ISO 12213-3-2006 Natural gas - Calculation of compression factor - Part 3 Calculation using physical properties《天然气 压缩因子计算 第3部分 利用物理特性计算》.pdf

1、 Numro de rfrence ISO 12213-3:2006(F) ISO 2006NORME INTERNATIONALE ISO 12213-3 Deuxime dition 2006-11-15Gaz naturel Calcul du facteur de compression Partie 3: Calcul partir des caractristiques physiques Natural gas Calculation of compression factor Part 3: Calculation using physical properties ISO 1

2、2213-3:2006(F) PDF Exonration de responsabilit Le prsent fichier PDF peut contenir des polices de caractres intgres. Conformment aux conditions de licence dAdobe, ce fichier peut tre imprim ou visualis, mais ne doit pas tre modifi moins que lordinateur employ cet effet ne bnficie dune licence autori

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7、Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Version franaise parue en 2009 Publi en Suisse ii ISO 2006 Tous droits rservsISO 12213-3:2006(F) ISO 2006 Tous droits rservs iii Sommaire Page Avant-propos. iv 1 Domaine dapplicatio

8、n 1 2 Rfrences normatives 1 3 Termes et dfinitions 1 4 Mthode de calcul. 2 4.1 Principe 2 4.2 quation SGERG-88 . 2 4.3 Variables dentre . 3 4.4 Plages dapplication . 3 4.5 Incertitude 5 5 Programme informatique . 7 Annexe A (normative) Symboles et units 8 Annexe B (normative) Description de la mthod

9、e SGERG-88. 11 Annexe C (normative) Exemples de calculs 22 Annexe D (normative) Facteurs de conversion 23 Annexe E (informative) Spcifications relatives aux gaz naturels de qualit rseau . 26 Annexe F (informative) Performance sur des plages dapplication plus tendues. 29 Annexe G (informative) Sous-r

10、outine SGERG.FOR en langage Fortran 34 Bibliographie 39 ISO 12213-3:2006(F) iv ISO 2006 Tous droits rservsAvant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Llaboration des Normes internationales

11、 est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. LISO collabore

12、troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles donnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits techniques est dlaborer les Normes internat

13、ionales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des comits membres votants. Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prse

14、nt document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existence. LISO 12213-3 a t labore par le comit technique ISO/TC 193, Gaz naturel, sous-comit S

15、C 1, Analyse du gaz naturel. Cette deuxime dition annule et remplace la premire dition (ISO 12213-3:1997), qui a fait lobjet dune rvision technique. LISO 12213 comprend les parties suivantes, prsentes sous le titre gnral Gaz naturel Calcul du facteur de compression: Partie 1: Introduction et lignes

16、directrices Partie 2: Calcul partir de lanalyse de la composition molaire Partie 3: Calcul partir des caractristiques physiques NORME INTERNATIONALE ISO 12213-3:2006(F) ISO 2006 Tous droits rservs 1 Gaz naturel Calcul du facteur de compression Partie 3: Calcul partir des caractristiques physiques 1

17、Domaine dapplication LISO 12213 spcifie des mthodes pour le calcul des facteurs de compression des gaz naturels, des gaz naturels contenant un adjuvant synthtique et de mlanges similaires dans des conditions telles que le mlange ne peut exister que sous forme gazeuse. La prsente partie de lISO 12213

18、 spcifie une mthode pour le calcul des facteurs de compression lorsque le pouvoir calorifique suprieur, la densit relative et la teneur en dioxyde de carbone sont connus, ainsi que les pressions et les tempratures correspondantes. Lorsque lhydrogne est prsent, comme cest souvent le cas dans les gaz

19、prsentant un adjuvant synthtique, il est aussi ncessaire de connatre la teneur en hydrogne. NOTE En principe, il est possible de calculer le facteur de compression lorsque lun quelconque des jeux de trois paramtres parmi le pouvoir calorifique suprieur, la densit relative, la teneur en dioxyde de ca

20、rbone (les trois paramtres habituels) et la teneur en azote est connu, mais les sous-ensembles comprenant la teneur en azote ne sont pas recommands. La mthode est applicable principalement au gaz de qualit rseau dans les plages de pression, p, et de temprature, T, dans lesquelles seffectuent normale

21、ment les oprations de transport et de distribution, avec une incertitude denviron 0,1 %. Dans le cas dapplications avec des plages plus tendues, lincertitude des rsultats augmente (voir Annexe F). LISO 12213-1 fournit plus de dtails concernant le domaine et le champ dapplication de la mthode. 2 Rfre

22、nces normatives Les documents de rfrence suivants sont indispensables pour lapplication du prsent document. Pour les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 6976:1995, Gaz

23、naturel Calcul du pouvoir calorifique, de la masse volumique, de la densit relative et de lindice de Wobbe partir de la composition ISO 12213-1, Gaz naturel Calcul du facteur de compression Partie 1: Introduction et lignes directrices ISO 80000-4, Grandeurs et units Partie 4: Mcanique ISO 80000-5, G

24、randeurs et units Partie 5: Thermodynamique 3 Termes et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions donns dans lISO 12213-1 sappliquent. ISO 12213-3:2006(F) 2 ISO 2006 Tous droits rservs4 Mthode de calcul 4.1 Principe La mthode recommande utilise des quations bases sur l

25、e concept selon lequel tout gaz naturel peut tre caractris de manire unique pour le calcul de ses proprits volumtriques par un ensemble adquat et particulier de caractristiques physiques mesurables. Ces caractristiques, ainsi que la pression et la temprature, sont utilises comme donnes dentre pour l

26、a mthode. La mthode utilise les caractristiques physiques suivantes: pouvoir calorifique suprieur, densit relative et teneur en dioxyde de carbone. La mthode est particulirement utile dans la situation courante o la composition molaire totale nest pas disponible, mais peut aussi tre prfre en raison

27、de sa simplicit relative. Dans le cas des gaz avec un adjuvant synthtique, la teneur en hydrogne doit tre connue. 4.2 quation SGERG-88 La mthode de calcul qui utilise les caractristiques physiques se base sur lquation du viriel GERG 88 standard (SGERG-88) pour les gaz naturels1, 2, 3 . Lquation du v

28、iriel GERG 88 standard est drive de lquation du viriel GERG 88 matresse (MGERG-88), qui est une mthode de calcul base sur une analyse de la composition molaire4 . Lquation du viriel SGERG-88 partir de laquelle est calcul le facteur de compression Z peut scrire sous la forme de 1 ZBC =+ + 2 mm(1) o B

29、 et C sont fonction des donnes dentre incluant le pouvoir calorifique suprieur, H S , la densit relative, d, les teneurs en composants, autres que des hydrocarbures, la fois inertes et combustibles, du mlange de gaz (CO 2et H 2 ) et de la temprature T; mest la densit molaire donne par ( ) p ZRT = m(

30、2) o Z = f 1 (p, T, H S , d, x CO 2 , x H 2 ) (3) Cependant, la mthode SGERG-88 traite le mlange de gaz naturel de manire interne comme un mlange de cinq composants consistant en un gaz dhydrocarbures quivalent (avec les mmes proprits thermodynamiques que celles de la somme des hydrocarbures prsents

31、), azote, dioxyde de carbone, hydrogne et monoxyde de carbone. Afin de caractriser correctement les proprits thermodynamiques du gaz dhydrocarbures, la valeur calorifique H CHde lhydrocarbure est aussi requise. Par consquent, le calcul de Z utilise Z = f 2 (p, T, H CH , x CH , x N 2 , x CO 2 , x H 2

32、 , x CO ) (4) Afin de pouvoir modliser les mlanges de gaz de cokerie, il est considr que la fraction molaire du monoxyde de carbone prsente une relation fixe par rapport la teneur en hydrogne. Si lhydrogne est absent (x H 2 0,001), paramtrer alors x H 2= 0. Le mlange de gaz naturel est alors trait d

33、ans la mthode de calcul comme un mlange de trois composants (voir Annexe B). ISO 12213-3:2006(F) ISO 2006 Tous droits rservs 3 Le calcul seffectue en trois tapes: Dabord, la composition des cinq composants, dont le pouvoir calorifique suprieur et la densit relative connus peuvent tous deux tre calcu

34、ls de manire satisfaisante, peut tre dtermine partir des donnes dentre par une mthode itrative dtaille dans lAnnexe B. En deuxime lieu, lorsque cette composition est connue, B et C peuvent tre dtermins au moyen des relations indiques galement dans lAnnexe B. Dans la troisime tape, les quations (1) e

35、t (2) sont rsolues simultanment pour met Z au moyen dune mthode numrique adquate. La Figure B.1 montre un schma de principe de la mthode pour calculer Z partir des donnes dentre. 4.3 Variables dentre 4.3.1 Ensemble prfr de donnes dentre Les variables dentre requises pour utilisation avec lquation SG

36、ERG-88 sont la pression absolue, la temprature et le pouvoir calorifique suprieur (base volumtrique), la densit relative, la teneur en dioxyde de carbone et la teneur en hydrogne. Ainsi, les caractristiques physiques utilises dans lensemble des donnes dentre (ensemble A) sont H S , d, x CO 2et x H 2

37、La densit relative se rapporte aux conditions normales (101,325 kPa et 0 C) et le pouvoir calorifique suprieur se rapporte aux conditions normales (101,325 kPa et 0 C) et une temprature de combustion de 25 C. 4.3.2 Autres ensembles de donnes dentre Trois alternatives lensemble prfr de donnes dentre

38、voir 4.3.1) peuvent tre utilises avec lquation du viriel GERG 88 standard: x N 2 , H S , d et x H 2(ensemble B) x N 2 , x CO 2 , d et x H 2(ensemble C) x N 2 , x CO 2 , H Set x H 2(ensemble D) Les autres ensembles de donnes dentre sont pleinement abords dans Technical Monograph TM5du GERG3 . Lutili

39、sation des autres ensembles de donnes dentre fournit des rsultats qui peuvent diffrer au niveau de la quatrime dcimale. La prsente partie de lISO 12213 recommande lutilisation de lensemble des donnes dentre A. 4.4 Plages dapplication 4.4.1 Gaz de qualit rseau Les plages dapplication pour le gaz de q

40、ualit rseau sont celles dfinies ci-aprs: pression absolue 0 MPa u p u 12 MPa temprature 263 K u T u 338 K fraction molaire du dioxyde de carbone 0 u x CO 2u 0,20 fraction molaire dhydrogne 0 u x H 2u 0,10 ISO 12213-3:2006(F) 4 ISO 2006 Tous droits rservspouvoir calorifique suprieur 30 MJ m 3u H Su 4

41、5 MJ m 3densit relative 0,55 u d u 0,80 Les fractions molaires des autres composants du gaz naturel ne sont pas requises comme entres. Ces fractions molaires doivent, cependant, se trouver dans les plages suivantes (le rapport des fractions molaires successives dans la srie des alcanes homologues es

42、t principalement 3:1 voir Annexe E): mthane 0,7 u x CH 4u 1,0 azote 0 u x N 2u 0,20 thane 0 u x C 2 H 6u 0,10 propane 0 u x C 3 H 8u 0,035 butanes 0 u x C 4 H 10u 0,015 pentanes 0 u x C 5 H 12u 0,005 hexanes 0 u x C 6u 0,001 heptanes 0 u x C 7u 0,000 5 octanes plus hydrocarbures suprieurs 0 u x C 8

43、u 0,000 5 monoxyde de carbone 0 u x COu 0,03 hlium 0 u x Heu 0,005 eau 0 u x H 2 Ou 0,000 15 La mthode ne sapplique quaux mlanges ltat gazeux de phase unique (au-dessus du point de rose) dans les conditions de temprature et de pression concernes. Dans le cas des gaz de qualit rseau, la mthode sappl

44、ique pour des plages de temprature et de pression plus tendues mais avec une incertitude plus leve (voir Figure 1). Pour lapplication informatique, la limite infrieure de la temprature est fixe 250 K. 4.4.2 Plages dapplication plus tendues Les plages dapplication soumises essai au-del des limites in

45、diques en 4.4.1 sont pression absolue 0 MPa u p u 12 MPa temprature 263 K u T u 338 K fraction molaire de dioxyde de carbone 0 u x CO 2u 0,30 fraction molaire dhydrogne 0 u x H 2u 0,10 pouvoir calorifique suprieur 20 MJ m 3u H Su 48 MJ m 3densit relative 0,55 u d u 0,90 ISO 12213-3:2006(F) ISO 2006

46、Tous droits rservs 5 Les fractions molaires admises pour les autres composants principaux du gaz naturel sont tendues mthane 0,5 u x CH 4u 1,0 azote 0 u x N 2u 0,50 thane 0 u x C 2 H 6u 0,20 propane 0 u x C 3 H 8u 0,05 Les limites pour les autres composants mineurs du gaz naturel restent celles indi

47、ques en 4.4.1 pour le gaz de qualit rseau. La mthode nest pas applicable en dehors de ces plages; lapplication informatique dcrite dans lAnnexe B ne permet pas de dpasser les limites de composition indiques ici. 4.5 Incertitude 4.5.1 Incertitude pour le gaz de qualit rseau Lincertitude de calcul du facteur de compression Z (pour la plage de temprature de 263 K 338 K) est 0,1 % des pressions allant jusqu 10 MPa et 0,2 % entre 10 MPa et 12 MPa pour les gaz naturels dont x N 2u 0,20, x CO 2u 0,09, x C 2 H 6u0,10