Действующий

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
2.1 высшая теплота сгорания (superior calorific value): Количество теплоты, которое может выделиться при полном сгорании в воздухе определенного количества газа таким образом, что давление , при котором происходит реакция, остается постоянным, а все продукты сгорания принимают ту же температуру , что и температура реагентов. При этом все продукты находятся в газообразном состоянии, за исключением воды, которая конденсируется в жидкость при .
В тех случаях, когда теплоту сгорания определяют на основе компонентного состава газа, выраженного в единицах молярной доли, ее обозначают, как ; когда состав выражен в единицах массовой доли, теплоту сгорания обозначают как .
В тех случаях, когда теплоту сгорания определяют на основе компонентного состава газа, выраженного в единицах объемной доли, ее обозначают как , где и - (измеренные) стандартные условия для объема газа (см. рисунок 1).
438 × 280 пикс.     Открыть в новом окне
Рисунок 1 - Объемная теплота сгорания. Стандартные условия измерений и сгорания
2.2 низшая теплота сгорания (inferior calorific value): Количество теплоты, которое может выделиться при полном сгорании в воздухе определенного количества газа таким образом, что давление , при котором протекает реакция, остается постоянным, все продукты сгорания принимают ту же температуру , что и температура реагентов. При этом все продукты находятся в газообразном состоянии.
Рассчитанное на основе единиц молярной доли, массовой доли и объемной доли компонентов значение низшей теплоты сгорания обозначают, соответственно, как , и .
2.3 плотность (density): Масса газовой пробы, деленная на ее объем при определенных значениях давления и температуры.
2.4 относительная плотность (relative density): Плотность газа, деленная на плотность сухого воздуха стандартного состава (приложение В) при одинаковых заданных значениях давления и температуры. Термин "идеальная относительная плотность" применяют в тех случаях, когда как газ, так и воздух считаются средами, которые подчиняются закону идеального газа (2.7); термин "реальная относительная плотность" применяют в тех случаях, когда как газ, так и воздух считаются реальными средами.
2.5 число Воббе (Wobbe index)*: Значение высшей объемной теплоты сгорания при определенных стандартных условиях, деленное на квадратный корень относительной плотности при тех же стандартных условиях измерений.
_______________
* Число Воббе - характеристика горючего газа, определяющая взаимозаменяемость горючих газов при сжигании в бытовых и промышленных горелочных устройствах, измеряется в мегаджоулях на кубический метр.
2.6 энтальпия перехода (entalphy of transformation): Энтальпия перехода вещества из состояния А в состояние В является термодинамическим обозначением количества выделяемой теплоты, которое сопровождает переход между состояниями. Положительное выделение теплоты условно считается численно равным отрицательному приращению энтальпии. Исходя из этого, величины энтальпии сгорания и энтальпии испарения имеют численно равные значения. Термин "поправка на энтальпию" относится к (молярной) энтальпии перехода между идеальным и реальным состояниями газа.
2.7 идеальный газ и реальный газ (ideal gas and real gas): Идеальный газ - это газ, который подчиняется закону идеального газа
, (1)
где - абсолютное давление;
- объем одного моля газа;
- молярная газовая постоянная в когерентных производных единицах;
- термодинамическая температура.
Реальный газ не подчиняется этому закону. Для реальных газов уравнение (1) следует записать в следующем виде
, (2)
где - переменная, часто близкая к единице и известная как коэффициент сжимаемости (2.8 и Е.2 (приложение Е)).
2.8 коэффициент сжимаемости (compression factor): Действительный (реальный) объем данной массы газа при определенных давлении и температуре, деленный на его объем при тех же самых условиях, вычисленный по уравнению закона идеального газа.
2.9 стандартные условия сгорания (combustion reference conditions): Определенные температура и давление . Они являются условиями, при которых условно сжигают топливо (рисунок 1).
2.10 стандартные условия измерений (metering reference conditions): Определенные температура и давление . Они являются условиями, при которых количество сжигаемого топлива определяется условно, и не существует причины priori считать условия такими же самыми, как и стандартные условия сгорания (рисунок 1).
Примечание 9 - В таблицах 2-5 приведены значения физических величин для компонентов природного газа при разных стандартных условиях измерений*.
_______________
* Стандартные условия для проведения измерений и расчетов, принятые в разных странах, приведены в приложении Р.
2.11 сухой природный газ (dry natural gas): Газ, в котором молярная доля паров воды не превышает 0,00020*.
_______________
* Приведенное в оригинале значение "0,00005" изменено на "0,00020", так как влияние паров воды с молярной долей менее 0,00020 пренебрежимо мало и не отражается на значении и точности определения параметров природного газа.
Примечание - Термин в конкретном толковании применяется только в контексте данного документа.
2.12 расширенная неопределенность (expanded uncertainty): Величина, определяющая интервал вокруг результата измерений, в пределах которого, как можно ожидать, находится большая часть распределения значений, которые с достаточным основанием могли бы быть приписаны измеряемой величине.
Примечание - Относительная расширенная неопределенность представляет собой отношение значения расширенной неопределенности к результату измерений, выраженное в процентах или в долях.

3 Принцип методов вычислений

В настоящем стандарте приведены методы вычисления значений теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе любого природного газа, имитатора природного газа или другого горючего газового топлива, исходя из известного компонентного состава. Свойства газа являются аддитивными; при расчете "суммарного значения" свойства моля идеального природного газа значения термодинамических свойств индивидуальных компонентов берут с весами в соответствии со значениями их молярной доли. Значения теплоты сгорания, рассчитанные на основе значений объемной доли компонентов, затем пересчитывают в значения для реального газа, используя поправочный коэффициент, учитывающий неидеальность газовой смеси (коэффициент сжимаемости смеси).
Примечание 10 - Поправочный коэффициент на энтальпию, который, в принципе, необходим при вычислениях значения теплоты сгорания, считается незначительным во всех реальных случаях.
В настоящем стандарте методы вычисления значений физико-химических показателей качества горючих газов основаны на результатах определения компонентного состава методом газовой хроматографии, позволяющим измерить содержание всех важных компонентов за исключением воды. Поэтому вычисленное значение свойств газа относится к сухому газу. При значении молярной доли водяных паров, превышающем 0,00020, в значения показателей качества сухого газа должна быть внесена поправка в соответствии с рекомендациями приложения F.
В разделе 10 приведены значения физических свойств чистых компонентов природного газа, полученные на основе значений молярной доли, массовой доли и объемной доли для обычно используемых стандартных условий. Примеры вычислений приведены в приложении D.

4 Поведение идеальных и реальных газов

4.1 Энтальпия сгорания

Наиболее важными фундаментальными физическими величинами, необходимыми при вычислении значений теплоты сгорания, исходя из принципа, положенного в основу метода, являются (стандартные) молярные энтальпии сгорания для идеальных газов - компонентов смеси. Эти величины являются сложными функциями температуры; следовательно, необходимые значения зависят от стандартной температуры сгорания . По практическим соображениям предполагается, что сам пользователь не выполняет расчеты, которые дают соответствующие значения молярной энтальпии сгорания при любой произвольной стандартной температуре. Вместо этого приводятся таблицы для температуры 25 °С, 20 °С, 15 °С и 0 °С. В разделе Е.1 (приложение Е) рассматриваются методы получения табличных значений; важно отметить, что все 4 значения для любого вещества термодинамически взаимосвязаны.
Для значения теплоты сгорания, рассчитанного по любому из трех возможных вариантов, в принципе, требуется так называемая энтальпийная поправка для того, чтобы пересчитать энтальпию идеального газа при сгорании газовой смеси в значение, соответствующее реальному газу. Однако она обычно настолько мала, что ею можно пренебречь. Обоснование, подтверждающее это, приведено в разделе Е.3 (приложение Е).

4.2 Вычисление коэффициента сжимаемости

Для значения объемной теплоты сгорания требуется вторая поправка, учитывающая отличие объема моля реального газа от объема моля идеального газа, этой поправкой пренебрегать нельзя. Она требуется также при вычислении значений плотности, относительной плотности и числа Воббе. В разделе Е.2 (приложение Е) приведено обоснование способа введения поправок на объем, обусловленных неидеальностью газа, рассматриваются принципы их введения и применяемые упрощения, которые дают возможность выполнить вычисления без применения компьютерных программ.
Такие поправки на объем, обусловленные неидеальностью газа, вводят с помощью коэффициента сжимаемости . Коэффициент сжимаемости для стандартных условий измерений, рассматриваемых в разделах 5-9, рассчитывают по следующей формуле (или по формуле (Е.17) приложения Е)
227 × 59 пикс.     Открыть в новом окне
, (3)
где суммирование проводят по всем компонентам смеси. Значения так называемого коэффициента суммирования приведены в таблице 2 (раздел 10) для трех стандартных условий измерений, представляющих общий интерес, для всех компонентов природного газа и имитатора природного газа, рассматриваемых в настоящем стандарте. Приведены также значения коэффициентов сжимаемости всех чистых компонентов (или гипотетического коэффициента сжимаемости) , на основе которых были получены значения , исходя из соотношения . Более подробно рекомендации по расчету коэффициента сжимаемости приведены в разделе Е.2 (приложение Е).