GB∕T 11062-2020 天然气 发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法 GB∕T11062-2020 标准压缩包解压密码：www.bzxz.net

ICS75.060
中华人民共和国国家标准
GB/T11062—2020/ISO6976:2016代替GB/T11062—2014
天然气
发热量、密度、相对密度和
沃泊指数的计算方法
Natural gasCalculation of calorific values,density,relativedensityandWobbeindicesfromcomposition(ISO6976.2016,IDT)
2020-09-29发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-04-01实施
2规范性引用文件
3术语和定义
符号和单位
方法原理
理想气体与真实气体的性质
摩尔发热量计算
质量发热量计算
体积发热量计算
相关参数的计算
不确定度计算
数据表
附录A（规范性附录）
附录B（规范性附录）
附录C（资料性附录）
附录D（资料性附录）
参考文献
辅助常数的值
不确定度计算公式
换算因子
计算示例·
GB/T11062—2020/ISO6976:201611
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。GB/T11062—2020/ISO6976:2016本标准代替GB/T11062一2014《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》。本标准与GB/T11062一2014相比，主要技术变化如下：修改了标准的范围，细化了内容，将原标准中的“干天然气”修改为“天然气”（见第1章，2014年版的第1章）；
修改了压缩因子计算公式（见6.1,2014年版的4.2）；修改了基础数据，给出了相应的不确定度（见表1、表2、表3,2014年版的表1、表2、表3）；删除了理想气体质量发热量（见2014年版的表4）；删除了理想气体体积发热量（见2014年版的表5）。本标准使用翻译法等同采用ISO6976：2016《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》。与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：-GB/T27894.1一2020天然气用气相色谱法测定组成和计算相关不确定度导则和组成计算（ISO6974-1：2012，IDT）第1部分：总
-GB/T27894.2一2020天然气用气相色谱法测定组成和计算相关不确定度第2部分：不
确定度计算（ISO6974-2：2012，IDT）本标准由全国天然气标准化技术委员会（SAC/TC244)提出并归口。本标准起草单位：中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司天然气研究院、中油国际管道有限公司、中国计量大学、中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院、中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司、艾默生过程控制有限公司。本标准主要起草人：李克、杨放、周理、罗勤、王华青、张洪军、韩中喜、赵晓东、韩敬、王仙之、许战、潘涛、李海伟、唐蒙、许文晓、张思琦。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：-GB/T11062-1989、GB/T11062—1998、GB/T11062—2014。m
1范围
GB/T11062—2020/ISO6976:2016天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法
本标准规定了已知气体摩尔组成时，计算天然气、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、高位沃泊指数和低位沃泊指数的方法。规定了在常用参比条件下计算气体混合物物性参数的方法。
摩尔分数按定义为归一化的结果，可通过ISO6974-1和ISO6974-2中提供的方法完成。计算方法用到的各种纯组分物性参数的值及其不确定度在表格中给出，并给出其来源。同时给出了所计算物性参数值的标准不确定度评估方法。以摩尔、质量或体积为基准的物性参数的计算方法适用于任何关然气、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参数的计算，本方法仅适用于在参比条件下压缩因子天于0.9的混合物。
附录D给出了计算方法的示例。
注1：无量纲分子量在数值上等于摩尔质量（kg·kmol-\)。注2：本标准中描述的方法没有明确地对组成范围进行限制。但是在参比条件下，以体积为基准计算物性参数要求混合物压缩因子大于0.9。
注3：由于水的摩尔分数通常不能从色谱分析中获得，因此通常的做法是先计算干气的物性参数值，然后在单独程序中计算水蒸气的影响。如果水蒸气的摩尔分数是已知的，则可以根据本标准规定的程序计算。ISO/TR29922讨论了水蒸气对直接测量的发热量和计算的发热量的影响。注4：对于C,以上的烃类，检测到任何异构体都包含在相同碳数的正构异构体中。注5：如果需要通过单个虚拟组分替换未分析组分中的C或C,+，使用者可自行设定其尔分数，因此虚拟组分是为了满足特定应用目的。任何“不参与反应水”和“不可燃硫化氢”等就是将其适当的燃烧熔值设定为0的虚拟组分。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本文件。ISO6974-1天然气用气相色谱法测定组成和计算相关不确定度第1部分：总导则和组成计算(Naturalgas-Determinationof compositionand associateduncertaintybygaschromatographyPart l:General guidelines and calculation of composition)ISO6974-2天然气用气相色谱法测定组成和计算相关不确定度第2部分：不确定度计算(Natural gasDetermination of composition and associated uncertainty by gas chromatographyPart2：Uncertaintycalculations)ISO14912：2003气体分析气体混合成分数据的换算（GasanalysisConversionofgasmixturecomposition data)
GB/T11062—2020/ISO6976:20163术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
高位发热量grosscalorificvalue规定量的气体与氧气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t下全部冷凝为液态外，其余所有燃烧产物均为气态。注：上述规定的气体量以摩尔为基准给出时，发热量表示为（H）c（t1，P，）当气体量以质量为基准给出时，发热量表示为（H.)c（ti，pi)；当上述规定的气体量以体积为基准给出时，发热量表示为（H，)c（ti，piit2，p2），其中t，和P2为气体体积计量参比条件对应的温度和压力。3.2
低位发热量netcalorificvalue
规定量的气体与氧气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。注：当上述规定量的气体分别以摩尔、质量和体积为基准给出时，则低位发热量分别表示为（H。)~（t1p），(H.)(tp)和(H,)(tpt2p)。
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。3.4
相对密度relativedensity
在规定的相同参比压力和温度条件下，气体的密度除以标准组成的干空气的密度。注：当气体和空气被认为是符合理想气体定律的理想气体（3.8)时，可使用理想相对密度这一术语。当气体和空气被看做实际流体（见3.9）时，可使用真实气体相对密度这一术语。干空气组成的标准值参见ISO/TR29922。3.5
高位沃泊指数grossWobbeindex
规定参比条件下的高位体积发热量除以相同参比条件下的相对密度的平方根。注：没有明确说明的情况下，沃泊指数一般指高位沃泊指数。3.6
文netWobbeindex
低位沃泊指数
在规定参比条件下的低位体积发热量除以相同参比条件下的相对密度的平方根。3.7
enthalpyoftransformation
状态转化恰
随着一个物质或系统从一种(初始)状态到另一种（最终）状态的变化(转换)所释放的热量。注1：正的热量释放在热力学上可以表示为相等的的负增量。注2：在本标准中，给出以下定义燃烧焰：初始条件是未燃烧的、按化学当量混合的反应物，最终条件是在相同压力和温度下的燃烧产物。一标准汽化焙：初始条件是一个处于饱和状态的液体物质，最终条件是同一物质处于相同温度下假定的理想气体状态。
一焰差：初始条件是在T，温度下的一种气体或气体混合物，最终条件是相同的气体或气体混合物在同样的2
压力下，处于不同的温度T。
GB/T11062—2020/ISO6976:2016残余焰：初始条件是气体或混合物处于假定的理想气体状态，最终条件是同一气体或气体混合物处于相同压力和温度下的真实气体状态。理想气体idealgas
遵守理想气体定律的气体。
注：理想气体定律可以用公式描述为：pVo=R.T
式中：
力——绝对压力；
热力学温度：
-1mol理想气体所占的体积(理想摩尔体积）；R
气体摩尔常数。
真实气体
realgas
偏离理想气体定律的气体。
注：没有一种真实气体能够完全遵循理想气体定律。偏离理想气体定律的气体可用以下状态方程描述：pV=Z(p,T)·R.T
式中：
-1mol实际气体所占的体积（实际摩尔体积）；Z(p,T)
一个变量，一般接近于1，即压缩因子(3.10)。compressionfactor
压缩因子
在规定的压力和温度条件下，给定质量的气体的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。
combustion referenceconditions燃烧参比条件
燃料燃烧时规定的温度t和压力力1。3.12
Fmetering referenceconditions计量参比条件
在测定被烧掉燃料体积时规定的温度t和压力p1。注1：没有任何理由表明计量参比条件必须与燃烧参比相同(见图1)。注2：一定范围的参比条件是世界通用的。注3：使用15.55℃作为与60F对应的摄氏度的简化值。注4：101.325kPa可按下列方法换算为psi(101.325)×(0.3048/12)*/[(0.45359237)×(9.80665)J=14.695949psi该值在实际使用时通常圆整为14.696，相当于101.325kPa。3
GB/T11062—2020/ISO6976:2016氧气
状态下的
状态下的氧气
和气体
释放的热量
测量的气体体积
水在蒸汽状态下的
低位发热量(H、)
状态下的燃烧
水在液体状态下的
高位发热量(H、)
=发热量H
图1计量和燃烧参比条件下的体积发热量4符号和单位
原子质量
分子通式C.H,N.O.S.中碳的原子数量分子通式C.H.N.OaS,中氢的原子数量分子通式C.H.N,OaS,中氮的原子数量密度
分子通式C.H.N,O.S,中氧的原子数量分子通式C.H,N.OaS.中硫的原子数量求Y值的函数
相对密度
摩尔发热量
质量发热量
体积发热量
包含因子
水的(摩尔)汽化焰
摩尔质量
混合物中的组分个数
一组数值中测定值的个数
压力(绝对)
计算Y的精确输入量
摩尔气体常数
相关系数
求和因子
热力学(绝对)温度
摄氏度
Y的扩展不确定度
kg·kmol-1
kg·m-3
kJ·mol-1
MJ·kg-1
MJ·m-3
kJ·mol-1
kg·kmol-1
(变量）
J·mol-1.K-1
(变量）
Y的标准不确定度
摩尔体积
沃泊指数
摩尔分数
一般物理性质
计算Y的非精确输人量
压缩因子
4.2下标
4.3上标
方法原理
高位的（发热量或者沃泊指数）组分计数标识
组分计数标识
连续计数标识
参比（基准）值（压力）
燃烧参比状态
计量参比状态
理想气体状态
GB/T11062—2020/ISO6976:2016单位
（变量）
m\·mol-1
MJ·m-3
(变量）
(变量）
本标准规定了根据已知摩尔组成计算天然气、天然气代用品以及其他相似组分的可燃气体燃料的发热量（高位与低位）、密度、相对密度、沃泊指数（高位与低位）的方法。当这些方法利用公式计算发热量时，首先要根据气体混合物中各组分的摩尔分数，对气体混合物中所有组分按列表所示的理想气体高位摩尔发热量进行加权，然后将所有项相加求得理想状态下气体混合物的高位摩尔发热量。本标准还给出了将高位摩尔发热量转化为理想气体低位发热量，以及转化为以质量为基准或以体积为基准的理想气体高位发热量和低位发热量的有关公式。理想气体密度和相对密度的计算也要用到这些公式。将列表所示的摩尔质量按照气体混合物中各组分的摩尔分数进行加权，各项相加可求得该气体的加权摩尔分子量。本标准给出了将加权摩尔质量转化为理想气体密度与理想气体相对密度的公式。理想气体的密度与相对密度可通过体积校正因子（压缩因子）转换为真实气体的密度与相对密度，本标准给出了相应的计算方法
将理想气体状态下的发热量换算为真实气体发热量的方法稍微复杂一些，应首先对理想气体摩尔发热量进行恰修正（残余焰），得到真实气体摩尔发热量。鉴于本标准的应用范围，这个修正值可以忽略（详见ISO/TR29922)。
由于忽略了恰修正，以摩尔为基准或以质量为基准的真实气体发热量等于相应的理想气体发热量。以体积为基准的理想气体发热量计算真实气体发热量（高位或低位），需要用到体积校正因子（压缩5
GB/T11062—2020/ISO6976:2016因子)。
本标准给出了理想气体和真实气体沃泊指数的计算公式。上述各个计算天然气物性的公式，均可用GUM5提供的更进一步的公式估计其相应的不确定度。ISO/TR29922给出了每个此类不确定度计算公式的详细推导过程。不确定度的计算公式是通过分析灵敏度系数的方法得出的，通过输入量（即纯组分物理性质和摩尔分数）的物性参数计算公式中的偏导数计算方法可知，计算结果的不确定度主要由输入量的不确定度引入。不确定度的影响因素还考虑了组分摩尔分数之间必然存在的相关性，以及组分摩尔质量之间必然存在但影响不明显的相关性（见第11章）。
对于任一物性参数，其总方差（不确定度的平方）由各个独立的不确定来源的方差相加得到，该物性参数的合成不确定度是求和结果的平方根。计算公式见附录B在第12章中，以表格形式列出了天然气中各纯组分在常用参比条件下的相关物性参数的值。附录A给出了辅助常数的量值和相关的不确定度。附录D给出了计算示例。6理想气体与真实气体的性质
6.1燃烧焙
根据热力学第一定律计算发热量的过程中，最基本的物理量是纯组分的理想气体摩尔燃烧熔（理想摩尔发热量，标准值）。这些量是温度的复杂函数，因而与燃烧参比温度t有关。鉴于实用的原因，本标准的使用者无需计算任意燃烧参比温度下的恰的数值，而代之以表格形式给出了t1=25℃、20℃、15.55℃（60F，见3.12注3）、15℃（59F）与0℃时的值。ISO/TR29922中给出了表3中数据的来源。对任何物质，5种参比温度下的值在热力学意义上都是一致的。6.2压缩因子此内容来自标准下载网
计算体积发热量时，由于任何真实气体的体积均偏离理想气体体积，因此应考虑校正问题。在计算密度、相对密度和沃泊指数时，同样要进行校正。ISO/TR29922中详细讨论了体积非理想性校正的背景，并给出了简化计算的原理及其合理性，详见式（1）。体积的非理想性行为校正是通过混合气体的压缩因子Z计算实现的。在计量参比条件下，第9章和第10章中所描述的压缩因子Z的计算公式如下：Z(ta,p2)=1-
()×[2, ·s,(t2po)]
....（1)
当p。=101.325kPa(14.696psi)时，计量参比压力Pz也要相应地表示为同样单位。对涉及N个组分混合物的求和因子式（1）也是有效的。当然，该公式只有在P?处在90kPa～110kPa（P在13.05psi～15.95psi之间)的范围之内才是有效的。而对于本标准所涉及的所有天然气与天然气替代品的组分而言，在常用的四种计量参比温度之下，求和因子值s，（t2，P。）已经在表2中给出。这些值的推导过程在ISO/TR29922中给出。注：式（1)也可以用来计算纯组分的压缩因子，但计算结果的准确度不一定很高。尤其对氢、氮、氛和高级烃类等组分不能提供可接受的值：前面3种气体是由于它们的压缩因子Z大于1，高级烃类则是因为在计量参比条件下并非气态。在超出本标准内容范围时，使用者在应用式（1）前应仔细考虑其适用性。ISO/TR29922还给出几种纯组分（即所谓的永久气体)压缩因子的确定值。7摩尔发热量计算
7.1高位发热量
在已知组成的混合物中，计量温度为t，时，高位摩尔发热量应按照式（2）计算：6
式中：
(H.)%(tr)
(H)c()
(H)c(t))=(H.)%(t)
GB/T110622020/ISO6976:2016
.[(H()
混合气体的理想气体总摩尔发热量；一混合气的真实气体总摩尔发热量；[(H.)],(t,——i组分的总的理想摩尔发热量；i组分的摩尔分数。
注1：「（H)%，的值不受压力影响，因此与燃烧参比压力P,无关，并在命名的术语中省略。（2)
注2：本标准中的天然气与天然气混合物的理想气体摩尔发热量均定义为正值，表3给出的摩尔发热量数值上与标准摩尔燃烧焰相等，但后者习惯上表示为负值（详见3.7)。表3中给出的是=25℃时的[（H，）%7（t）值，这些数值均取自JSO/TR29922中列出的原始文献。表3中所列其他温度下(t)=20℃、15.55℃、15℃和0℃)的[（H)%J,（ti)值，均利用ISO/TR29922中给出的方法，由ti=25℃时的数值计算得到。
7.2低位发热量
在已知组成混合气体中，当计量温度为时，低位摩尔发热量应按照式（3）计算：(H)~(t)=(H.)%(t,)=(H.)&(t))
式中：
一混合气体的理想气体低位摩尔发热量；（H。）（ts）—混合气体的真实气体低位摩尔发热量；L°(t)
一t,温度下水蒸发的标准焰；
组分里每个分子所包含的氢原子数量。.·L()
（3）
L（t)在25℃、20℃、15.55℃（60F）、15℃和0℃下的值在附录A中给出。6,的值在表1中给出。
8质量发热量计算
8.1高位发热量
在已知组成混合气体中，当计量温度为t时，高位质量发热量应按照式（4)计算：(Hm)G(t)=(Hm)(t))=
式中：
以质量为基准的混合物的理想气体高位发热量；(Hm)G(t)-
式中：
以质量为基准的混合物的真实气体高位发热量；混合气体的摩尔质量，在已知组成混合气体中应由式（5)求得：N
j组分的摩尔质量。
（4）
（5）
GB/T11062—2020/ISO6976:2016本标准中用到的每个组分的摩尔质量值都在表1中给出。8.2低位发热量
在已知组成混合气体中，当计量温度为t，时，以质量为基准的低位发热量应按照式（6）计算：(H.)N(t,)
(Hm)n(t)=(Hm)%(t1)=
式中：
(H，)%（t1)——以质量为基准的混合物的理想气体高位发热量；（H.）（t）—以质量为基准的混合物的真实气体高位发热量。9体积发热量计算
9.1理想气体高位发热量
（6）
在已知组成的混合气体中，以t，为燃烧温度，当温度为t2、压力为p时，理想气体高位体积发热量应按照式（7)计算：
(H)8(t1st2+p2) =
式中：
（H,)（t1;t2，p2)——以理想气体体积为基准的混合气体的发热量；Vo
式中：
理想摩尔体积，可由式(8)求得：Vo=R·T2/2
R摩尔气体常数；
T—绝对温度。
9.2理想气体低位发热量
（7）
（8）
在已知组成的混合气体中，以t，为燃烧温度，当温度为t2、压力为力，时，理想气体低位体积发热量应按照式(9)计算：
(H.)%(t）
(H,)%(t1itz,p2) =
式中：
(H,)(t1;t2,p2)-
9.3真实气体高位发热量
以理想气体体积为基准的混合气体的发热量。（9）
在已知成分的混合气体中，以真实气体的体积为基准，当温度为t2、压力为P?时，高位发热量应按照式(10)计算：
(H,)c(titz,p2)=
式中：
(H,)c(t;t2,p2)—
以体积为基准的真实气体的高位发热量；V
混合气体的真实气体摩尔体积，应按照式（11)计算：·（10）
式中：
V=Z(t2,p2).R.T2/p2
Z(t2,P2)——计量参比条件下的压缩因子。GB/T11062—2020/ISO6976:2016(11)
压缩分子Z(t2，p.可以由表2提供的各纯组分的s,（t2，p。）的值和公式（1)进行计算。基于本标准的目的，当Z>0.9的时候该计算结果是有效的。9.4真实气体低位发热量
在已知成分的混合气体中，以真实气体的体积为基准，以t为燃烧温度，当温度为t压力为力时，低位发热量按照式(12)计算：
(H,)(tit2,p2)=S
式中：
(H,)(tiit2,2)—
10相关参数的计算
10.1理想气体相对密度
以体积为基准的真实气体的低位发热量。理想气体的相对密度不受任何参比条件影响，按照式（13)计算：M
式中：
理想气体的相对密度；
据公式（5）计算得出的混合气体的摩尔质量：标准组成的干空气的摩尔质量。.（12)
·（13）
ISO/TR29922讨论了干空气的标准组成，并由此推导出标准组成干空气的摩尔质量为(28.96546±0.00017)kg·kmol-1（见表A.3)。10.2理想气体密度
理想气体的密度依赖于温度t和压力力，按照式(14)计算：D°(t2,p2)=M/Vo
式中：
D(t2,p2)—
计量参比条件下理想气体密度；根据公式（5）得出的混合物的摩尔质量；根据公式（8)得出的混合物的理想摩尔体积。10.3理想气体高位沃泊指数
理想气体的高位沃泊指数应按照式（15)计算：(H,)(t;t2p2)
we(tistz,p2)=
式中：
W%(t1;t2,p2)——理想气体的沃泊指数总值；（H,)（t;t2,2)按照9.1中的公式计算。.（14)
（15）
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