ГОСТ 31369-2021 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава (с Поправками).
ГОСТ 31369-2021
(ISO 6976:2016)
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
ГАЗ ПРИРОДНЫЙ
Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава
Natural gas. Calculation of calorific values, mass volume, relative density and Wobbe indices from the composition
МКС 75.060
Дата введения 2023-07-01,
с правом досрочного применения
Предисловие
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"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Публичным акционерным обществом "Газпром" и Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им.Д.И.Менделеева" (ФГУП "ВНИИМ им.Д.И.Менделеева") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в п.5
2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 52 "Природный и сжиженные газы"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 26 августа 2021 г. N 142-П)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Азербайджан | AZ
| Азстандарт |
Армения | AM | ЗАО "Национальный орган по стандартизации и метрологии" Республики Армения |
Беларусь | BY | Госстандарт Республики Беларусь |
Казахстан | KZ
| Госстандарт Республики Казахстан |
Киргизия | KG | Кыргызстандарт |
Россия | RU | Росстандарт |
Таджикистан | TJ
| Таджикстандарт |
Узбекистан | UZ | Узстандарт |
(Поправка. ИУС N 2-2022), (Поправка. ИУС N 8-2022), (Поправка. ИУС N 5-2023).
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 октября 2021 г. N 1106-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 31369-2021 (ISO 6976:2016) введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2023 г., с правом досрочного применения
5 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ISO 6976:2016* "Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава" ("Natural gas - Calculation of calorific values, mass volume, relative density and Wobbe indices from the composition", MOD) путем внесения технических отклонений, объяснение которых приведено во введении к настоящему стандарту.
Информация, необходимая для вычисления физико-химических показателей природного газа, приведена в дополнительных приложениях ДА-ДГ.
Сведения о соответствии ссылочных межгосударственных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДД
6 ВВЕДЕН ВЗАМЕН ГОСТ 31369-2008 (ИСО 6976:1995)
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"
ВНЕСЕНЫ: поправка, опубликованная в ИУС N 2, 2022 год, введенная в действие с 01.10.2021; поправка, опубликованная в ИУС N 8, 2022 год; поправка, опубликованная в ИУС N 5, 2023 год
Введение
Поставка природного газа зарубежному и внутреннему потребителям обычно требует точного определения количества и качества продаваемого газа. В настоящем стандарте устанавливаются методы вычисления основных показателей, которые описывают качество газа, а именно высшей и низшей теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе (высшего и низшего). Описанные методы обеспечивают возможность вычисления этих показателей и их неопределенностей для любого природного газа, заменителя природного газа или аналогичного газообразного топлива известного состава при обычно используемых стандартных условиях.
Значения различных показателей, вычисленных в соответствии с данным стандартом, будут отличаться, хотя и незначительно, от тех, которые вычислены с использованием предыдущей версии стандарта.
В соответствии с данным контекстом следует учесть, что:
a) внедрение изменений, описанных в данном стандарте, будет связано с затратами, поскольку потребуется обновление программного обеспечения;
b) зафиксированное значение теплоты сгорания и, следовательно, заявляемое энергосодержание вследствие этих изменений тоже изменится незначительно;
c) могут возникнуть непредвиденные последствия, если изменения стандарта вводятся некритически; например, если внести изменения в точках входа в трубопроводную систему и не ввести их в точках выхода, то может возникнуть дорогостоящий дисбаланс учета газа;
d) в расчете должны быть приняты во внимание коммерческие, контрактные, регламентные и правовые обязательства.
По этим причинам и в зависимости от заявки пользователей целесообразно провести предварительную оценку последствий при внедрении данного стандарта, чтобы согласовать сроки и процедуру его введения в действие.
Для учета потребностей национальных экономик государств, принявших стандарт, в текст настоящего стандарта внесены следующие изменения:
- исключены из примечания 1 к разделу 1 неверные формулировки;
- внесен в раздел 2 ГОСТ 34100.3-2017/ISO/IEC Guide 98-3:2008;
- исключена из примечания 4 к пункту 3.12 единица измерений давления, не используемая в странах СПГ;
- исключены ссылки на ISO/TR 29922:2017, так как документ является техническим отчетом, содержащим обоснования алгоритмов вычисления физико-химических показателей, изложенных в настоящем стандарте;
- внесены дополнительные формулы (24) и (25) и сноски, выделенные в тексте курсивом*;
- исключены из раздела "Библиография" документы, на которые отсутствуют ссылки в тексте стандарта.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы вычисления высшей теплоты сгорания, низшей теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе (высшего и низшего) природного газа, заменителей природного газа и другого газообразного топлива, компонентный состав которых известен в единицах молярной доли. Методы предусматривают возможность вычисления значений показателей газовой смеси при принятых стандартных условиях.
Сумма значений молярной доли компонентов, по определению, составляет единицу (или 100%). Руководство по выполнению этого требования с использованием хроматографического метода анализа приведено в ГОСТ 31371.1 и ГОСТ 31371.2.
Примечание - При вычислении значений физических показателей должны быть учтены все компоненты, молярная доля которых не менее 0,00005 (0,005% молярной доли). Перечень компонентов, учитываемых при вычислении значений физических показателей, определяется применяемой(ыми) методикой(ами) измерений. В приложении ДА приведены дополнительные рекомендации по перечню учитываемых компонентов на конкретных узлах измерений.
Для вычисления используют значения различных физических свойств чистых компонентов; эти значения вместе с соответствующими неопределенностями приведены в таблицах, а их источники идентифицированы.
Приведены методы оценки стандартной неопределенности вычисленных физико-химических показателей (ФХП).
Приведены методы вычислений молярных, массовых и объемных значений ФХП, распространяющиеся на любой природный газ, заменитель природного газа или другое газообразное топливо, за исключением объемных характеристик газовых смесей, для которых коэффициент сжимаемости в стандартных условиях менее 0,9.
Примеры вычислений для рекомендованных методов приведены в приложении D.
Примечания
1 Термины "superior (высший)", "higher (высшего порядка)", "upper (верхний)" и "total (полный)" в данном стандарте являются синонимами "gross (высшая)"; так же как "inferior (низший)" и "lower (низшего порядка)" являются синонимами "net (низшая)". Термин "heating value (теплотворная способность)" является синонимом "calorific value (теплота сгорания)"; "mass density (массовая плотность)" и "specific density (удельная плотность)" являются синонимами "density (плотность)"; "Wobbe number (число Воббе)" является синонимом "Wobbe index (индекс Воббе)"; "compressibility factor (коэффициент сжимаемости)" является синонимом "compression factor (коэффициент сжатия)".
2 Не существует ограничений по составу газа, для которого применимы методы, приведенные в настоящем стандарте. Однако ограничение на вычисления объемных показателей для смесей с коэффициентом сжимаемости менее 0,9 в установленных стандартных условиях измерений накладывают определенные требования к составу.
3 Поскольку молярная доля присутствующей воды обычно не определяется в ходе хроматографического анализа, общепринятой практикой является вычисление физических показателей на основе сухого газа, и влияние водяного пара учитывается отдельной процедурой. В то же время если молярная доля водяного пара известна, то вычисление параметра можно осуществить полностью в соответствии с описанными в настоящем стандарте процедурами.
4 В группу алифатических углеводородов с числом атомов углерода 7 или выше включают любой присутствующий изомер с таким же числом атомов углерода, как у изомера нормального строения.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 31371.1 (ISO 6974-1:2012) Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 1. Общие указания и определение состава
ГОСТ 31371.2 (ISO 6974-2:2012) Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 2. Вычисление неопределенности
ГОСТ 34100.3/ISO/IEC Guide 98-3:2008** Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения
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:
3.3 плотность (density): Масса единицы объема газа при определенных значениях давления и температуры.
3.4 относительная плотность (relative density): Плотность газа, деленная на плотность сухого воздуха стандартного состава при одинаковых заданных значениях давления и температуры.
Примечание - Термин "идеальная относительная плотность" применяют в тех случаях, когда как газ, так и воздух считаются средами, которые подчиняются закону идеального газа (см. 3.8). Термин "реальная относительная плотность" применяют в тех случаях, когда как газ, так и воздух считаются реальными средами (см. 3.9). Стандартный состав сухого воздуха приведен в приложении ДБ.
3.5 число Воббе высшее (gross Wobbe index): Значение высшей объемной теплоты сгорания при определенных стандартных условиях, деленное на квадратный корень относительной плотности при тех же стандартных условиях измерений.
Примечание - При обычном применении и в отсутствие какого-либо другого спецификатора термин "число Воббе" используют для обозначения величины, которая здесь идентифицирована как число Воббе высшее.
3.6 число Воббе низшее (net Wobbe index): Значение низшей объемной теплоты сгорания при определенных стандартных условиях, деленное на квадратный корень относительной плотности при тех же стандартных условиях измерений.
3.7 энтальпия перехода (enthalpy of transformation): Выделяющееся количество теплоты, сопровождающее изменение состояния (перехода) вещества или системы из одного (начального) в другое (конечное) состояние.
Примечания
1 Положительное выделение теплоты по правилу термодинамики численно равно отрицательному приращению энтальпии.
2 В контексте настоящего стандарта можно выделить следующее:
- энтальпия сгорания: начальное состояние - это исходная стехиометрическая смесь реагентов до сжигания, а конечное состояние - это продукты сгорания при том же давлении и той же температуре;
- стандартная энтальпия испарения: начальное состояние - это вещество в жидком состоянии при насыщении, а конечное состояние - это то же самое вещество в гипотетическом состоянии идеального газа при той же самой температуре и давлении 101,325 кПа;
- поправка на энтальпию (или энтальпийная поправка) (остаточная энтальпия): начальное состояние - это газ или газовая смесь в гипотетическом состоянии идеального газа, а конечное состояние - это тот же самый газ или газовая смесь при том же давлении и той же температуре, но в состоянии реального газа.
3.8 идеальный газ (ideal gas): Газ, который подчиняется закону идеального газа.
Примечание - Закон идеального газа можно записать в виде уравнения
3.9 реальный газ (real gas): Газ, свойства которого отличаются от закона идеального газа.
Примечание - Реальный газ не подчиняется закону идеального газа. Отклонение от идеальности можно записать в виде уравнения состояния
3.10 коэффициент сжимаемости (compression factor): Действительный (реальный) объем данной массы газа при определенных давлении и температуре, деленный на его объем при тех же самых условиях, вычисленный по уравнению закона идеального газа.
Примечания
1 Не существует причины принимать стандартные условия измерений такими же самыми, как и стандартные условия сгорания (см. рисунок 1).
2 В разных странах мира используют различные значения стандартных условий (см. приложение ДВ).
 |
Рисунок 1 - Объемная теплота сгорания. Стандартные условия сгорания и измерений
4 Обозначения
В настоящем стандарте использованы следующие обозначения:
 | - атомная масса, кг·кмоль  ; |
 | - индекс числа атомов углерода в обобщенных формулах молекул  ; |
 | - индекс числа атомов водорода в обобщенных формулах молекул ; |
 | - индекс числа атомов азота в обобщенных формулах молекул ; |
 | - плотность, кг·м  ; |
 | - индекс числа атомов кислорода в обобщенных формулах молекул ; |
 | - индекс числа атомов серы в обобщенных формулах молекул ; |
 | - функция, которая определяет показатель  ; |
 | - относительная плотность; |
 | - молярная теплота сгорания, кДж·моль ; |
 | - массовая теплота сгорания, МДж·кг ; |
 | - объемная теплота сгорания, МДж·м ; |
 | - коэффициент охвата; |
 | - молярная энтальпия испарения воды, кДж·моль ; |
 | - молярная масса, кг·кмоль ; |
 | - число компонентов в смеси; |
 | - число определений в серии измерений; |
| - давление (абсолютное), кПа; |
 | - точное вводное значение для вычисления ; |
| - универсальная (молярная) газовая постоянная, Дж·моль · К ; |
 | - коэффициент корреляции; |
 | - коэффициент суммирования; |
| - термодинамическая (абсолютная) температура, К; |
 | - температура по Цельсию, °С; |
 | - расширенная неопределенность ; |
 | - стандартная неопределенность ; |
| - молярный объем, м  · кмоль ; |
 | - число Воббе, МДж·м ; |
 | - молярная доля; |
 | - ненормализованное значение молярной доли; |
| - обобщенный физико-химический показатель; |
 | - неточная вводная величина для вычисления ; |
 | - объемная доля  -го компонента; |
 | - коэффициент сжимаемости. |
Нижние индексы
| |
| - высшая (теплота сгорания или число Воббе); |
| - номер компонента; |
 | - номер компонента в матрице; |
| - идентификатор показателя; |
 | - идентификатор точных вводных значений; |
| - низшая (теплота сгорания или число Воббе); |
| - число измерений; |
 | - воздух; |
0
| - стандартное (базовое) значение (давления); |
1
| - стандартные условия сгорания; |
2
| - стандартные условия измерений. |
Верхний индекс
| |
° | - для состояния идеального газа. |
5 Принципы
В настоящем стандарте приведены методы вычисления значений теплоты сгорания (высшей и низшей), плотности, относительной плотности и числа Воббе (высшего и низшего) любого природного газа, заменителя природного газа или другого газообразного топлива на основе известного компонентного состава в единицах молярной доли.
Для вычисления значений теплоты сгорания используют формулы, в которых для всех отдельных компонентов газовой смеси табличное значение молярной теплоты сгорания идеального газа берут в соответствии со значениями их молярной доли в смеси, затем все полученные значения суммируют, чтобы получить значение молярной теплоты сгорания для смеси идеального газа. Далее приведены формулы для преобразования этой величины в низшую теплоту сгорания идеального газа, а затем в высшую и низшую объемную и массовую теплоту сгорания идеального газа.
Аналогично для вычисления плотности и относительной плотности используют формулы, в которых для всех отдельных компонентов газовой смеси табличное значение молярной массы берут в соответствии со значениями их молярной доли в смеси, затем все полученные значения суммируют, чтобы получить значение молярной массы газовой смеси. Далее приведены формулы для преобразования молярной массы в плотность идеального газа или в относительную плотность.
Значения плотности или относительной плотности реального газа вычисляют с учетом объемного поправочного коэффициента (коэффициент сжимаемости), рекомендации по вычислению которого приведены ниже.
Перевод значений теплоты сгорания идеального газа в значения теплоты сгорания реального газа является достаточно простым. Чтобы получить молярную теплоту сгорания реального газа, необходимо ввести небольшую поправку на энтальпию (остаточную энтальпию) к молярной теплоте сгорания (высшей или низшей) идеального газа. Однако эта поправка на энтальпию является настолько незначительной, что ею обоснованно можно пренебречь.
Вследствие пренебрежения поправкой на энтальпию значения молярной и массовой теплоты сгорания реального газа равны соответствующим значениям теплоты сгорания идеального газа. Чтобы получить значения объемной теплоты сгорания (высшей и низшей) для реального газа, на основе значений для идеального газа применяют упомянутый выше объемный поправочный коэффициент (коэффициент сжимаемости).
Кроме того, приведены формулы для вычисления значений числа Воббе для идеального и реального газов и для других рассмотренных здесь показателей.
Для каждого показателя природного газа, для которого приведены расчетные формулы, применимы описанные в ГОСТ 34100.3 методы для получения дополнительных формул, позволяющих оценить соответствующую неопределенность.
В сущности, каждую неопределенность вычисляют из аналитического вывода коэффициентов чувствительности путем определения частной производной от формул вычисления соответствующего показателя смеси для каждой из вводных величин (а именно физических показателей каждого чистого компонента и значений молярной доли компонентов), с которой может ассоциироваться неопределенность. Эти выводы также учитывают неизбежные корреляции между значениями молярной доли компонентов и также неизбежными, но менее очевидными, корреляциями между значениями молярной массы компонентов (см. раздел 11).
Для каждого показателя общую дисперсию (квадрат неопределенности) получают сложением независимых вкладов в дисперсию от каждого источника неопределенности и в результате общую (суммарную) неопределенность берут как квадратный корень от этого значения по формулам в соответствии с приложением В.
В разделе 12 приведены табличные значения для соответствующих физических свойств чистых компонентов природного газа и связанных с ними неопределенностей для каждого набора стандартных условий. Вспомогательные данные, включая неопределенности, используют в соответствии с приложением А. Примеры вычислений приведены в приложении D.
6 Поведение идеального и реального газов
6.1 Энтальпия сгорания
6.2 Вычисление коэффициента сжимаемости
При вычислении объемной теплоты сгорания реального газа требуется введение поправки, учитывающей отличие объемов реального и идеального газов. Этой поправкой пренебрегать нельзя, ее также необходимо учитывать при вычислении плотности, относительной плотности и числа Воббе.
7 Вычисление молярной теплоты сгорания
7.1 Высшая теплота сгорания
Примечания
2 Молярная теплота сгорания идеального газа для газа или газовой смеси определяется в настоящем стандарте как положительная величина. Значения, приведенные в таблице 3, численно равны значениям стандартной молярной энтальпии сгорания, которые в то же время условно выражаются как отрицательные величины (см. 3.7).
7.2 Низшая теплота сгорания
8 Вычисление массовой теплоты сгорания
8.1 Высшая теплота сгорания
Значение молярной массы каждого компонента, рассматриваемого в настоящем стандарте, приведено в таблице 1.
8.2 Низшая теплота сгорания
9 Вычисление объемной теплоты сгорания
9.1 Высшая теплота сгорания идеального газа
9.2 Низшая теплота сгорания идеального газа
9.3 Высшая теплота сгорания реального газа
9.4 Низшая теплота сгорания реального газа
10 Вычисление физико-химических показателей
10.1 Относительная плотность идеального газа
Относительную плотность идеального газа, не зависящую от стандартных условий, вычисляют по формуле
10.2 Плотность идеального газа
10.3 Число Воббе (высшее) идеального газа
Число Воббе (высшее) идеального газа вычисляют по формуле
10.4 Число Воббе (низшее) идеального газа
Число Воббе (низшее) идеального газа вычисляют по формуле
10.5 Относительная плотность реального газа
10.6 Плотность реального газа
Плотность реального газа при стандартных условиях измерений вычисляют по формуле
10.7 Число Воббе (высшее) реального газа
Число Воббе (высшее) реального газа вычисляют по формуле
10.8 Число Воббе (низшее) реального газа
Число Воббе (низшее) реального газа вычисляют по формуле
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.