【国家标准(GB)】 天然气水含量与水露点之间的换算

ICS75.060
中华人民共和国国家标准
GB/T22634-2008
天然气水含量与水露点之间的换算Conversion between water content and water dew point of natural gas(ISO 18453:2004 Natural gas-Correlation betweenwater content and water dew point,MOD)2008-12-29发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会　
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2009-05-01实施
GB/T22634—2008
2符号、单位、术语和定义
3关联式的开发
应用范围和关联式的不确定度
5关联关系
附录A（资料性附录）
附录B（资料性附录）
附录C（规范性附录）
附录D(资料性附录）
附录E（资料性附录）
附录F（资料性附录）
计算示例
溯源性
热力学原理
单位换算
Bukacek平衡状态下天然气水含量关联式本标准与ISO18453：2004的技术性差异及其原因表2
GB/T226342008
本标准修改采用IS018453《天然气一一水含量与水露点之间的关联》(2004年英文版），同时参考ASTMD1142《通过测量露点获得水蒸气含量的标准测试方法》(1995年英文版）和IGT研究报告8《天然气平衡水含量》(1995年英文版)而成文。本标准根据ISO18453：2004重新起草。考虑到我国法规要求和工业的特殊需要，本标准在采用国际标准时进行了修改。为便于使用，本标准在编辑性、技术性、文本结构上还做了修改。有关技术性差异已编入正文中并在它们所涉及的条款的页边空白处用垂直单线标识。在附录F中给出了这些技术性差异及其原因的一览表以供参考本标准与ISO18453：2004的主要差异如下：-编写规则按GB/T1.1一2000《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》编写；一第1章范围，在ISO18453第1章的基础上，增加标准参比条件的规定；一第2章符号与定义，符号是把ISO18453：2004附录D的下标、符号和单位内容移至本章，并按GB/T1.1一-2000进行必要的修改，定义采用IS018453：2004第2章的内容，删除“常态参比条件”和“溯源性”的定义；一附录D，将ISO18453附录D中符号与定义的内容移至2章，其余部分删除了缩写的内容，并对单位换算相关内容进行完善和细化；一附录E，参考ASTMD1142：1995中的6.3和IGT研究报告8的内容编写；将一些适用于国际标准的表述改为适用于我国标准的表述；一删除ISO18453：2004的前言，修改了ISO18453：2004的引言。本标准的附录C为规范性附录，附录A、附录B、附录D、附录E、附录F均为资料性附录。本标准由全国天然气标准化技术委员会提出。本标准由全国天然气标准化技术委员会(SAC/TC244)归口。本标准主要起草单位：中国石油西南油气田分公司天然气研究院、中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司。
本标准参加起草单位：美国阿美特公司过程和分析仪器部。本标准主要起草人：张福元、罗勤、杨芳、许文晓、黄和、迟永杰、唐蒙。本标准参加起草人：李建颖、张娅娜、何斌。I
GB/T22634-—2008
ISO18453：2004标准提供了天然气中水含量与水露点之间的一个可靠的数学关系式。该计算方法是由GERG'开发的，适用于水含量或水露点的计算。与热力学原理有关的资料在附录C中给出；与其溯源性、应用和不确定度有关的资料在附录B中给出。天然气工业中的某些操作问题可以追溯到关然气中的水含量。即使天然气中的水蒸气含量很低，改变操作压力和温度条件也可能引起水凝析，从而导致腐蚀问题、形成水合物或结冰。为了避免这些问题，天然气公司不得不安装昂贵的脱水装置。这些装置的设计和成本取决于在露点下水含量的准确认识和(合同)所规定的水含量。过去几十年间，由于水分测量仪器的改进而导致仪器的开发注重于水含量的测定，而不注重于水露点。因此，如果测量了水含量，就需要有表达水露点的关联式。GERG认识到，在确认现有的水含量与水露点之间关联式之前，需要为关注范围内大量有代表性的天然气的水含量和对应的水露点值建立全面和准确的数据库。后来证明，这个现有的关联式的不确定度范围可以改善。因此，一个更准确的取决于组成的关联式在这一新数据库的基础上成功地开发出来。ISO18453：2004标准的目的是将由GERG开发的与有代表性的贸易交接天然气中水含量与水露点之间关系（反之亦然)有关的计算过程标准化。为了使本标准更实用，切合我国天然气工业的实际，参考ASTMD1142：1995中的6.3和IGT研究报告8(1995)的内容，增加了附录E“Bukacek平衡状态下天然气水含量关联式”。1GERG是“欧气体研究组织GroupeEuropeendeRechercheGaziere”的缩写。1范围
天然气水含量与水露点之间的换算GB/T22634—2008
本标准确立了当天然气中水含量或水露点其中之一为已知时两者之间一个可靠的数学关系式；并给出了关联式的不确定度，但对测量不确定度不作量化规定。本标准的计算方法，既适用于水含量的计算，也适用于水露点的计算。除特别说明外，本标准采用的体积标准参比条件为：压力为101.325kPa，温度为20℃。2符号、单位、术语和定义
2.1符号与单位
本标准使用的符号与单位见表1。符号与单位
下标c
下标R
下标v
下标W
体积补偿参数
靡尔分数
(绝对)压力
气体常数（0.008314510）
摄氏温度
热力学(绝对)温度
靡尔体积
质量浓度表示的水含量
二元交互作用参数
与物质有关的偏心因子
与物质有关的常数
表示临界点
表示对比条件
表示气相
表示水
ML-I T-2
ML'T- m-I8-1
单位符号
m2/kmol
MJ/kmolK
m2/kmol
注：在查纲”栏中，长度、质盘、时间、摩尔和热力学温度的量纲，分别用L、M、T、m和θ表示术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。2.2.1
correlation
在两个或多个随机变量的分布中两个或几个随机变量之间的关系。1
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工作范围workingrange
关联式确认的参数范围。
扩展工作范围
extended working range
开发时关联式的参数范围，但已超出关联式确认的参数范围。2.2.4
关联式的不确定度
uncertaintyof thecorrelation来自实验数据库计算值的绝对偏差。注：不包括任何现场测量不确定度。2.2.5
偏心因子acentricfactor
表示分子偏心度或非球形度的参数。3关联式的开发
3.1概述
GERG开展了具有商品气特性的天然气水含量与水露点之间进行准确换算的研究项目，并收集了关注范围的露点温度(-15℃～+5℃)和压力(绝压，0.5MPa～10MPa)的几组天然气的水含量和对应的水露点的可靠数据。除了对七个有代表性的天然气进行测量外，还对“甲烷-水”的关键二元系统进行了测量。收集测量数据的程序采用饱和法。用卡尔-费休仪的重复性和再现性的测定值作为所有被测水含量一致性程度的评价准则，只有几个数据不一致，主要位于低含量范围(高压、低温范围）。不一致的数据或者舍弃，或者在少数示例中降低权重。大多数情况下，通过在相同压力和温度条件下完成的重复测量值来替代这些数据。3.2开发
开发的关联式在露点温度范围为一15℃～十5℃，绝对压力范围为0.5MPa10MPa内被确认。用于确认该关联式的有代表性的天然气样品在取样时，技术上不含乙二醇、甲醇和液态烃，并且硫化氢的最高浓度为5mg/m（在标准参比条件下）。没有对这些内含污染物引起的不确定度影响做研究。
开发关联式的热力学背景使其应用范围可能超出工作范围，扩展到温度为一50℃～十40℃和绝对压力为0.1MPa～30MPa的未知不确定度范围。有意地将关联式整理为水含量与水露点之间可以相互换算的关系式，但应该注意这一关联式是用若干个在现场取得的天然气组成样品在实验室条件下推导出来的。在实际的现场操作条件下，会产生明显的附加不确定度。
除了测量换算不确定度外，还应该考虑测量值的不确定度。除非明确规定，体积规定为标准参比条件下的体积。4应用范围和关联式的不确定度
4.1工作范围与不确定度
4.1.1工作范围
本标准的工作范围如下：
a）压力范围：0.5MPa≤≤10MPa；b）露点温度范围：-15℃≤5℃；组成范围：关联式把水含量或水露点和表2给出的组成作为输人参数。c
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该计算方法适用于满足表2所列范围的天然气。附录A给出了组成影响的示例。表2天然气组成范围
化合物
甲烷(CH）
氮气(N,）
二氧化碳（CO2）
乙烷(CHg）
丙烷（C.Ha）
2-甲基丙烷(C,Hio）
注：把Ct作为正己烷来处理。
4.1.2不确定度
在本标准的工作范围内不确定度如下：由水含量计算水露点：士2℃；
由水露点计算水含量：
化合物
正丁烷（CHio）
2,2-二甲基丙烷(C,Hz）
2-甲基丁烷（CsH12）
正戊烷（CsH12）
Ct（己烷和更高烃类的总和)(CgHiu）1）β<580mg/m：0.14+0.021×βw±20（mg/m）；2）β≥580mg/m2：-18.84+0.0537×βw±20（mg/m）。这些公式的应用参见附录B和附录A中的示例。4.2扩展工作范围与不确定度
应用范围的扩展可以在下列范围内外推，但其相关不确定度未知：压力范围：压力的扩展范围是0.1MPa≤p<0.5MPa和10MPa温度范围：露点温度的扩展范围是-50℃≤t<-15℃和+5℃<≤+40℃；组成范围：组成范围与表2相同。5关联关系
5.1概要
关联方法是基于P-R状态方程，见附录C。5.1.1为确保准确计算在冰态和液态之上的水蒸气压，将新α函数分解成两部分，见式(1)和式（2)：温度范围223.15K～273.16K，使用在冰态之上的蒸汽压数据；a）
温度范围273.16K～313.15K，使用液态水之上的蒸汽压数据。b)
α(Tr) = [1+A,(1 - T/2) +A(1 - T/2)? + A(1 - T/2)\?.(1)
式中：
对比温度。
5.1.2新α函数的系数如下：
当223.15K≤T<273.16K时：
1)A,=0.106025;
2)A2=2.683845;
3)A-4.75638。
b）当273.16K≤T<313.15K时：
1）A,=0.905436；
2)A2=-0.213781;
.（2）
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3）A3=0.26005。
对该参数的可靠估算是从一套适当的气-液平衡数据获得的。通过满足特定统计准则获取二元参数k；的最佳参数（通过最小二乘法拟合使目标函数最简5.1.3
化）。对于二氧化碳/水、甲烷/水和乙烷/水的二元系统，有必要引入以温度为函数的交互作用参数，以获得对气-液平衡的满意描述。温度函数式由式(3)给出：kg(T) = kg.o + kg (273.15
（3）
........
kg（T)这一定义的优势在于当温度为0℃时，k（T)等于kg.。对于该关系式的扩展工作范围（-50℃～40℃），二元气水系统的参数最优化。因此不允许对数据外推至扩展工作范围之外。表3列出了纯组分数据，表4为完整的二元交互作用参数汇总。5.2换算
换算可利用根据本标准规定的方法开发的软件进行。5.2.1输入
水含量/水露点关联式的输入参数是：）干气组成（%)；
绝对压力（MPa);
c）水含量（mg/m）或水露点（℃）。5.2.2输出
关联式既可以计算水露点（℃），也可以计算水含量（mg/m\）。表3
水(H20)
氮气(N）
二氧化碳（CO2）
甲烷(CH,）
乙烷(CHe）
丙烷(CHa）
2-甲基丙烷（i-C,Hlo）
正丁烷（n-C,Hi。）
2,2-二甲基丙烷（neo-C,Hi2）
2-甲基丁烷(i-C,H12）
正戊烷（n-CsH12）
正已烷(C.Hu）
组分i
纯组分数据（用于计算的化合物性质）p.(临界压力)/MPa
二元交互作用参数
组分i
二氧化碳
T。(临界温度)/K
组分i
二氧化碳
二氧化碳
二氧化碳
二氧化碳
二氧化碳
三氧化碳
二氧化碳
二氧化碳
二氧化碳
正丁烷
正戊烷
正已烷
2-甲基丙烷
2,2-二甲基丙烷
2-甲基丁烷
二氧化碳
正丁烷
正戊烷
正己烷
2-甲基丙烷
2,2-二甲基丙烷
2-甲基丁烷
正丁烷
正戊烷
正己烷
2-甲基丙烷
2,2-二甲基丙烷
2-甲基丁烷
正丁烷
正戊烷
正己烷
2-甲基丙烷
2,2-二甲基丙烷
2-甲基丁烷
表4（续）
GB/T22634—2008
GB/T22634--2008
组分i
2-甲基丙烷
2-甲基丙烷
2-甲基丙烷
2-甲基丙烷
2-甲基丙烷
正丁烧烷
正丁烷
正丁烷
正丁烷
2,2-二甲基丙烷
2,2-二甲基丙烷
2,2-二甲基丙烷
2-甲基丁烷
2-甲基丁烷
正戊烷
正丁烷
正戊烷
正已烷
2-甲基丙烷
2,2-二甲基丙烷
2-甲基丁烷
正丁烷
正戊烷
正己烷
2-甲基丙烷
2,2-二甲基丙烷
2-甲基丁烷
正丁烷
正戊烷
正己烷
2,2-二甲基丙烷
2-甲基丁烷
正戊烷
正己烷
2,2-二甲基丙烷
2-甲基丁烷
2-甲基丁烷
正戊烷
正己烷
正戊烷
正己烷
正已烷
表4(续)wwW.bzxz.Net
-0. 006 7
-0. 005 6
A.1不同气体组成的水露点计算示例A.1.1输入
β%=60mg/m2（即测量值）
附录A
(资料性附录）
计算示例
注；本附录中的标准参比条件为101.325kPa,0℃。气体组成和压力列于表A.1。
A.1.2输出
水露点温度T列于表A.1(不确定度士2℃)。表A.1不同气体组成的水露点计算示例干气组成y
90%甲烷，8%乙烷，2%丙烷
80%甲烷，13%乙烷，4%丙烷，3%二氧化碳75%甲烷，16%乙烷，4.5%丙烷，4.5%二氧化碳
70%甲烷，20%乙烷，4.5%丙烷，5.5%二氧化碳
不同气体组成的水含量计算示例A.2
A.2.1输入
水露点温度T=一5℃（即合同规定值）气体组成和压力列于表A.2。
A.2.2输出
p(绝对)=2 MPa
p(绝对)=5MPa
β列于表A.2(不确定度的计算见4.1,示例在A.3中给出）。表A.2不同气体组成的水含量计算示例干气组成y
90%甲烷，8%乙烷，2%丙烷
80%甲烷，13%乙烷，4%丙烷，3%二氧化碳75%甲烷，16%乙烷，4.5%丙烷，4.5%二氧化碳
70%甲烷，20%乙烷，4.5%丙烷，5.5%二氧化碳
A.3水含量不确定度的计算示例
p(绝对)=2 MPa
B./(mg/m2)
A.3.1例1:βw=100mg/m2时不确定度的计算p(绝对)=5 MPa
β./(mg/m)
GB/T22634—2008
p(绝对)=8 MPa
p(绝对)=8 MPa
B./(mg/m2)
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