【国家标准(GB)】 冷冻烃类流体 静态测量 计算方法

ICS75.060
中华人民共和国国家标准
GB/T24962--2010
冷冻烃类流体
静态测量
计算方法
Refrigerated hydrocarbon liquids-Static measurement-Calculation procedure(ISO6578：1991,MOD)
2010-08-09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
2010-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义与符号
LPG在标准参比温度下的体积
液体质量和在标准参比条件下蒸气体积之间的换算由组成计算液体密度
由组成数据计算发热量
附录A（规范性附录）
附录B（规范性附录）
附录C（规范性附录）
附录D（规范性附录）
附录E（规范性附录）
附录F（规范性附录）
附录G（规范性附录）
参考文献
密度计算常数
LNG组分标准摩尔体积
LNG混合物体积缩小的校正因子
单组分的高位发热量
单组分的相对分子质量和压缩因子计算LPG混合物的摩尔体积和饱和密度的备用公式公式中各组分的临界温度、偏心因子和特征体积GB/T24962—2010
本标准修改采用ISO6578：1991《冷冻烃类流体计算方法》。
静态测量
本标准根据ISO6578：1991重新起草。GB/T24962—2010
本标准与ISO6578：1991的主要技术性差异是在第2章规范性引用文件中用国家标准代替ISO标准。
本标准与ISO6578：1991的主要编辑性差异如下：“本国际标准”一词改为“本标准”；-删除ISO6578：1991的前言，重新编写本标准的前言；.—-修改ISO6578：1991的引言；---第5章至第9章，按GB/T1.1--2000的要求对公式进行统一编号；----删除ISO6578：1991附录F；增加“参考文献”，按GB/T1.1的要求把IS(）6578：1991附录中的参考文献汇兑并统一编号。
本标准的附录A至附录G为规范性附录。本标准由全国天然气标准化技术委员会（SAC/TC244)提出。本标准由全国天然气标准化技术委员会（SAC/TC244)归口。本标准负责起草单位：中国石油西南油气田分公司天然气研究院、中国石油西气东输管道公司南京计量测试中心。
本标准参加起草单位：中国石油西南油气田分公司计量检测中心、中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司、中国海油天然气及发电有限责任公司、中国石油大连LNG项目部。本标准主要起草人：张福元、王劲松、罗勤、国明昌、夏芳、苏运国、郑军、邱惠、钟小木、陈荟宇、赵静。GB/T24962—2010
目前，大量冷冻轻烃流体（如LNG和LPG)的储藏和运输非常普遍。因为这些产品处于低温条件，所以现有测量石油产品的标准不适用，在某些情况下甚至不能采用。对这些产品，应按照本标准提供的程序对原有标准进行替代或修改。在冷冻轻烃流体的销售、采购和处理过程中准确测量是最重要的。贸易交接协议要求静态测量程序标准化，并推荐交接量以质量或能量表示。目前，使用其他单位进行液化石油气（LPG)交接虽予以承认，但不包括在本标准内。
虽然计算静态冷冻轻烃流体量与计算在环境温度下石油产品量的原理基本相似，但由于冷冻轻烃的低温和物理性质导致一些差异。这些差异如下：a）液体产品处于或接近其泡点温度。储存冷冻轻烃流体的储罐总是会通过绝热层产生很小的热传递，从而引起产品连续蒸发。易挥发组分在蒸气相的浓度高于在液相的浓度。为了避免超压，蒸气从储继排出，然后再压缩，冷却和再液化，并回注到储罐中。b)
当液体产品从-个储罐转入另一个储时，在管线和泵工作中产生额外的热量传入，引起在接收储罐中产生更多的蒸发。
对于从一个供应储罐到接收储罐的贸易交接，通常将蒸气返回管线与储罐连接，以避免蒸气进人大气。再液化可避免连接系统压力升高。部分充注后，储罐中液体成分可能接不高温度、密度出现分层。因此，可能需要设置多个温度d)
测量点和-个特殊的采样系统。如果充注操作能保证充分混合，可以减少这些设置。有很多证据表明，在冷冻轻烃储罐的蒸气空间存在很大的温度梯度；且后者不呈线性。如果液e）
位测量设备的读数受液位传感器牵引索收缩程度不同的影响，则必须进行合适的补偿（物理的或通过计算）。
f）冷冻轻烃流体的体积膨胀温度系数较大，其近似值如下：--丙烷，0.20%/℃
-甲烷，0.35%/℃
必须强调的是温度测量误差是量值测量的主要误差部分，因此应更加注意对温度测量设备的选择和使用。
本标准适用于陆地和船上储罐中冷冻液体在其蒸气压力接近大气压下被完全冷冻时的测量。不推荐应用于小包装的冷冻液体，后者可直接称量。计算程序不包括主要由乙烷和乙烯组成的冷冻轻烃液体或压力高于大气压的部分冷冻轻烃液体。当获得更多可靠数据时，会在后续的版本给出。测量程序负责人必须具有丰害的经验和技巧N
1范围
冷冻烃类流体
静态测量计算方法
GB/T24962—2010
1.1本标准规定了冷冻轻烃流体，如LNG(液化天然气)和LPG（液化石油气），将测量条件下的体积换算为标准参比温度和压力条件下等效的液体或蒸气体积，或换算为等效质量或能量（热量)的计算方法。本标准适用于静态储存条件使用液位计测量冷冻轻烃液体在储罐中储存、或从储罐中转移、或转移进入储罐时的计量。
1.2应用这些程序，最后量值表示如下，质量(见注)；
能量(热量)；
在标准条件下等效蒸气体积。
注；目前在实践中测址的是1.PG在空气中的观察质基。使用表1给出的换算因子可以把质量换算成在空气中的观察质量。表1质量与空气中的观察质量的换算因子密度（15C)/（kg/m）
500,0~519.1
519.2~512.1
542.2~567.3
567.4~595.0
595.1~625.5
625.6~659.3
换算肉子
0. 997 75
0, 997 95
0, 998 15
1.3如果需要以标准参比温度下的液体体积表示，在第4章给出了量值的计算程序和关联式。石油产品的标准参比温度为15℃（见IS05024），但是在其他领域也使用其他标准参比温度，如20℃。1.4如果量值计算中，需要产品密度或发热量，可以直接测定或由产品组成分析数据计算得到。第8章和第9章给出这些辅助计算的程序。1.5附录A到F给出了计算程序采用的规范性基础数据和资料。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过在标准中的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T1885-1998石油计量表（eqvIS91-2：1991)GB/T11062--1998天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法（neqISO6976：1995）3术语和定义与符号
3.1术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。GB/T249622010
冷冻烃类流体refrigeratedhydrocarbonliquids储存在接近大气压力下完全冷冻的液体，其主要组成为烃类。3.1.2
液化石油气liquefiedpetroleumgasesLPG
主要由丙烷、丙烯、丁烷和丁烯中的任何一种或它们的混合物组成的液体。3.1.3
质量高位发热量
gross calorific value(specific energy)onmass basis在标准参比温度和压力下，单位质量的蒸气在干空气中完全燃烧所产生的热量。燃烧气体产物恢复到反应物相同的标准参比温度和压力的条件下，但是水凝结为与水蒸汽相平衡的液态水。3.1. 4
体积高位发热量
gross calorific value (specific energy) on volume basis在标准参比温度和压力下，单位体积的蒸气在干空气中完全燃烧所产生的热量。燃烧气体产物恢复到反应物相同的标准参比温度和压力的条件下，但是水凝结为与水蒸汽相平衡的液态水。3.1.5
标准密度orthobaricdensity
在给定温度下，液体与其蒸气相平衡时，单位体积液体的质量。3.1.6
密度计densitometer
一种测量密度的仪器。
体积基（理想）
volumebasis(ideal)
蒸气基于理想气体行为计算的体积。3.1.8
体积基（真实）volumebasis（real）蒸气基于类似超压缩气体行为时计算的体积。3.1.9
压缩因子
compressibilityfactor
在规定的压力和温度下，一定质量气体的真实体积和在相同条件下由理想气体计算的体积之比。3.2符号
下列符号适用于本标准；但有些符号使用在某些方程中时其含义有所限制。在有关方程后给出了限制的含义。
H.m.组分i质量高位发热量，单位为兆焦每于克（MJ/kg)；H，m液体质量高位发热量，单位为兆焦每千克(MJ/kg)；H..组分i（理想气体）体积高位发热量，单位为兆焦每立方米（MJ/m\）；H，vol蒸气在选定的标准参比温度和压力下体积高位发热量，单位为兆焦每立方米（MJ/m\）；m产品交接质量，即液体加蒸气的质量，单位为千克(kg)；mie
液体质量，单位为千克（kg）；M
组分i摩尔质量，单位为千克每千尔(kg/kmol)；Mmix
蒸气混合物摩尔质量，单位为千克每千摩尔（kg/kmol)；标准参比压力，如101.325kPa(1.01325bar)；Pp
储罐内蒸气的压力，单位为千帕(kPa)；以高位发热量为基础的交接净能量，单位为兆焦（MJ)；Q
液体所包含的能（热）量，单位为兆焦（MJ)；Qia
液体温度，单位为摄氏度（℃）；t
T，标准参比温度，如288.15K(15℃）；储罐内蒸气的温度，单位为开尔文(K)；Tvap
液体在温度t时，组分i摩尔体积，单位为立方米每千摩尔（m/kmol)；V.
液体在温度t的体积，单位为立方米（m\）；GB/T24962—2010
在标准参比温度和压力下，理想气体的摩尔体积，单位为立方米每千摩尔（m\/kmol)；V
例如：在P.和273.15K（0℃），理想气体的摩尔体积22.4138m/kmol；在P和T，，理想气体的摩尔体积23.6447m2/kmol。V
储罐内蒸气的体积，单位为立方米（m\）；分别为组分i，j的摩尔分数；
液化天然气(LNG)中甲烷的摩尔分数；F
液化天然气(LNG)中氨气的库尔分数；2
在规定的温度和压力下，组分i的压缩因子；Zui
在已知的温度和压力下，蒸气混合物的压缩因子；液体在温度t的密度，单位为千克每立方米（kg/m\）；其他下标：F和1分别表示两个储罐交接时任一储罐的最末状态或起始状态的计量或产品性质。注：本标准计算可使用的其他单位，量纲一致即可，但是蒸气的温度和压力必须用绝对单位表示。4
LPG在标准参比温度下的体积
冷冻LPG体积换算为标准参比温度和对应平衡压力下的等效体积的程序包含以下方面：观察密度校正到标准参比温度下的密度需要应用大量的换算因子；如对冷冻丙烷60℃温差的a）
影响进行校正是非常必要的。只要LPG含不饱和烃不超过20%，应该使用GB/T18851998中的校正表进行体积校正。如果LPG含有20%或更多的不饱和烃，密度应按照本标准第8章给出的方法计算。
储存冷冻LPG的储罐，其气相空间的等效液体量显著低于常温条件下。因此，由蒸气空间等b）
效液体量引人的误差可以忽略。注1：下面的例子说明使用GB/T18851998标准中的校正表可能引人误差的大小。纯丁烯或丙烯：从一60℃校正到十20℃产生的最大误差约2%。a)
包含大约20%不饱和烃的混合物：20℃温差约产生0.1%的误差。b)
注2：液体在标准参比温度（20℃或15℃)下的蒸气压明显高于大气压的条件可以被认为是一种虚拟条件；只有当用压力（液体）密度计在环境条件下的测定值能以某种程序校正至冷冻温度下的密度值时，才能使用此条件下的液体体积。
5质量
5.1液相的质量
5.1.1按式(1)计算液体的质量：mse - Viap
式中：
-液体质量，单位为千克(kg)；
Vi.-液体在温度t的体积，单位为立方米（m\）；p
液体在温度t的密度，单位为千克每立.方米（kg/m2）。.(1)
GB/T24962—2010
示例：
储罐内LNG液体在-163.5℃的测量体积=45550m在-163.5的密度=468.3kg/m
LNG的质量（m）=45550m2×468.3kg/m2=21.33×10*kg或21.33×10t5.1.2规定温度下的密度用压力密度计（只限于LPG)或其他合适的密度计测量，或由组成分析计算（见第8章）。
5.1.3如果测量密度的实际温度t和储罐内液本体的温度t的差不大于5℃，则观察密度可用式（2)校正到储罐内液本体的密度：
P. = Pr.2 +F(t2 - t,)
式中：
P和Pr.2\——分别为在温度t和t2的密度；（2)
F-用于特定液体的密度校正因子。单位与密度的单位对应，当密度单位表示为千克每立方米，F单位为kg/（m2，℃）。产品
LNG(甲烷质量分数>80%)
液化丙烷（丙烷质量分数>60%）液化丁烷（丁烷质量分数>60%）示例：
F/(kg/(m2.℃))
在t=-161.0C时，LNG密度为464.8kg/m2，求在-163.5℃时LNG密度。把数据代人式(2)得：
P.: = 464.8 +1.4[161. 0 (163.5)]= 464. 8 + 3. 5
= 468.3(kg/m2)
5.1.4冷冻LPG的密度可在标准参比温度（20℃或15℃）下使用压力密度计法测量。液体样品引入密度计钢瓶前，允许在压力下且没有蒸气损失的条件下在接近常温时导人合适的储罐。
5.2气相校正
5.2.1当交接--定量冷冻轻烃时，有必要对接收或交付液体的蒸气所占体积中的液体质量进行校正。假设所有测量都是在气液平衡状态下进行，式(3)适用于交付或接收储罐的计量。交接质量一最终质量一初始质量m
式中：
T × Pt x
Via.FP+Vp.FX
V和β一-在储存温度t状态下液体的体积和密度。Maix.F
（3）
如果储罐内液体密度测量不可行，则不能测量β和1。但可通过测量被交接的液体密度，应用简化式（4)计算交接样品的质量。
m=Viao-
式中：
V=Va.F-Vi.（被交接液体的体积）；P-—被交接液体的平均密度。
对于未装烃类液体和蒸气的接收储罐，式(3)变为4
.（4）
muVis.FP+
GB/T24962-2010
注1：在初始或最终状态下，如果罐内的蒸气体积与液体体积相比可以忽略，或液体体积与蒸气体积相比可以忽略，则可以使用简化式（4）。
注2：因为蒸气的质量与交接的液体质量相比可以忽略，气体组成的准确值和是否考虑压缩因子均无关紧要；理想气体摩尔体积可能不需要修正，蒸气相空间的温度（T.）、压力（P.）、蒸气混合物的摩尔质基（M）和压缩因子（Zm）也可以使用典型值，注3：对于接收储罐的计量，只有当导人液体温度和罐内原有液体温度一样时，式（4)才严格正确。否则，当引人的液体体积和原有体积相等时，对于LNG质量将产生最大误差为0.004%/K。示例1：
从储罐转移LNG
交接的LNG液体在温度t的体积=45550m液体的温度t=-163.5℃
液体在-163.5℃的密度-468.3kg/m交接后蒸气的平均温度=-118℃=155K交接后蒸气的压力=110kPa
假设蒸气混合物摩尔质量为纯甲烷的摩尔质量（见附录13)==16.0430kg/kmol蒸气的压缩因子可取1，合成误差小于0.05%。[450468.3(45 55061
21 331 065 62 355
21 269 ×10°(kg)或 21 269(t)示例2：
从储罐转移LPG
在下列条件下计算一个储错交接LPG质量：X288
初始状态
储罐内液体在15℃的体积/m
液体在15C的密度/（kg/m）
储罐内蒸气的体积/mbZxz.net
储镁内蒸气的温度/K
罐内蒸气的压力/MPa
最终状态
40 000
假设蒸气混合物的摩尔质和液体的摩尔质量相同、压缩因子为1.即：M，=44.153kg/m代人式(3)得
[(4550×507)+(950×28
44.153）7
233~0.,101 3^23.644 7)
44.153）7
(850×507)+(40000×
250*0.1013*
(23 093 850 + 2 338)- · (430 950 +- 95 137)22570×10°(kg)或22570(t)
类似地，如果库存需要能量计量，则考虑整个消耗空间中与蒸气等效的液体。6能量
液体能量按式（6）计
Qg -- m H,..
交接一定量的冷冻轻烃，需对其蒸气占用体积的能录进行校正。假设所有测量都是在气液平衡状态下进行，式（7)适用于输送或接收储罐计量。被交接能量一最终能量一起始能量（6)
GB/T249622010
式中：
T×Pp × H.a.P
Viq.FQpH,.m.F +Vap.F X
T.×Pl × H..
VQ,H...I +V. X
×H..一蒸气在适当的标准参比温度和压力下的体积高位发热量，单位为兆焦每立Hol =
方米（MJ/m）；
如果储罐内液体密度不能测量，即不能使用测量的交接液化密度确定P和，则应用简化式（8)计算输送或接收的净能量。
Q= VPHm-- (V X
式中：
V=Vi.F—Vsa.（即交接液体的体积）；β-交接液体的平均密度。
对于没有烃类液体和蒸气的接收储罐，式(7)变为P
×H,ol
Pe ×Honi
Q=VapH..m +(Vvp.F X
注：见5.2.1注1、注2和注3，但\式（4)\理解为\式(8)”。示例1：
从储罐交接LNG
交接的LNG液体在温度t的体积=45550m液体的温度，t=-163.5℃
液体在-163.5℃的密度=468.3kg/m交接后蒸气的平均温度=-118℃=155K交接后的压力=110kPa
液体质量高位发热量使用9.2示例1的发热量，即H.=54.216MJ/kg（8）
（9）
蒸气混合物体积高位发热量可以采用纯甲烷在101.325kPa和15℃下的体积高位发热量（见附录D)=37.696MU/m蒸气的压缩因子采用1，合成误差小于0.005%。155×101.3×37.696）
（45550×
Q=(45550×468.3×54.216)
=(1156.848×10°)-(3.46×10*)Q=1153.0×10*(MJ)
示例2：
从储罐交接L.PG
在下列条件下计算一个储罐交接LPG的能量：初始状态
储罐内液体在15℃的体积/m
液体在15℃的密度/（kg/m2）
储罐内蒸气的体积/m
储罐内蒸气的温度/K
储内蒸气的压力/MPa
终止状态
液体质量高位发热量使用9.2示例2的发热量，即H，m=50.384MJ/kg蒸气混合物的体积高位发热量可以采用纯丙烷在101.325kPa和15下的体积发热量（见附录D)，即：H，ml93.973 MJ/m
代人式(7)得：
45000..9）
（2500.10193.973）
(850×507×50.384)+(40 000×288×0.112)=(1 163.56 ×10*+0.12 ×10*)(21.72×10°+4.79×105)1 137. 2 × 10* (MJ)
6.3与此类似，如果库存需要能量计量，则考虑整个罐空空间蒸气的能量。7
液体质量和在标准参比条件下蒸气体积之间的换算7.1
GB/T24962—2010
液体质量和在标准参比条件下蒸气所占体积之间的关系式由式(10)或式(11)给出：Vwap
式中：
在规定标准参比条件下的体积。miaV.Zmx
VgMaix
Mis = Z,M,
标准参比条件下蒸气混合物体积的压缩因子-般按如式（13)计算：Zmx = 1 -[Z, (1 Z,)1/2 J
附录E提供了不同组分的Z.值、摩尔质量M,和(1一Z,）/值。示例1：
计算下列组成的蒸气在标准大气压和15℃的压缩因子，计算数据见表2，甲烷
正丁烷
异丁烷
正戊烷
正丁烷
异丁烷
正戊烷
2 - 1 [z, (1 - Z)
1 (0. 052 1)
0. 997 3
90. 0%(mol/mol)
4.9%(mol/mol)
2.9%(mol/mol)
1. 3%(mol/mol)
0.4%(mol/mol）
0.1%(mol/mol)
0. 4%(mol/mol)
表27.2示例1的计算数据
摩尔分数工
(12,)1/2
·（10)
（13)
,(1Z)1/2
0,002 4
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