GB/T 11062-1998 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法

GB/'r11062-1998

前言

本标准非等效采用国际标准ISO6976:1995《天然气一发热量、密度和相对密度的计算》。是对

GB11062-89的修订。

本标准与第一版相比，本次修订主要增加了摩尔发热量和质量发热量的计算方法，增加了沃泊指数

的计算方法，为了适应国际贸易的发展需要，增加了术语—燃烧参比条件和计量参比条件。

本标准自实施之日起，同时代替GB11062-89,

本标准的附录A是标准的附录，附录B,附录C、附录D和附录E是提示的附录。

本标准由中国石油天然气总公司提出。

本标准由中国石油天然气总公司规划设计总院归口。

一本标准起草单位:中国石油天然气总公司四川石油管理局夭然气研究院。

本标准主要起草人:唐蒙、夏朝彬。

本标准于1989年3月31日首次发布。

中华人民共和国国家标准

天然气发热量、密度、GB/T11062一1998

neqISO6976:1995

相对密度和沃泊指数的计算方法代替GB11062-89

Naturalgas-Calculationofcalorificvalues,density,

relativedensityandWobbeindexfromcomposition

1范围

本标准规定了已知用摩尔分数表示的气体组成时，计算干天然气、天然气代用品和其他气体燃料的

高位发热量、低位发热量、密度、相对密度及沃泊指数的方法。

本方法同时给出了所计算各物性值的估计的精密度。

用于以摩尔或质量为基准的物性的计算方法适用于任何干天然气、天然气代用品以及通常是气体

状态的其他燃料。对于以体积为基准的物性计算，本方法仅局限于组成中甲烷摩尔分数不小于。.5的气

体。

本标准的表1至表5给出了计算时所需的基础物性值，附录A给出了计算中采用的辅助常数的量

值。

注

1如果气体组成是以体积分数给出，则应该将其换算成摩尔分数(见附录B).然而值得注意的是所换算出的摩尔

分数的不确定度将大于原来体积分数的不确定度.

2就本标准而言.用于加和的各组分摩尔分数应统一到小数点后第四位(0.000”，对于摩尔分数大干。.。。。05的

所有组分均应考虑在内。

3对于所计算的体积发热最，除甲烷外对其余可能出现的各组分的含量也有所限制.通常,N:的摩尔分数不应超

过。.3,CO，和C,H。的卑尔分数均不应超过。.15;其他组分的率尔分数不应超过0.05,

在这些限制条件下，计算值的不确定度应在。.1%之内。

4水燕气对发热量的影响，或者直接进行测量或者通过计算得到，将在附录C中进行讨论。

5为使所描述的计算方法有效可行，气体在所描述的参比条件下必须处于其烃露点之上。

2定义

本标准使用下列定义。

2.1高位发热量superiorcalorificvalue

规定量的气体在空气中完全燃烧时所释放出的热量。在然烧反应发生时，压力户，保持恒定，所有燃

烧产物的温度降至与规定的反应物温度t:相同的温度，除燃烧中生成的水在温度，，下全部冷凝为液态

外，其余所有燃烧产物均为气态.上述规定的气体量由摩尔给出时，则发热量表示为77.(t"P').

当气体量由质量给出时，则发热量表示为介.(tP,).

当上述规定的气体量由体积给出时，则发热量表示为H,[(tP,),V(tz,Pz)7，其中t}和P2为气体

体积计量参比条件。

2.2低位发热量inferiorcalorificvalue

国家质f技术监借局1998一06一17批准1998一12一01实施

GB/T11062-1998

规定量的气体在空气中完全燃烧时所释放出的热量。在燃烧反应发生时，压力P，保持恒定，所有燃

烧产物的温度降至与指定的反应物温度t,相同的温度，所有的燃烧产物均为气态。

当上述规定量的气体分别由摩尔、质量和体积给出时，则低位发热量分别表示为万(ti，P,),介;(t，

PI)和H;仁(tP),V(t,,Pz月。

2.3密度density

在规定压力和温度条件下，气体的质量除以它的体积。

2.4相对密度relativedensity

在相同的规定压力和温度条件下，气体的密度除以具有标准组成的干空气的密度。

2.5沃泊指数Wobbeindex

在规定参比条件下的体积高位发热量除以在相同的规定计量参比条件下的相对密度的平方根。

2.6压缩因子compressionfactor

在规定的压力和温度条件下，一给定质量气体的实际(真实)体积除以在相同条件下按理想气体定

律计算出的该气体的体积。

2.7燃烧参比条件combustionreferenceconditions

指规定的燃料燃烧时的温度t，和压力P,.

2.8计量参比条件meteringreferenceconditions

指规定的燃料燃烧时，计量的温度t,和压力Pze

注6:世界各国目前正在使用的参比条件的范围较广，各参比条件间近似的换算系数见附录De我国目前使用的计

量参比条件与燃烧参比条件相同，均为101.325kPa,200C,

2.9干天然气drynaturalgas

水气的摩尔分数不大于。.00005的天然气。

3方法提要

当已知气体组成时，可用本方法计算任何干天然气、天然气代用品以及其他气体燃料的发热量、密

度、相对密度和沃泊指数。使用本方法时，先对气体混合物中所有组分的理想气体物性值，按各自相应的

摩尔分数进行加权，然后将所有各项加和后便得到理想气体混合物的物性值。对于以体积为基准的物性

值，通过使用压缩因子将其转化为真实气体的物性值。

附录E给出了计算示例。

4理想气体和真实气体的特性

4.1燃烧焙

发热量计算要求的最基础的物理量就是混合物中各气体组分的理想气体(标准)摩尔燃烧焙。所要

求的量值主要取决于燃烧参比温度t,。本标准以表格形式给出这些物理量在温度t:为25"C,20'C,150C

及。℃时的量值。非常重要的一点是对于任何物质，所有这四种温度下的量值在热力学上的意义都是相

互一致的。

对于发热量(摩尔、质量和体积发热量三者中的任何一种)来说，为了将气体混合物的理想气体燃烧

烤换算为真实气体的量值，原则上还需要进行焙修正，然而，这种修正通常可以省略。

4.2压缩因子的计算

考虑到气体的非理想性，在计算体积发热量、密度、相对密度以及沃泊指数时，需要对气体体积进行

修正

对体积非理想性的修正是通过使用压缩因子z.来进行的。在计量参比条件下，在第5至9章中所

描述的计算中要求的压缩因子z二的计算公式如下:

Gs/T11062-1998

Z-(tz,h，一卜啥二，汽·」’…’.············4。·一(1)

式中汽为求和因子，表:给出了本标准考虑的天然气及天然气代用品的所有组分在通常感兴趣

的三个计量参比条件下的求和因子的数值，表2同时给出了所有各纯组分的压缩因子Z,假想压缩因

子)。b，是通过使用关系式氏=1-Z;获得的

5魔尔发热f的计算

5.1理想气体

已知组成的混合物在温度c;下的理想摩尔发热量按式(2)计算

77,(t,)一习z;·7711(ti).·.·············……(2)

式中:N0(tl)混合物的理想摩尔发热量(高位或低位);

H0,(t,)混合物中组分，的理想摩尔发热量(高位或低位);

毛—混合物中组分l的摩尔分数。

表3给出了在t，为250C,200C,15℃及。℃时，组分J的理想摩尔发热量习的数值。

注7;习值不受压力的限制，因此，在理想气体情况下燃烧参比压力P，与用值无关，并在采用的理想气体摩尔发

热量的命名中省略了燃烧参比压力户。

52真实气体

对本标准而言，真实气体摩尔发热量与相应理想气体摩尔发热量在数值上被看作是相等的

注8:由理想气体摩尔发热量精确地计算真实气体摩尔发热量时，要求对混合物进行焙修正计算(见4.1)。对于典

型的夭然气来说，这个修正值是很小的，由此产生的误差不超过50J".01-,(0.005%),常将其忽略不计.

6质l发热f的计算

6.1理想气体

已知组成的混合物在温度t,时的理想气体质量发热量按式(3)计算

介0(t,)=·········….…(3)

"

M--习X鱿:‘···········……(4)

-11

式中:M—混合物的摩尔质量;

M，—组分i的摩尔质量;

z—组分l的摩尔分数;

介(t,)一混合物的理想质量发热量(高位或低位)。

表1给出了本标准涉及到的所有组分的摩尔质量。

式(3)和式(4)表述了计算介，的基本方法，此外，还有一个可供选择的方法，按式(5)计算:

A.I(1,)二云(2;……”·””二”·.…(5)

X鲁)-k-o')

式中:介罗一组分1的理想质量发热量(高位或低位)。

表4给出了介，在四种不同温度，,(250C.20-C,15℃和。℃)下的量值。

由上述两种不同方法得到的Hj值，相差不大于。.01MJ·kg-.

6，2真实气体

对本标准而言，真实气体质量发热量与相应的理想气体质量发热量在数值上被看作是相等的。

GB/T11062-1998

了体积发热t的计算

了1理想气体

已知组成的混合物，在燃烧温度t,，计量温度t2和压力p，时的理想气体体积发热量按式((6)计算

户。[、,‘V(t,IP2)〕一77,(toX石Pz…(6)

』、.12

式中III口V(ts,P2)]—混合物的理想气体体积发热量(高位或低位);

R摩尔气体常数(R=8.314510J·mol-,·K-1)，

T2—绝对温度(T2=t,+273.15),

式((6)表述了计算H。的基本方法，此外，还有一个可供选择的方法，按式(7)计算

H0[t,,V(t2,P2)]=菩毛·H'[t,,V(t2,pz)··········……(7)

式中H,[t,,V(t2,P,)—组分I的理想气体体积发热量(高位或低位)。

表5给出了在不同的燃烧和计量参比条件下的H罗值。

由上述两种不同方法计算出的H“值，相差不大于。.01Mj"m-'o

不2真实气体

气体混合物在燃烧温度t;和压力P,，计量温度t:和压力p:时的真实气体体积发热量按式((8)计

算

:

8).........(

H0[t,IV(t2,P2)I

H[tV(t2,p2)]=

Z,;.(tz.P2)

式中:H[tV(t2,p2)]—真实气体体积发热量(高位或低位);

Zm(t-pa)—在计量参比条件下的压缩因子。

压缩因子Zm,,(t,Pa)，用表:中给出的各组分的求和因子汽按式(1)计算。

8相对密度、密度和沃泊指数的计算

8.1理想气体

8.1.1理想气体的相对密度按式(9)计算:

9).........(

d0一习二，XM;

M.r

式中:d0—理想气体的相对密度;

M;—组分J的摩尔质量;

从ir—标准组成的干空气的摩尔质量。

表1给出了各组分的摩尔质量的数值，表A1给出了干空气的摩尔组成，由此导出的标准组成的干

空气的摩尔质量为28.9626kg·kmol-`,

8.1.2理想气体的密度按式((10)计算:

P、n_:1

P0(t,P)=气二;升共少/J‘.孟以.·.···..……(10)

八.t‘

式中:p0(t,P)—理想气体的密度;

R-摩尔气体常数;

T—绝对温度。

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8门.3理想气体的沃泊指数按式((11)计算

H:Ct,,V(ti,pz)]

w0Ct,,V(t,,P,)刁=·…(11)

了d0

式中W—“理想气体的沃泊指数;

H0.—按7.1的公式计算。

8.2真实气体

8.2.1真实气体的相对密度按式(12)计算:

d0.Z.i,(t,P)

d(t,p)(12)

Z,..(t,P)

式中:d(t,p)-真实气体的相对密度;

Zm.二((t,p)—气体的压缩因子;

Z-(t,P)—标准组成的干空气的压缩因子。

Z-(t,p)用表:给出的各组分的求和因子Vb,按式(1)计算,Z.n(t,p)的数值如下

7..;,(273.15K,101.325kPa)=099941

7.;,(288.15K,101.325kPa)=0.

99958

7a(「293.15K,101.325kPa)=099963

8.2.2真实气体的密度按式(13)计算

_，_、_p0(t,p)

尸-P,一币，一万二，下又一(13)

‘m,.ki,YI

式中:爪t,p)—真实气体的密度。

8.2.3真实气体的沃泊指数按式(14)计算

H.[t,,V(tmop})

w[t,,V(tz,pz)〕二…(14)

,,ld(t2,P2)

式中:W—真实气体的沃泊指数;

H.—按7.2的公式计算

注s:在本条描述的各种计算中，在单位的使用上应加以小L`，特别是密度的计算.摩尔气体常数R的单位以1

mol一’·K-'表示，压力P以kPa表示，摩尔质量M以kg·kmol-，表示，密度p通过计算自动导出Si单位，

kg·m一3表示

9精密度

计算获得的物性值的精密度完全由分析过程中的随机误差引起，每个计算获得的物性值的精密度

主要取决于分析数据的精密度，可用重复性和再现性来表示。

9.1重复性的估算

在置信水平为95%时，物性值的重复性按式(15)计算:

一

},nY(-;-1Y),1’

式中AY—物性值Y的重复性;△一‘!

Y—由气体第i次分析所计算的物性值;

Y，个Y值的算术平均值。

当分别用H,M,d,p和W替换式(15)中的Y，可计算得到重复性△H,AM,Ad,Ap和△Wo

在置信水平为95%时，物性值的重复性也可由分析数据直接计算得到。

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a)当除甲烷外的所有组分均被分析，甲烷((J=1)的浓度由差减法计算得到时，则发热量的重复性

AH按式(16)计算:

一

Am_一{Y[oz;·(H，一H;)]'}。s

式中:AHmi.—计算的混合物理想气体发热量的重复性(摩尔或体积发热量);

Ax,-N个组分的混合物中组分J摩尔分数的重复性;

H0,—组分I的理想气体发热量;

H0,—甲烷的理想气体发热量。

卜)当包括甲烷在内的所有组分都被分析时，则

一

AHm;，一{习CAz,·(H;一H'j.)I')'’

式中尽管H-o是使用归一化之后的摩尔分数z，计算得到的，而Azi则是组分J的摩尔分数在归

化之前的重复性。

相对密度的重复性Ad和密度的重复性△P可分别按式(18)和式(19)计算:

△M

Oa=;气二-(18)

八夕.r

△，一ARM""Tp……(19)

式中△M是天然气的平均摩尔质量M的重复性，计算如下:

对情况a)

AM一{艺[AX,·(M，一M,)]I(20)

对情况b)

AM一{名adz;·(M,一M)]x(21)

式中:M;—组分1的摩尔质量;

M,—甲烷的摩尔质量。

沃泊指数的重复性△W可按式(22)计算

广，△月、..Ad,.I'-'

一

△W=Wlc-1“十l厂I

叮笼护‘到1

.‘11曰

9.2再现性的估算

在置信水平为95%时，发热量、相对密度、密度及沃泊指数的再现性OH,Ad,Ap和△W可按式

(15)计算，其中△Y视为Y的再现性，也可按式(16)至式(22)来计算，式((16)、式(17)、式(20)和式(21)

中的AX和Ax;视为摩尔分数x，的再现性。

10准确度

计算的物性值的绝对准确度，可通过三个独立来源的系统误差的合成来得到，即:

a)在表1至表5中给出的基础数据的不确定度，

b)使用上述数据的计算方法的偏差;

c)作为方法输入值的分析数据的不确定度。

经验表明，对在此考虑的物性值的相对不确定度的影响，主要来自分析数据的不确定度，而基础数

据的不确定度和计算方法的偏差对相对不确定度的贡献值则非常小。来自基础数据不确定度的贡献值

预期小于。.05%，而来自计算方法偏差的贡献值则小于。.015%。与一个含有12至20个组分的典型天

飞通9

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然气混合物的分析数据的不确定度相比，基础数据不确定度的贡献值及计算方法偏差的贡献值则可忽

略不计。

11结果的表示

对每一个物性值所给出的有效数字的位数应反映出该物性值预期的计算准确度。计算结果的报告

不应优于下列有效位数的水平。

发热量

摩尔发热量:0.ofk1·mol-'

质量发热量:。.ofMJ·kg-'

体积发热量:。.01MJ·m-s

相对密度:0.0001

密度:0.0001kg·m-s

沃泊指数:0.01MJ·m-a

应特别注意分析数据在事实上能否达到预期所给出的有效位数的水平，如果不能，则所给出的有效

数字的位数也应相应地减少。

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表1天然气各组分的摩尔质量

摩尔质量摩尔质量

组分

kg·kmol-'一组·kg·kmol-

1甲烷16.04331乙基环戊烷98.188

2乙烷30.07032环己烷84.161

3丙烷44.09733甲基环己烷98.188

4丁烷58.12334乙基环己烷112.215

52一甲基丙烷58.12335苯78.114

6戊烷72.15036甲苯92.141

72一甲荃丁烷72.15037乙笨106.167

82,2二甲基丙烷72.15038邻二甲苯106.167

9己烷86.17739甲醉32.042

102甲基戊烷86.17740甲硫醉48.109

n3一甲荃戊烷86.17741氢气2.0159

122,2一二甲基丁烷86.17742水18.0153

132,3一二甲签丁烷86.17743硫化氢34.082

14庚烷100.20444氮17.0306

15辛烷114.23145氛化氢27.026

16壬烷128.25846一氧化碳28.010

17癸烷142.28547硫氧碳60.076

18乙烯28.05448二硫化碳76.143

19丙烯42.08149氮气4.0026

201一丁烯56.10850氖气20.1797

21顺-2一丁烯56.10851盆气39.948

22反一2一丁烯56.10852氮气28.0135

232一甲基丙姗56.10853氧气31.9988

241-戊烯70.13454二筑化碳44.010

25丙二烯40.06555二氧化硫64.065

261,2-T--烯54.09256一氧化二氮44.0129

271,3一丁二姗54.09257氮气83.80

28乙快26.03858低气131.29

29环戊烷70.134空气28.9626

3。甲墓环戊烷84.161

注由下列主要涉及元索的相对原子质f计算得到的相对分子质A在数值上与摩尔质盘是相等的，其中，括号

内的数字是所引用的相对原子质t在最后一位上的不确定度。

C12.011(1)tH1.00794(2);015.9994(3),

N14.00674(7),S32.066(6)

对于含有碳和/或硫元素的化合物，导出的卑尔质t已修约到小数点后第三位，而对于其他化合物则给到

小数点后第四位，标准组成的干空气的摩尔质蚤同样给到小数点后第四位.

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表2天然气各组分在不同计量参比条件下的压缩因子和求和因子

00C,101.325kPa15`C,101.325kPa200C,101.325kPa

组分

Z下Z、厅2丫丁

1甲烷0.99760.04900.99800.04470.99810.0436

2乙烷0.99000.10000.99150.09220.99200.0894

3丙烷0.97890.14530.98210.13380.98340.1288

4丁烷0.95720.20690.96500.18710.96820.1783

52一甲基丙烷0.9580.20490.9680.17890.9710.1703

6戊烷0.9180.28640.9370.25100.9450.2345

72一甲基丁烷0.93770.25100.9480.22800.9530.2168

82,2二甲基丙烷0.9430.23870.9550.21210.9590.2025

9己烷0.8920.32860.9130.29500.9190.2846

102一甲基戊烷0.8980.31940.9140.29330.9260.2720

n3一甲基戊烷0.8980.31940.9170.28810.9280.2683

122,2一二甲基丁烷0.9160.28980.9310.26270.9350.2550

132,3一二甲基丁烷0.9100.30000.9250.27390.9340.2569

14庚烷0.8300.41230.8660.36610.8760.3521

15辛烷0.7420.50790.8020.44500.8170.4278

16壬烷0.6130.62210.7100.53850.7350.5148

17癸烷0.4340.75230.5840.64500.6230.6140

18乙烯0.99250.08660.99360.08000.99400.0775

19丙烯0.9810.13780.9840.12650.9850.1225

201一丁烯0.9650.18740.9700.17320.9720.1673

21顺-2一丁烯0.961