ГОСТ Р 8.816-2013 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Газ природный. Объемная теплота сгорания. Методика измерений с применением калориметра сжигания с бомбой.
ГОСТ Р 8.816-2013
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственная система обеспечения единства измерений
ГАЗ ПРИРОДНЫЙ. ОБЪЕМНАЯ ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ
Методика измерений с применением калориметра сжигания с бомбой
State system for ensuring the uniformity of measurements. Natural gas. Volumetric heat (energy) of combustion. Method for measurement using the bomb calorimeter
ОКС 17.200.10
Дата введения 2014-09-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И.Менделеева" (ФГУП "ВНИИМ им.Д.И.Менделеева") и Открытым акционерным обществом "Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт" (ОАО "ВТИ")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 206 "Эталоны и поверочные схемы" подкомитетом ПК 206.6 "Эталоны и поверочные схемы в области температурных, теплофизических и дилатометрических измерений"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 2019 г.
Правила применения настоящего стандарта установлены в . Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "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 (www.gost.ru)
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на горючие природные и нефтяные попутные газы и устанавливает метод измерений высшей объемной теплоты (энергии) сгорания при постоянном объеме с применением калориметра сжигания с бомбой и вычисление низшей теплоты сгорания при постоянном давлении.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
Реактивы. Натрий углекислый. Технические условия
Реактивы. Серебро азотнокислое. Технические условия
Проволока из никеля и кремнистого никеля. Технические условия
Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия
Реактивы. Ацетон. Технические условия
Газы. Условия для определения объема
Кислота соляная. Технические условия
Барий хлорид 2-водный. Технические условия
Реактивы. Натрия гидроокись. Технические условия
Реактивы и особо чистые вещества. Методы приготовления растворов индикаторов
Реактивы и особо чистые вещества. Методы приготовления буферных растворов
Проволока константановая. Технические условия
(ИСО 2046-73) Кислород газообразный технический и медицинский. Технические условия
Нитки швейные хлопчатобумажные и синтетические. Технические условия
Вода дистиллированная. Технические условия
Нефрас-С 50/170. Технические условия
Посуда и оборудование лабораторные фарфоровые. Технические условия
(ИСО 992-75, ИСО 995-75, ИСО 2466-73) Калия гидрат окиси технический. Технические условия
Газы природные горючие. Метод определения удельной теплоты сгорания
Бумага фильтровальная лабораторная. Технические условия
Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды
________________
Проволока из платины и ее сплавов. Технические условия
Прибор и пипетки стеклянные для отбора и хранения проб газа. Технические условия
Газы горючие природные. Методы определения содержания водяных паров и точки росы влаги
Реактивы. Калия гидроокись. Технические условия
Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры
Реактивы. Методы приготовления титрованных растворов для кислотно-основного титрования
Термометры жидкостные стеклянные. Общие технические требования. Методы испытаний
(ИСО 835-1-81) Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки градуированные. Часть 1. Общие требования
(ИСО 385-1-84) Посуда лабораторная стеклянная. Бюретки. Часть 1. Общие требования
(ИСО 6976:1995) Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава
(ИСО 10715:1997) Газ природный. Руководство по отбору проб
Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений энергии сгорания, удельной энергии сгорания и объемной энергии сгорания (калориметров сжигания)
Государственная система обеспечения единства измерений. Теплота (энергия) сгорания объемная природного газа. Общие требования к методам измерений
Газы горючие природные. Определение температуры точки росы по воде
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 стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.2 энергетический эквивалент калориметра: Основной параметр калориметра, представляющий собой теплоемкость калориметрической системы. Его определяют как количество энергии, необходимое для изменения температуры этой системы на 1 градус (допускается измерять температуру в условных градусах, Ом, мВ и т.п.).
3.3 теплота сгорания, полученная в бомбе: Характеризует реальный процесс горения газообразного топлива в калориметрической бомбе и определяется произведением энергетического эквивалента на подъем температуры с учетом поправки на теплообмен, за вычетом энергии зажигания запальной проволоки и/или хлопчатобумажной нити, при этом конечными продуктами горения в бомбе являются диоксид углерода, вода, азотная и серная кислоты (жидкая фаза).
3.4 высшая теплота сгорания при постоянном объеме: Количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании определенного количества газа в калориметрической бомбе в среде сжатого кислорода в установленных стандартом условиях, при этом продукты сгорания находятся в газообразном состоянии, за исключением воды, образующейся при сгорании и конденсирующейся в жидкость.
Примечание - Низшую теплоту сгорания при постоянном давлении определяют расчетным путем, исходя из высшей теплоты сгорания при постоянном объеме, полученной при испытании природного газа в калориметрической бомбе и эмпирических коэффициентов, имеющих точное значение для чистых предельных углеводородов.
3.9 калориметр сжигания с бомбой (бомбовый калориметр): Средство измерений удельной и объемной энергии (теплоты) сгорания твердых, жидких и газообразных топлив при постоянном объеме в калориметрической бомбе.
4 Сокращения и обозначения
4.1 В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
ОТС - объемная теплота сгорания;
ПГ - природный газ;
СИ - средство измерений.
4.2 В настоящем стандарте применены обозначения показателей и индексов по . Дополнительно регламентированы обозначения следующих показателей:
5 Сущность метода
Сущность метода измерений высшей теплоты сгорания при постоянном объеме заключается в полном сжигании определенного количества газа в атмосфере сжатого кислорода в герметически закрытом металлическом сосуде - калориметрической бомбе, которую помещают в калориметрический сосуд, заполненный определенным объемом (массой) воды. По увеличению температуры воды в калориметрическом сосуде устанавливают количество теплоты, выделившейся при сгорании природного или попутного газа, а энергию образования водных растворов азотной и серной кислот в условиях испытания определяют методом химического анализа.
6 Реактивы и материалы
6.1 В настоящем стандарте применяют следующие реактивы
6.1.2 Кислород газообразный в баллоне по , полученный методом глубокого охлаждения (не содержащий водород). Не допускается применение кислорода, полученного методом электролиза воды.
6.1.4 Барий хлористый по , 10%-ный раствор.
6.1.8 Метиловый красный, индикатор, 0,1%-ный спиртовой раствор, приготовленный по .
6.1.11 Серебро азотнокислое, раствор с массовой долей 3% по .
6.1.12 Вода дистиллированная по .
6.1.13 Спирт этиловый ректификованный технический по .
6.1.14 Бензин для промышленно-технических целей или нефрас по .
6.1.15 Ацетон по .
6.2 В настоящем стандарте применяют следующие материалы
6.2.1 Проволока для запала (любая из нижеприведенного перечня):
- нихромовая (несгораемая), D=0,3 мм - при сжигании природного газа и D=0,4 мм - при сжигании попутного газа.
6.2.2 Хлопчатобумажная нить для запала из белой целлюлозы по или эквивалентная ей (в случае необходимости).
6.2.3 Бумага фильтровальная по .
6.2.4 Трубки металлические цельнотянутые кислородподводящие с ниппелями.
6.3 Стеклянная лабораторная посуда
Для измерений применяют стеклянную лабораторную посуду, перечень которой приведен в таблице приложения А.
7 Аппаратура
7.1 Средства измерений
7.1.1 Калориметры сжигания с бомбой, обеспечивающие получение результатов определения в пределах допускаемых расхождений, указанных в разделе 14.
7.1.2 Аналитические лабораторные весы с наибольшим пределом взвешивания 200 г с пределом допускаемой погрешности ±0,1 мг (для взвешивания запальной проволоки);
весы лабораторные общего назначения с наибольшим пределом взвешивания до 10 кг (для взвешивания бомбы и воды в калориметрическом сосуде) с пределом допускаемой погрешности ±0,1 г.
7.1.3 Термометр для измерений температуры в термостате с диапазоном измерения от 20°С до 24°С и ценой деления 0,01°С.
Примечание - Если средняя температура окружающей среды в помещении, где установлена система заполнения бомбы газом, превышает 25°С, то диапазон термометра для измерений температуры в термостате должен составлять от 24°С до 28°С.
7.1.4 Барометр с диапазоном измерений (80-106) кПа и основной погрешностью ±0,2 кПа.
7.1.5 СИ для определения влажности газа в соответствии с или .
7.1.6 Термостат для термостатирования бомбы при ее заполнении испытуемым газом с диапазоном от 10°С до 60°С и точностью поддержания температуры ±0,01°С.
7.1.7 Все СИ должны иметь действующие свидетельства о поверке (калибровке).
Примечание - Допускается применение других СИ, имеющих метрологические характеристики не хуже указанных.
7.2 Вспомогательное оборудование
7.2.1 Редуктор для кислорода РК-70 по [1].
7.2.2 Манометр кислородный образцовый МО, класс точности 0,4 на 4,0 МПа по .
7.2.3 Редуктор для горючего газа БМД-5 (или БВО-80-4).
Примечание - В качестве контейнеров могут применять металлические и металлокомпозитные баллоны, двугорловые пробоотборники (см. приложение J и ), стеклянные пипетки по .
7.2.6 Печь муфельная электрическая с зоной постоянной температуры (800±25)°С.
7.2.7 Насос вакуумный.
7.2.8 Электроплитка.
8 Отбор и хранение проб
8.1 Методы отбора проб ПГ или попутного нефтяного газа в пробоотборники и/или методы подачи газа в бомбу должны соответствовать требованиям .
8.2 Пробы хранят в отапливаемом помещении. Перед отбором пробы газа в калориметрическую бомбу пробоотборник выдерживают в помещении лаборатории не менее 2 ч. Температура пробоотборника с газом не должна быть ниже температуры газа при отборе проб в пробоотборник.
Не допускается применять вытесняющие жидкости для перевода газа из пробоотборника в калориметрическую бомбу.
9 Условия проведения измерений и требования безопасности
9.1 Требования к помещению
Калориметрические измерения ОТС необходимо проводить в отдельном помещении, в местах, защищенных от попадания прямых солнечных лучей, удаленных от отопительных приборов и других источников тепла, холода, сквозняков. Изменение температуры окружающего воздуха за время работы калориметра не должно быть более 1°С в течение 30 мин.
9.2 Требования безопасности
9.2.1 При подготовке и проведении измерений необходимо соблюдать требования безопасности и производственной санитарии, установленные в нормативных документах на метод испытаний (измерений) или в эксплуатационной документации на используемые СИ и оборудование.
9.2.2 При измерениях используют кислород, полученный методом глубокого охлаждения атмосферного воздуха. Категорически воспрещается использовать кислород, полученный путем электролиза воды.
9.2.3 При работе с кислородом под давлением соблюдают правила [] и требования . Инструкция должна быть вывешена на рабочем месте.
9.2.4 Редуктор для кислорода и манометр должны иметь паспорт предприятия-изготовителя с отметкой годности в свидетельстве о приемке. На манометре редуктора должны быть нанесены надписи "КИСЛОРОД" и "МАСЛООПАСНО".
9.2.5 Калориметрические бомбы должны иметь документ (аттестат, свидетельство или справку), подтверждающий их испытания гидравлическим давлением 10,8 МПа (например, в соответствии с [3]).
Испытания дополнительно проводят в случае износа или повреждения резьбы на корпусе и крышке бомбы.
9.2.6 Ключи и детали, находящиеся в соприкасании с кислородом, бомбы после испытаний под давлением или их случайного загрязнения, а также перед началом работы с новыми бомбами, даже при отсутствии в них явных следов масла и жира, протирают, разбирают и промывают бензином (или ацетоном), этиловым спиртом и дистиллированной водой, затем просушивают, обеспечивая при этом приточно-вытяжную вентиляцию и соблюдая требования безопасности.
9.2.7 Запрещается наклоняться над бомбой, заполненной кислородом и над калориметром в момент зажигания образца и в последующие 20 с.
10 Подготовка к проведению измерений
10.1 Определение вместимости калориметрической бомбы
Сущность метода определения вместимости калориметрической бомбы (без тигля) заключается в заполнении ее свежепрокипяченной и охлажденной до комнатной температуры дистиллированной водой и взвешивании до и после заполнения. Вместимость бомбы определяют не реже одного раза в шесть месяцев и каждый раз после замены или ремонта деталей бомбы.
10.1.1 Поверхности бомбы и крышки калориметрической бомбы очищают, промывая их бензином (или ацетоном), этиловым спиртом и дистиллированной водой, затем просушивают, продувая воздухом (кислородом) из заправочного устройства при открытых клапанах бомбы.
10.1.3 Для заполнения калориметрической бомбы водой собирают установку для определения вместимости калориметрической бомбы по схеме (рисунок 1), соединяя ее элементы вакуумными шлангами.
|
 |
1 - коническая колба; 2 - термометр; 3 - трубка; 4 и 6 - клапаны; 5 - калориметрическая бомба; 7 - склянка Вульфа; 8 - кран; 9 - вакуумметр; 10 - соединительная Т-образная трубка
Рисунок 1 - Установка для определения вместимости калориметрической бомбы
10.1.4 К клапанам 4, 6 калориметрической бомбы 5, подготовленной по 10.1.1 и 10.1.2, привинчивают металлические трубки, обязательно снабжая их прокладками для обеспечения герметичности. Соединяют вакуумными шлангами калориметрическую бомбу 5 с трубкой 3 в конической колбе 1 и со второй горловиной склянки Вульфа 7.
Закрывают клапан 4 калориметрической бомбы, кран 8 на соединительной трубке открыт. Коническую колбу 1 наполняют свежепрокипяченной и охлажденной до комнатной температуры дистиллированной водой. Открывают клапан 6 калориметрической бомбы, включают вакуумный насос и начинают откачку воздуха из калориметрической бомбы. При достижении максимального вакуума (остаточное давление 0,5-0,6 мм рт.ст.) насос отключают. По показанию вакуумметра проверяют герметичность бомбы и всей установки (показания вакуумметра не изменяются). Если установка герметична, вновь включают насос, медленно открывают клапан 4 калориметрической бомбы, при этом вода из конической колбы начинает поступать в бомбу, а затем, заполнив ее, в склянку Вульфа. Не прекращая откачки воздуха, несколько раз наклоняют калориметрическую бомбу, чтобы предотвратить задержку отдельных пузырьков воздуха. После установления сплошной струи воды откачку воздуха продолжают еще 1-2 мин, затем сначала закрывают клапан 6 калориметрической бомбы, потом через 0,5-1 мин клапан 4 и кран 8. Отключают вакуумный насос.
10.1.5 Записывают температуру воды в конической колбе.
10.1.7 Проводят 2-3 опыта по 10.1.4-10.1.6 и вычисляют вместимость калориметрической бомбы по формуле (1).
10.1.8 Разбирают калориметрическую бомбу, выливают дистиллированную воду и тщательно обтирают. Поверхности бомбы, крышки и клапаны высушивают продувкой сухим воздухом (кислородом) из заправочного устройства при открытых клапанах бомбы.
10.2 Определение энергетического эквивалента калориметра
_______________
10.2.1 Подготавливают калориметрическую бомбу по 10.1.1.
10.2.2 Запальную проволоку (при необходимости - с добавлением нитки) прикрепляют к электродам. Закрывают крышку бомбы.
10.2.3 Заполнение калориметрической бомбы метаном
10.2.3.1 Собирают установку для заполнения бомбы газом по схеме, представленной на рисунке 2, с помощью вакуумных шлангов, выполняют действия по 10.2.3.2-10.2.3.12.
|
 |
1 - кран;
2 - Т-образный тройник; 3 - манометр; 4, 6 - клапаны; 5 - калориметрическая бомба; 7, 8, 9 - краны соединительные трехходовые; 10 - вакуумметр; 11 - термометр; 12 - термостат; 13 - контрольная склянка; 14 - капиллярная трубка
Рисунок 2 - Установка для заполнения калориметрической бомбы газом
10.2.3.2 Термостат 12 устанавливают на температуру, близкую к температуре окружающей среды, заполняют дистиллированной водой и в него помещают термометр 11 по 7.1.3. Температура термостата не должна отличаться от температуры окружающей среды более чем на ±1°С.
10.2.3.4 Устанавливают бомбу с подсоединенными к ней вакуумными шлангами в термостат таким образом, чтобы жидкость не доходила до клапанов бомбы, и присоединяют к установке для заполнения бомбы газом 1.
10.2.3.5 Открывают вентиль баллона с метаном и продувают газопровод в течение 30 с - 1 мин, после этого, не прекращая тока метана, присоединяют его к крану 1 установки заполнения бомбы газом.
10.2.3.6 Открывают кран 1 от газопровода, клапаны 4, 6 калориметрической бомбы 5 открыты, переключают трехходовой кран 7 на бомбу, трехходовой кран 8 на вытяжку и продувают газовые линии и бомбу в течение 10-5 мин, следя за давлением по манометру 3. Закрывают клапаны 6, 4 бомбы 5. Кран 1 переключают на свечу.
Примечание - Не допускается поджигать газ на выходе из продувочной установки. Следует отводить газ трубкой в тягу.
10.2.3.7 Вакуумируют калориметрическую бомбу. Трехходовой кран 7 переключают на вытяжку, клапан 4 у калориметрической бомбы закрывают, клапан 6 открыт, трехходовые краны 8 и 9 переключают на вакуумный насос.
Включают насос и по вакуумметру 10 следят за показаниями. При достижении максимального значения вакуума (остаточное давление 0,5-0,6 мм рт.ст.) насос отключают и, если в течение 1-2 мин показания вакуумметра не меняются, - бомба герметична. Закрывают клапан 6 у калориметрической бомбы 5, кран 8 переключают на вытяжку, выравнивая давление, трехходовой кран 9 переключают на склянку 13.
10.2.3.8 Заполняют бомбу метаном - для этого трехходовой кран 7 переключают на бомбу, медленно открывают клапан 4 калориметрической бомбы 5 и заполняют бомбу метаном приблизительно до 3 атм., следя за давлением по манометру 3.
10.2.3.9 Затем подачу метана в калориметрическую бомбу прекращают, закрывая клапан 4 у бомбы. Трехходовой кран 8 переключен на вытяжку. Приоткрывают клапан 6 у бомбы, чтобы убрать избыточное давление газа в бомбе. Через 10-15 с кран 8 переключают на линию продувки газа. Наблюдают за выделением газа в контрольной склянке 13. При избыточном давлении газа в калориметрической бомбе по сравнению с атмосферным пузырьки газа будут выходить из калориметрической бомбы через капиллярную трубку. Выждав до прекращения выделения пузырьков газа, закрывают клапан 6 бомбы. Следует учесть, что время от открывания клапана 4 в 10.2.3.8 до закрывания клапана 6 в 10.2.3.9 должно быть примерно одинаковым при всех заправках бомбы газом.
Примечание - Не желательно открывать клапан 6 полностью, т.к. время, требуемое для удаления избыточного давления в бомбе, сокращается до 3-5 с.
10.2.3.10 Еще раз заполняют бомбу по 10.2.3.8-10.2.3.9.
10.2.3.12 Отсоединяют вакуумные шланги от клапанов бомбы и извлекают бомбу из термостата.
10.2.4 Заполнение калориметрической бомбы кислородом
Бомбу, заполненную метаном по 10.2.3, с закрытыми клапанами устанавливают в подставку и присоединяют к устройству для заполнения бомбы кислородом.
Затем, установив с помощью регулировочного винта манометр на требуемое давление, продувают сначала кислородопроводящую трубку 10-15 с и, не прекращая тока кислорода, присоединяют ее к входному клапану бомбы.
Затем открывают входной клапан у бомбы. Стрелка на манометре сначала падает, а затем, по мере заполнения бомбы кислородом, поднимается. Когда стрелка покажет требуемое давление (1,0-1,1 МПа), закрывают сначала клапан у бомбы, затем вентиль у кислородного баллона и разъединяют бомбу с редуктором.
10.2.5 Проверяют бомбу на герметичность. Для контроля за утечкой кислорода из бомбы полностью погружают бомбу в стеклянный сосуд с дистиллированной водой, где выдерживают 2-3 мин или обмыливают.
Примечание - Не следует путать пузырьки воздуха, вытесняемого из мест соединения отдельных частей бомбы, с утечкой кислорода. Если обнаружена утечка кислорода, вынимают бомбу из сосуда с водой, открывают клапан, медленно выпускают кислород, разбирают бомбу и заменяют уплотнительную прокладку. Бомбу снова собирают, наполняют кислородом и повторяют проверку на герметичность.
10.2.6 Далее выполняют другие регламентные работы, предусмотренные в технической документации на калориметр и проводят измерения в соответствии с руководством по эксплуатации на калориметр соответствующий модели.
10.2.7 По окончании опыта (при работе на неавтоматических калориметрах) или получении результата измерений (при работе на автоматических калориметрах) вынимают калориметрическую бомбу из сосуда. Осторожно открывают клапан на крышке бомбы, выпускают газ и разбирают бомбу.
10.2.8 В случае применения сгораемой проволоки для введения поправки на теплоту сгорания проволоки необходимо установить среднее значение массы сгоревшей проволоки для данной бомбы. Для чего после каждой серии измерений энергетического эквивалента собирают остатки запальной проволоки и взвешивают на весах с пределом допускаемой погрешности ±0,1 мг. Далее, при измерениях ОТС газа, применяют полученное при определении энергетического эквивалента среднее значение массы сгоревшей проволоки.
10.2.9 Тщательно осматривают внутреннюю поверхность бомбы. Если при осмотре обнаруживают признаки неполного сгорания (сажу), то полученные результаты считают недействительными, а испытание повторяют.
10.2.10 При отсутствии признаков неполноты сгорания бомбу промывают несколько раз дистиллированной водой. Протирают и просушивают бомбу при открытых клапанах в соответствии с 10.1.1.
10.2.11 Для определения энергетического эквивалента калориметра проводят шесть сжиганий высокочистого метана в каждой калориметрической бомбе. Вычисляют значение энергетического эквивалента по 13.2.
11 Проведение измерений ОТС природного и попутного газа в бомбе
Определение энергетического эквивалента и проведение измерений ОТС газа должны проводить в одинаковых, установленных настоящим стандартом условиях, на одной и той же аппаратуре, с одними и теми же реактивами и материалами. Выполнение этого требования позволяет исключить систематические ошибки, связанные с неконтролируемыми потерями тепла в калориметрической системе, которые не могут быть учтены в значении исправленного подъема температуры.
11.1 Подготавливают калориметрическую бомбу по 10.1.1 и 10.2.2.
11.2 Заполняют калориметрическую бомбу испытуемым газом с использованием схемы для заполнения бомбы газом (рисунок 2).
11.2.1 Устанавливают бомбу в термостат и присоединяют к установке для заполнения бомбы газом по 10.2.3.4.
11.2.3* Заполняют бомбу испытуемым газом одним из двух методов.
Метод 1 применяют в том случае, когда избыточное давление в пробоотборнике (газопроводе) позволяет заполнить бомбу газом до 0,3 МПа.
11.2.3.1 Для вакуумирования и заполнения калориметрической бомбы по методу 1 выполняют операции по 10.2.3.7-10.2.3.8.
Метод 2 применяют в том случае, когда избыточное давление в пробоотборнике (газопроводе) не позволяет заполнить бомбу до 0,3 МПа.
11.2.3.2 Вакуумируют калориметрическую бомбу по 10.2.3.7.
11.2.3.3 Открывают вентиль пробоотборника с испытуемым газом (газопровода) и продувают газопровод в течение 1-2 мин, после этого, не прекращая тока газа, присоединяют его к крану 1 установки заполнения бомбы газом.
11.2.3.4 Заполняют бомбу испытуемым газом, для этого открывают кран 1, при этом трехходовой кран 7 переключен на бомбу, открывают клапан 4 калориметрической бомбы 5 и заполняют бомбу испытуемым газом, следя за давлением по манометру 3, и, когда стрелка манометра остановится, подачу газа в калориметрическую бомбу прекращают, закрывают кран 1 и клапан 4 у бомбы.
11.2.3.5 Переключают трехходовой кран 8 на линию продувки газа и открывают клапан 6 у бомбы, чтобы убрать избыточное давление газа в бомбе. Наблюдают за выделением газа в контрольной склянке и после прекращения выделения пузырьков газа, закрывают клапан 6 бомбы.
11.2.3.6 Еще раз вакуумируют калориметрическую бомбу по 10.2.3.7 и заполняют испытуемым газом в соответствии с 11.2.3.4-11.2.3.5.
11.2.4 Далее процедуры для двух методов выполняют одинаково.
11.2.6 Отсоединяют вакуумные шланги от клапанов бомбы и извлекают бомбу из термостата.
11.3 Заполняют калориметрическую бомбу кислородом в соответствии с 10.2.4 и проверяют ее на герметичность по 10.2.5.
11.4 Далее выполняют другие процедуры, предусмотренные в технической документации на калориметр конкретной модели, и проводят измерения в соответствии с руководством по эксплуатации калориметра.
11.5 По окончании измерений (при работе на неавтоматических калориметрах) или получении результата измерений (при работе на автоматических калориметрах) вынимают бомбу из калориметрического сосуда. Осторожно открывают клапан на крышке бомбы, выпускают газ и разбирают бомбу.
11.6 Тщательно осматривают внутреннюю поверхность бомбы. Если при осмотре обнаруживают признаки неполного сгорания (сажу), то полученные результаты считают неверными, а измерения повторяют.
В смыве калориметрической бомбы после сжигания природного или попутного газа присутствуют азотная и серная кислоты. Для определения содержания этих кислот при их одновременном присутствии предложен следующий метод анализа продуктов сгорания.
11.8 Анализ продуктов сгорания
11.8.1 Проводят подготовительные работы:
- подготавливают стеклянную посуду (по приложению А).
Примечание - При систематических анализах газа одного месторождения и отсутствии в этом газе серосодержащих соединений может быть установлена средняя поправка на теплоту образования и растворения в воде азотной кислоты, которую вычисляют как среднее арифметическое значение серии анализов.
Отстоявшуюся в стакане жидкость фильтруют через плотный беззольный фильтр диаметром 90-110 мм. Осадок солей бария на фильтре промывают порциями дистиллированной водой до полного удаления ионов хлора, пока одна капля азотнокислого серебра не перестанет вызывать появление мути в последней порции фильтрата.
Влажный фильтр с осадком сульфата бария переносят во взвешенный фарфоровый тигель, предварительно прокаленный до постоянной массы, и слегка уплотняют его. Осторожно подогревают тигель на плитке, фильтр сначала высушивают, затем обугливают, не допуская его воспламенения, и далее прокаливают в муфельной печи при (800±25)°С в течение 15-20 мин. Затем тигель вынимают из муфеля, охлаждают на воздухе в течение 5 мин, в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают с погрешностью не более ±0,1 мг.
11.9 Для определения ОТС природного или попутного газа проводят два измерения и вычисляют значение ОТС по 13.3.
12 Определение влажности газа
Влажность газа определяют в соответствии с или , которые устанавливают требования к выполнению измерений температуры точки росы по воде (ТТРВ) визуальными и автоматическими конденсационными и сорбционными (диэлькометрическим, кулонометрическим, пьезоэлектрическим, интерференционным) методами в горючих газах. Далее производят пересчет точки росы на абсолютную влажность. Возможно также определение абсолютной влажности газа путем пропускания его через влагопоглотители в соответствии с формулой (11) с последующим расчетом парциального давления водяных паров по формулам (9), (10).
13 Обработка и оформление результатов измерений
13.1 Вместимость калориметрической бомбы
|
|
|
|
Температура воды по 10.1.5, °С | Коэффициент | Температура воды по 10.1.5, °С | Коэффициент |
14 | 1,0020 | 23 | 1,0036 |
15 | 1,0021 | 24 | 1,0039 |
16 | 1,0023 | 25 | 1,0041 |
17 | 1,0024 | 26 | 1,0044 |
18 | 1,0026 | 27 | 1,0047 |
19 | 1,0028 | 28 | 1,0049 |
20 | 1,0030 | 29 | 1,0052 |
21 | 1,0032 | 30 | 1,0055 |
22 | 1,0034 |
|
|
13.2 Энергетический эквивалент калориметра
13.2.1 Энергетический эквивалент калориметрической системы, кДж/°С, вычисляют по формуле
Таблица 2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Давление насыщенных паров воды, мм рт.ст. | Конечная температура опыта, , °С | ||||||||||
| 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| 17,54 | 18,66 | 19,84 | 21,08 | 22,39 | 23,77 | 25,22 | 26,75 | 28,37 | 30,06 | 31,84 |
13.2.2 За результат измерений принимают среднее арифметическое не менее шести измерений энергетического эквивалента, при этом СКО результата измерений не должно превышать 0,08%.
13.3 Объемная теплота сгорания природного и попутного газа
- для природного газа:
- для попутного газа:
или
Примечание - Формулы (19)-(22) получены эмпирическим путем на основании результатов анализа проб природного и попутного газов различного состава.
13.3.7 ОТС смеси природных и попутных газов вычисляют по формуле того газа, который количественно преобладает в смеси.
13.3.8 ОТС смеси природного и искусственного газов вычисляют по формуле для природного газа.
13.3.9 ОТС смеси попутного и искусственного газов вычисляют по формуле для попутного газа.
13.3.10 За результат измерений принимают среднее арифметическое значение двух последовательных измерений высшей ОТС сухого газа при условии выполнения пункта 14.1. Если расхождение между результатами двух измерений превышает допускаемое, проводят третье измерение и за результат принимают среднее арифметическое двух наиболее близких результатов в пределах допускаемых расхождений.
14 Точность метода
14.1 Предел повторяемости (сходимости)
15 Требования к квалификации персонала
К измерениям и обработке результатов допускают лиц, изучивших настоящий стандарт, руководство по эксплуатации СИ и обученных работе с соответствующими приборами.
Приложение А
(справочное)
Посуда стеклянная лабораторная
|
|
|
Наименование | Вместимость, см | Обозначение НД |
Колбы Бунзена с тубусом для фильтрования в вакууме | 500 и 2000 |
|
Стакан вместимостью | 400 или 600 |
|
Воронка стеклянная лабораторная |
|
|
Склянка для промывания газов типа СН или СВТ | 25-100 |
|
Эксикатор диаметром 190 мм |
|
|
Бюретка | 25 или 50 |
|
Микробюретка | 5 |
|
Пипетка | 1 и 10 |
|
Тигель фарфоровый |
|
|
Приложение Б
(справочное)
Расчет подъема температуры калориметрической системы с учетом поправки на теплообмен
Приложение В
(справочное)
Пересчет массы бензойной кислоты марки К-3 на объем сжигаемого высокочистого метана для автоматических калориметров с программой расчета энергетического эквивалента по бензойной кислоте
В.1.4.1 Для калориметров, ПО которых рассчитывает энергетический эквивалент без учета тигля (параметры тигля - массу и удельную теплоемкость материала тигля - заносят в соответствующую таблицу в настройках калориметра),
В.1.4.2 для калориметров, ПО которых рассчитывает энергетический эквивалент с тиглем:
Теплоемкость тигля рассчитывают по формуле
Библиография
|
|
[1] | Редукторы высокого давления. Технические условия |
[2] | Правила установки и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением |
[3] ПА 400.00 463-2008 | Бомбы калориметрические. Программа и методика первичной и периодической аттестации |
|
|
УДК 662.76:536.626:006.354 | ОКС 17.200.10 |
|
|
Ключевые слова: объемная теплота сгорания (высшая и низшая), природный газ, калориметр сжигания с бомбой, методика измерений, стандартные условия сгорания и измерений, температура, давление, погрешность измерений объемной теплоты сгорания | |