GB/T 11062-2020 天然气 发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法.pdf.pdf
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式中: (H。)%(t)一一混合气体的理想气体低位摩尔发热量; (H)(t1)一一混合气体的真实气体低位摩尔发热量; L°(t) 一t,温度下水蒸发的标准焰; b; j组分里每个分子所包含的氢原子数量。 L°(t,)在25℃、20℃、15.55℃(60F)、15℃和0℃下的值在附录A中给出。b,的值在表1 中给出。
在已知组成混合气体中,当计量温度为.时,高位质量发热量应按照式(4)计算:
(H.)%(t)——以质量为基准的混合物的理想气体高位发热量; (H.)c(t1)——以质量为基准的混合物的真实气体高位发热量; M 混合气体的摩尔质量,在已知组成混合气体中应由式(5)求得:
服务质量标准(Hm)G(t))=(Hm)(t1)= (H)(t M
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中用到的每个组分的摩尔质量值都在表1中给出
9.1理想气体高位发热量
H)(t)=(H.)%(t): (H.)%(t M
在已知组成的混合气体中,以t为燃烧温度,当温度为t2、压力为P2时,理想气体高位体积发热量 应按照式(7)计算:
(H,)(t1;t2,P2)——以理想气体体积为基准的混合气体的发热量 Vo 理想摩尔体积,可由式(8)求得:
式中: R——摩尔气体常数; T—绝对温度。
9.2理想气体低位发热量
(H,)%(tst22) = (H)(t) Vo
在已知组成的混合气体中,以t1为燃烧温度,当温度为t2、压力为2时,理想气体低位体积发热量 应按照式(9)计算:
(H,)%(t2力2)——以理想气体体积为基准的混合气体的发热量
9.3真实气体高位发热
H)(t1t22) (H)(t) V
*. ...+.++.9
在已知成分的混合气体中,以真实气体的体积为基准,当温度为t2、压力为P2时,高位发热量应按 照式(10)计算:
(H,)c(ti;t2,p2) 以体积为基准的真实气体的高位发热量; V 混合气体的真实气体摩尔体积,应按照式(11)计算
)G(t1;12+p2) (H)(t) ...+
Z(t2,P2)一一计量参比条件下的压缩因子。 压缩分子Z(t2P2)可以由表2提供的各纯组分的s;(t,P。)的值和公式(1)进行计算。基于本 的目的,当Z>0.9的时候该计算结果是有效的
9.4真实气体低位发热量
在已知成分的混合气体中,以真实气体的体积为基准,以t为燃烧温度,当温度为t2压力为p2 位发热量按照式(12)计算
(H)~(ti;t2,p2) 一以体积为基准的真实气体的低位发热量
10.1理想气体相对密度
理想气体的相对密度不受任何参比条件影响,按照式(13)计算:
理想气体的密度依赖于温度t和压力,按照式(14)计算: D°(t2p2)=M/Vo 式中: D°(t2P2)—计量参比条件下理想气体密度; M 根据公式(5)得出的混合物的摩尔质量; Va 根据公式(8)得出的混合物的理想摩尔体积
10.3理想气体高位沃泊指数
式中: W%(tit2p2)——理想气体的沃泊指数总值;
We(t1st2,p2) = (H,)8(ti;t2,p2) (15 /G
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10.4理想气体低位沃泊指数
理想气体的低位沃泊指数应按照式(16)计算:
式中: W%(t1;t2,p2)——理想气体的低位沃泊指数; (H.)&(tit2.z)按照9.2中的公式计算。
10.5真实气体相对密原
比条件(12,力2)之下,真实气体的相对密度按照式
G(t2,p2) 真实气体的相对密度; Z(t2,2) 气体的压缩因子; Zar(t2,P2)一一标准组成的干空气的压缩因子。 压缩因子Z(t2+P2)用表2中所给各纯组分求和因子s;(t2+P。)和式(1)计算,压缩因子Zlr(t2+P2) 按照式(18)计算:
当p。=101.325kPa(14.696psi)时,计量参比压力p2也应采用相同的单位(详见A.3) Zair(t2=0℃,p。)=0.999419; Zair(t2=15℃,p。)=0.999595; Zair(t2=15.55℃,p。)=0.999601; Z.ir(t2=20℃,p。)=0.999645。 公式(18)适用于p,处于90kPa~110kPa(13.05psi~15.95psi)的区间时
在计量参比条件下,真实气体密度按照式(19)计
D(t.P.)——真实气体密度。
10.7真实气体高位沃泊指数
式中: Wc(t1t2p2)——高位气体沃泊指数 (H,)c(t1;t2,P2)按照9.3的方法计算
We(t1$t2+p2)— 一高位气体沃泊指数;
D(t2+p2) D(t2,P2) Z(ta.pe)
(20) /G(t..p.)
10.8真实气体低位沃泊指数
真实气体低位沃泊指数按照式(21)计算
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W(t1;t2p2)= (H,)n(tt;t2,p2) G(t2p2)
依据计量学的一般原则,每个计算结果通常应报告其不确定度。 本标准在计算物性值时一般应用3种不同技术估计结果的不确定度: a)应用与每个输入量有关的输出量偏导数求得的灵敏度系数分析法; b)应用灵敏度系数分析,但是其推导方式截然不同; c)基于蒙特卡洛法的一种数字技术。 方法b)和方法c)在本标准中可能具有更好的适用性与可接受性,但在本章中不作进一步说明。通 常任何遵循GUM5]规定原则的方法均可接受;包括b)和c)在内的若干可能的选择将在ISO/TR29922 中进一步讨论。 上述3种方法均为针对某一独立结果提供不确定度估计。但GUM方法要求对每个结果提供独立 不确定度是不现实或不合适的。连续在线气相色谱分析就是个比较典型的例子。 在此情况下,经常可从校准、检定、法定检验和/或认可记录中获取足够信息,以进行不确定度的合 理总体评估。
y:—包含不确定度u(y)的输人参数; 一没有不确定度的输人参数(即视为精确值)。 物性Y的合成标准不确定度(Y)可以用GUM给出的相关输人量y,和y;的下列通式计算
式中: (aY) [v
.....................23
Y 一Y对y:的偏导数(灵敏度系数); r(yi,y;) 一3:和y;的相关系数。 本标准中所有用式(23)计算不确定度的物性参数,附录B中均给出了相应的公式。要求的输入量 混合物组成和纯组分(或混合物的物性值,以及它们所有的相关不确定度与相关系数值
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11.3分析方法的输入数据
11.3.1组成与组成的不确定度
11.3.2非组成输入
对非组成(性质)输入(除摩尔质量外)的标准不确定度估计已在第12章中按具体组分数据编制的 表格中提供,而辅助数据的标准不确定度则列在附录A中。由于缺乏更明确的信息,所有上述数据(除 摩尔质量外)应被视为彼此不相关,即相关系数r(yi,J;)应取一个单位矩阵中的元素。附录B中的公 式就是据此推导的。 就摩尔质量来说,列表里的值不可避免地有着高度的关联性,因为它们是通过有关原子质量的通用 值加和而求得的。关联矩阵r(M;,M,)的每一个元素计算方法如下:
r(M;,M,): ; ·a, ·u"(Ac)]+[b;·b, ·u"(A)]+[c; ·c, ·u"(A~)]+[d, · d, ·u(Ao)]+[e: ·e ·u"(As? u(M.) ·u(M.)
式中: a, b,vcivd,ve
u(Ac)、u(A)、u(An)、u(Ao)、u(As
表1中给出的分子C.H.N.OaS.里的碳、氢、氮、氧、硫 的原子数量。 A.2中提供的碳、氢、氮、氧、硫的原子质量的标准不确 定度。
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uM,)=Va·u(A)]+[b,·u(A)]+[c·u(A)]+[d,·uAo)]+[e,·u(As)]
计算物性Y的扩展不确定度U(Y)时,应将其合成标准不确定度u(Y)乘以合适的包含因子k,其式 如下:
计算物性Y的扩展不确定度UY)时,应将其合成标准不确定度u(Y)乘以合适的包含因子k,其式 如下
当有足够数据时,作为测量结果完整而合适的表示(方法)的一个基本组成部分,应包括其不确定
分析法是利用附录B给出的公式估计不确定度,并应将扩展不确定度圆整至两位有效数字。扩展 不确定度U(Y)的圆整值中,Y的数值至少应有两位有效数字。 计算出的物性值以Y士U(Y)形式报告(包括单位)。 这一方法严格遵循了GUM所规定的程序 最佳的测量结果报告形式还宜包括一个(在估计不确定度时)对摩尔分数相关系数矩阵中T(文;, ,)元素来源的说明,它们是已知的,还是假定它们是一个单位矩阵中的元素,
以通用法估计不确定度时,扩展不确定度也应以标准的圆整规则将其圆整至两位有效数字。Y的 值也应加以圆整,并在扩展不确定度U(Y)的圆整值中以最少的有效数字报告。 本标准的使用者可自行决定是否有必要对每个结果均报告其扩展不确定度U(Y)值,很多情况下, 对类似的结果只要作一个一般性的说明就足够了
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11.6不确定度的应用
在本标准的早期版本中,本章提供了计算相应物性计算值扩展不确定度的方法。此种“孤立”的分 析方法也许完全满足了使用者的要求。 但是,不确定度估计的有效性与适用性经常与其计算条件有关。就此而论,很可能需要识别一系列 完全不同的情况,其中包括(但不限于)下列情况: a)适用性:如果要求以一组已知不确定度的试验气体,验证一台分析设备是否在规格要求的不确 定度下运行;此时应按本章要求计算相关被测量完整的不确定度,即包括组成输人和非组成输 入两部分不确定度。 b) 分析一致性:如果要求验证在同样或类似分析设备上,以同样试验气体得到的两套(或多套) 分析结果的一致性(在一定不确定度范围内),此时,首先应排除每台设备共有的那些不确定度 分量,即非组成(输人)不确定度。具体做法是在有关不确定度计算公式中,将每个非组成不确 定度设定为零,从而使计算结果之间仅有组成输人而导致的差别。 c)外部兼容性:如果要求测试在一系列分析设备上得到的结果之间以及用同样试验气体直接测 量物性得到的结果之间是否具有一致性,此时,涉及分析设备的不确定度应为完整的不确定 度,即包括组成与非组成两部分不确定度分量。 重复性:如果要求测试单独一台分析设备在GUM规定重复性条件下的运行性能,此时,任何 (物性)测量结果的重复性可以由一整套计算出的物性值进行评价。同样也可以用测定每个组 成重复性的途径来估计物性的测量不确定度,此时,应将这些(重复性)数据输人相关的不确定 度计算公式。在此情况下,那些共有的非组成不确定度项应再次设定为零
同计量参比条件下的求和因二 热量的值见表3。
表1天然气组成的摩尔质量及原子数量
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以上给出的摩尔质量值是所涉及元素的原子(相对)质量,按A.1和ISO/TR29922列出数据通过加权求和 得。小数点后面所有位数都保留在表中,即没有圆整到固定的位数(除了空气)。本表没有给出摩尔质量 不确定度,需要时可以用公式(25)计算,
表2天然气各组分在不同计量参比条件下的求和因子
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注:表中给出的s,和u(s,)的值是根据ISO/TR29922中描述的方法得到的,所有值的压力参比条件是po 101.325 kPa(14.696 psi)。
表3天然气各组分在不同燃烧参比条件下的理想气体摩尔发热量的值
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注1:除甲烷(j=1,作为特例在ISO/TR29922中详细讨论)、水(参见注3)和C1~Cl5正烧烃(见ISO/TR29922) 外,所有在t1=25℃状态下的[(H。)』,(t)值均取自参考文献[6」。在t;=20℃、15.55℃、215℃、0℃状 态下的(H。)」;(t)值由在25℃时对应的值使用ISO/TR29922中描述的公式计算得出。 注2:甲烷的u(H,)值取自ISO/TR29922:2017的8.1.5。所有其他组分的u(H。)值根据ISO/TR29922(另外 部分)中描述的方法进行估计。 注3:水蒸气(j三42)的发热量不为零是由高位发热量的定义得出的,该定义要求燃烧产物中所有的水蒸气冷凝 至液态。这样,气体中存在的任何水蒸气的汽化潜热都与混合物的高位发热量有关。这些值在A.4中给 出。可以从ISO/TR29922中查到更完整的解释
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摩尔气体常数R(包括标准不确定度)取自CODATA(国际科技数据委员会)的推荐7,见表A.
表A.1摩尔气体常数
表A.2元素的原子质量
固定标准组分的干空气摩尔质量值可以保留到小数点后5位,见表A.3L3Jg
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表A.3王空气的摩尔质量
列出的标准不确定度仅由摩尔质量构成部分已知的不确定度导出。对组成的不确定度不作任何 即认为空气的组成是准确的。 在4个常用的计量参比条件下,标准组分的干空气的压缩因子值见表A.4。
表A.4不同参比条件下的主空气压缩因子
检测标准表A.5水的标准蒸发烩
附录B (规范性附录) 不确定度计算公式
附录B (规范性附录) 不确定度计算公式
本附录给出的公式应用于以本标准计算出物性的不确定度估计。由于理想气体的性质不太可能作 为附有不确定度的最终结果,故以下公式都专门应用于真实气体。 在某些公式中需要用到理想气体物性参数的不确定度时,可以将其设置为s三0和u(s)三0
高速公路标准规范范本u"(M)=(M: ·M, ·u(x:) ·u(j) ·r(αix;))+ .x,·u(M,)·u(M,).r(M;,M,)) **.. ( B.1
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