ISO 20765-1-2005 Natural gas - Calculation of thermodynamic properties - Part 1 Gas phase properties for transmission and distribution applications《天然气 热力学性质计算 .pdf

1、 Numro de rfrence ISO 20765-1:2005(F) ISO 2005NORME INTERNATIONALE ISO 20765-1 Premire dition 2005-09-15Gaz naturel Calcul des proprits thermodynamiques Partie 1: Proprits de la phase gazeuse pour des applications de transport et de distribution Natural gas Calculation of thermodynamic properties Pa

2、rt 1: Gas phase properties for transmission and distribution applications ISO 20765-1:2005(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 t

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7、O dans le pays du demandeur. ISO copyright office 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 Publi en Suisse ii ISO 2005 Tous droits rservsISO 20765-1:2005(F) ISO 2005 Tous droits rservs iii Sommaire Page Avant-propos. iv I

8、ntroduction v 1 Domaine dapplication 1 2 Rfrences normatives 1 3 Termes et dfinitions 1 4 Base thermodynamique de la mthode2 4.1 Principe 2 4.2 quation fondamentale de lnergie libre de Helmholtz. 3 4.3 Proprits thermodynamiques tablies partir de lnergie libre de Helmholtz. 6 5 Mthode de calcul. 9 5.

9、1 Variables dentre . 9 5.2 Conversion de la pression en densit rduite. 10 5.3 Application 10 6 Plages dapplication . 11 6.1 Pression et temprature. 11 6.2 Gaz de qualit rseau. 11 7 Incertitude 12 7.1 Incertitude pour le gaz de qualit rseau. 12 7.2 Impact des incertitudes des variables dentre. 15 8 C

10、onsignation des rsultats dans un rapport . 15 Annexe A (normative) Symboles et units 17 Annexe B (normative) nergie libre de Helmholtz du gaz parfait . 21 Annexe C (normative) quation de lnergie libre de Helmholtz 24 Annexe D (normative) Documentation dtaille de lquation dtat 26 Annexe E (informativ

11、e) Attribution des constituants ltat de traces 32 Annexe F (informative) Application de la mthode. 34 Annexe G (informative) Exemples 37 Bibliographie 44 ISO 20765-1:2005(F) iv ISO 2005 Tous droits rservsAvant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorga

12、nismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Llaboration des Normes internationales 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, gouvernemental

13、es et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. LISO collabore 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 Direc

14、tives ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits techniques est dlaborer les Normes internationales. 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 m

15、oins des comits membres votants. Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent 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 le

16、ur existence. LISO 20765-1 a t labore par le comit technique ISO/TC 193, Gaz naturel, sous-comit SC 1, Analyse du gaz naturel. LISO 20765 comprend les parties suivantes, prsentes sous le titre gnral Gaz naturel Calcul des proprits thermodynamiques: Partie 1: Proprits de la phase gazeuse pour des app

17、lications de transport et de distribution Partie 2: Proprits de la phase unique (gaz, liquide et fluide dense) pour des gammes tendues dapplications Partie 3: Proprits de la phase double (quilibre vapeur-liquide) ISO 20765-1:2005(F) ISO 2005 Tous droits rservs v Introduction La prsente partie de lIS

18、O 20765 spcifie des mthodes pour le calcul des proprits thermodynamiques des gaz naturels, de gaz naturels contenant un adjuvant synthtique et de mlanges similaires. La prsente partie de lISO 20765 compte quatre annexes normatives et trois annexes informatives. NORME INTERNATIONALE ISO 20765-1:2005(

19、F) ISO 2005 Tous droits rservs 1 Gaz naturel Calcul des proprits thermodynamiques Partie 1: Proprits de la phase gazeuse pour des applications de transport et de distribution 1 Domaine dapplication La prsente partie de lISO 20765 spcifie une mthode de calcul des proprits volumtriques et calorifiques

20、 des gaz naturels, de 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 mthode est applicable aux gaz de qualit rseau dans les plages de pression, p, et de temprature, T, auxquelles seffectuent

21、normalement les oprations de transport et de distribution. Pour les proprits volumtriques (facteur de compression et masse volumique), lincertitude de calcul avoisine 0,1 % (intervalle de confiance de 95 %). En revanche, lincertitude de calcul est gnralement plus leve pour les proprits calorifiques

22、(par exemple lenthalpie, la capacit thermique, le coefficient de Joule-Thomson, la vitesse du son). 2 Rfrences 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

23、 dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 31-3, Grandeurs et units Partie 3: Mcanique ISO 31-4, Grandeurs et units Partie 4: Chaleur ISO 7504, Analyse des gaz Vocabulaire ISO 12213-2, Gaz naturel Calcul du facteur de compression Partie 2: Calcul parti

24、r de lanalyse de la composition molaire ISO 14532, Gaz naturel Vocabulaire 3 Termes et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions donns dans lISO 31-4, lISO 7504 et lISO 14532 ainsi que les suivants sappliquent. NOTE Voir lAnnexe A pour la liste des symboles et units ut

25、iliss dans la prsente partie de lISO 20765. 3.1 proprit calorifique caractristique dun gaz ou dun mlange gazeux homogne, qui peut tre calcule partir dune quation fondamentale dtat NOTE Les proprits calorifiques auxquelles la prsente partie de lISO 20765 est susceptible de sappliquer sont lnergie int

26、erne, lenthalpie, lentropie, la capacit thermique isochore, la capacit thermique isobare, le coefficient de Joule-Thomson, lexposant isentropique et la vitesse du son. ISO 20765-1:2005(F) 2 ISO 2005 Tous droits rservs3.2 quation dtat quation mathmatique tablissant la relation entre les variables dta

27、t dun gaz ou dun mlange gazeux homogne NOTE Dans la prsente partie de lISO 20765, il est utile doprer une distinction entre deux types dquation dtat, savoir (1) lquation volumtrique dtat, laquelle tablit la relation entre les variables dtat (pression et temprature) et le volume occup par une quantit

28、 donne de matire, et (2) lquation fondamentale dtat, qui tablit la relation entre la masse volumique, la temprature et lnergie libre de Helmholtz. 3.3 proprit rsiduelle partie dune proprit thermodynamique qui rsulte du comportement non idal (gaz rel) dun gaz ou dun mlange gazeux homogne, cest-dire l

29、a diffrence entre une proprit thermodynamique dun gaz rel ou dun mlange gazeux rel et cette mme proprit thermodynamique pour le mme gaz ou mlange gazeux ltat idal, aux mmes conditions dtat de temprature et de masse volumique 3.4 proprit thermodynamique proprit volumtrique ou calorifique 3.5 proprit

30、volumtrique caractristique dun gaz ou dun mlange gazeux homogne, qui peut tre calcule partir dune quation volumtrique dtat NOTE Les proprits volumtriques auxquelles la prsente partie de lISO 20765 est susceptible de sappliquer sont le facteur de compression et la masse volumique. 4 Base thermodynami

31、que de la mthode 4.1 Principe La mthode spcifie est fonde sur le principe selon lequel le gaz naturel de qualit rseau est totalement caractris pour le calcul de ses proprits thermodynamiques par une analyse des constituants. Ce type danalyse fournit, conjointement avec les variables dtat de tempratu

32、re et de masse volumique, les donnes dentre requises pour cette mthode. Dans la pratique, les variables dtat disponibles sous la forme de donnes dentre sont plus gnralement la temprature et la pression; en loccurrence, il est donc ncessaire de convertir pralablement celles-ci en temprature et masse

33、volumique. Les quations prsentes expriment lnergie libre de Helmholtz du gaz comme une fonction de la masse volumique, de la temprature et de la composition, partir de laquelle il est possible dobtenir toutes les proprits thermodynamiques en termes dnergie libre de Helmholtz et de ses drives par rap

34、port la temprature et la masse volumique. La mthode utilise une analyse dtaille de la composition molaire dans laquelle il convient de reprsenter tous les constituants prsents en des quantits suprieures une fraction molaire de 0,000 05 50 ppm 1)(fraction molaire). Pour un gaz naturel type, cela peut

35、 inclure des hydrocarbures alcanes avec jusqu C 7ou C 8 , ainsi que lazote, le dioxyde de carbone et lhlium. En rgle gnrale, les isomres pour les alcanes au-del de C 5peuvent tre regroups par masse molculaire et traits collectivement comme lisomre normal. Pour certains gaz naturels, il est possible

36、que des constituants supplmentaires les hydrocarbures C 9et C 10 , la vapeur deau et le sulfure dhydrogne, par exemple doivent tre pris en compte. Pour les gaz manufacturs, il convient de prendre en considration lhydrogne et le monoxyde de carbone. 1) Les ppm sont une unit dconseille. ISO 20765-1:20

37、05(F) ISO 2005 Tous droits rservs 3 La mthode utilise plus prcisment une analyse de 21 constituants dans laquelle lensemble des constituants majeurs et mineurs du gaz naturel sont inclus (voir 6.2). Tout constituant ltat de traces prsent mais non identifi comme lun des 21 constituants spcifis peut t

38、re rattribu de manire approprie un constituant spcifi. 4.2 quation fondamentale de lnergie libre de Helmholtz 4.2.1 Rappel Lquation AGA8 1 , spcialement conue pour calculer le facteur de compression avec une grande prcision, a t publie en 1992 par le Transmission Measurements Committee de lAmerican

39、Gas Association. ce propos, lquation a dj t aborde dans lISO 12213-2. Depuis sa publication, il est devenu de plus en plus manifeste que cette quation offre un excellent potentiel pour le calcul de lensemble des proprits thermodynamiques dun gaz naturel, mme si la prcision du calcul na pas fait lobj

40、et dune documentation exhaustive. Pour que lquation AGA8 se rvle utile pour le calcul de toutes les proprits thermodynamiques, deux exigences fondamentales simposent: a) Lquation elle-mme publie lorigine sous une forme uniquement explicite pour les proprits volumtriques doit tre remanie mathmatiquem

41、ent sous une forme explicite pour lnergie libre rsiduelle de Helmholtz. En fait, bien que non publi comme tel, le dveloppement initial de lquation se prsentait comme une quation fondamentale de lnergie libre de Helmholtz. Cette formulation 2est essentielle en ce sens que toutes les proprits thermody

42、namiques rsiduelles peuvent tre calcules partir de lnergie libre de Helmholtz et de ses drives par rapport aux conditions dtat de temprature et de masse volumique. b) Pour le calcul des proprits calorifiques, une formulation est requise pour lnergie libre de Helmholtz du gaz parfait comme une foncti

43、on de la temprature. La plupart des formulations antrieures relatives au gaz parfait taient explicites quant la capacit thermique isobare et, par consquent, la formulation retenue 3, 4doit tre nouveau remanie de sorte tre explicite pour lnergie libre de Helmholtz. Ici aussi, les drives de lnergie li

44、bre de Helmholtz par rapport aux conditions dtat sont ncessaires. Un aspect important des formulations retenues pour les parties idale et rsiduelle de lnergie libre de Helmholtz rside dans le fait que les drives ncessaires au calcul des proprits thermodynamiques peuvent tre nonces sous forme analyti

45、que. Ds lors, il nest pas ncessaire de procder une diffrentiation ou une intgration numrique au moyen dun quelconque programme informatique qui applique ces procdures. Les problmes numriques sont ainsi vits et les temps de calculs, raccourcis. La mthode de calcul dcrite se prte parfaitement un usage

46、 au sein de programmes de simulation de processus et, en particulier, de programmes labors pour les applications de transport et de distribution dun gaz naturel. 4.2.2 nergie libre de Helmholtz Lnergie libre de Helmholtz, f, dun mlange de gaz homogne pression et temprature uniformes peut tre exprime

47、 comme la somme dune partie f odcrivant le comportement dun gaz parfait et dune partie f rdtaillant le comportement dun gaz rsiduel ou rel, selon lquation (1): ( ) ( ) ( ) or , , , f Xf Xf X =+ (1) ISO 20765-1:2005(F) 4 ISO 2005 Tous droits rservsce qui, rcrit sous la forme de lnergie libre rduite sans dimension, = f /(RT), devient lquation (2): ( ) ( ) ( ) or ,