен |
|
K = z/zc. |
(7) |
Из уравнения (7) следует, что К = 1 при р = рc и Т = Tc. Кроме того, из этого же уравнения видно, что плотность газа в рабочих условиях можно определить по измеренным значениям ρc, zc, z (или К), р и Т.
Допускается ρc и zc определять по таблице 1, z и ρ - по ГСССД 4, ГСССД 8, ГСССД 18, ГСССД 19, ГСССД 47, ГСССД 48, ГСССД 70, ГСССД 95, ГСССД 96, ГСССД 147, ГСССД Р127 и другим материалам, рекомендуемым ГСССД, если методы измерения соответствующих параметров имеют большую погрешность, чем указано в таблице 1, или отсутствует технико-экономическая целесообразность применения прямых измерений.
3.2.5 Общая погрешность определения плотности i-го чистого газа, рассчитанная по формуле (6), будет равна
δρi = (δ2ρci + δ2p + δ2T + δ2zi + δ2zci)0,5, |
(8) |
где δρci - погрешность измерения или определения по таблице 1 плотности i-го газа при стандартных условиях (численно равна δρci);
δzi и δzci - методическая погрешность определения фактора сжимаемости при рабочих и стандартных условиях по ГСССД 4, ГСССД 8, ГСССД 18, ГСССД 19, ГСССД 47, ГСССД 48, ГСССД 70, ГСССД 95, ГСССД 96, ГСССД 147, ГСССД Р127;
δp и δT - погрешности определения, соответственно, давления и температуры. |
п р и |
||||
3 . 3 |
О п р е д е л е н и е |
п л о т н о с т и |
с м е с и |
г а з о в |
|
с т а н д а р т н ы х у с л о в и я х п о к о м п о н е н т н о м у с о с т а в у 3.3.1 Компонентный состав смеси газов определяется в объемных долях по формуле
ri =Vi / ∑Vi |
, |
(9) |
i |
||
или в молярных долях по формуле |
|
|
xi = ni / ∑ni |
, |
(10) |
i |
Киломоль (килограмм-молекула) - количество вещества в килограммах, равное молярной массе этого вещества, поэтому число молей i-го компонента газовой смеси определяется по формуле
ni = mi / M i . |
(11) |
В соответствии с ИСО 6976 [3] объемная ri, и молярная хi доли связаны следующими соотношениями:
xi = |
|
ri / |
zci |
|
|
|
∑(ri |
/ zci ) |
|
(12) |
|
|
|
i |
, |
||
r = |
|
xi / |
zci |
|
|
i |
∑(xi |
/ zci ) |
|
(13) |
|
|
|
i |
. |
||
Из уравнений (12) и (13) можно вывести следующие условия: |
|
||||
∑ri =1 |
, |
|
(14) |
||
i |
|
|
|
||
∑xi =1 |
(15) |
||||
i |
|
|
. |
|
|
3.3.2 В соответствии с ИСО 6976 [3] плотность природного газа при стандартных условиях вычисляют по формуле
ρc = ρc.и/zc, |
(16) |
где
ρ |
= ∑x ρ |
, |
(17) |
|
с.и |
i |
i c.иi |
||
zc =1 − ∑xi bi0,5 2 |
(18) |
|||
|
|
i |
. |
|
Значения плотности ρc.иi и фактора bi0,5 приведены в таблице 1.
При содержании в природном газе углеводородных соединений типа СkН2k+2 формулы (17) и (18) можно представить в следующем виде:
ρс.и = 0,5831∑(ki xi )+0,0838 +1,7457xy +1,0808xa |
, |
(19) |
||
|
i |
|
||
|
|
+0,0195xa +0,075xy |
02 |
|
zc =1 − 0,0458∑(ki xi )−0,0022 |
|
(20) |
||
|
i |
|
, |
|
где ki - количество атомов углерода в i-м углеводородном компоненте (СkН2k+2) природного газа.
3.3.3 Погрешности определения плотности природного газа и фактора сжимаемости при стандартных условиях вычисляют по формулам:
|
δρc.и = (0,6/ρс ) ∑(ki xi δxi )2 +3,4(xa δxa )2 +9,0(xy δxy )2 0,5 |
|
(21) |
||||||
|
|
i |
|
|
|
|
, |
|
|
|
ρzc = 0,09 |
(1 −zc )0,5 |
∑(ki xi δxi )2 +0,18(xa δxa )2 + 2,7(xy δxy )2 0,5 |
|
|||||
|
zc |
(22) |
|||||||
|
|
i |
|
|
|
|
, |
||
|
|
|
δрс = (δрс2 |
.и + δzc2 + δэ2 )0,5 |
, |
|
|
(23) |
|
где δxi, |
δxa и δxy - погрешности определения молярных долей, |
соответственно, i-го |
|||||||
компонента природного газа, а также азота и диоксида углерода, как компонентов |
|||||||||
природного газа; |
|
|
|
|
|
|
|
||
δэ = 0,05 % - погрешность экспериментального определения фактора |
|||||||||
сжимаемости. |
|
|
|
|
|
|
|
||
3 . 4 |
О п р е д е л е н и е |
п л о т н о с т и |
п р и р о д н о г о |
г а з а |
п р и |
||||
ра б о ч и х у с л о в и я х ( р и Т ) .
3.4.1Плотность природного газа определяют по формуле (6).
3.4.2Коэффициент сжимаемости природного газа, входящий в формулу (6), должен определяться по ГОСТ 30319.2.
При этом фактор сжимаемости при стандартных условиях допускается определять по формуле (20) при известном компонентном составе либо по формуле (24) при известных плотности природного газа при стандартных условиях и содержании в нем азота и диоксида углерода, т.е. по формуле
zc =1−(0,0741ρc −0,006 −0,063xa −0,0575xy )2 , (24)
3.4.3 Погрешность определения фактора сжимаемости природного газа при стандартных условиях по формуле (24) будет равна
δzc |
= 0,3 |
(1−zc )0,5 |
[(ρc δρc )2 +0,72(xa δxa )2 |
+0,6(xy δxy )0,5 |
|
|
zc |
(25) |
|||||
|
|
|
. |