本文件规定了天然气、合成燃料气体和类似混合物在单相状态（均匀气态、液态和稠密态）下的体积性质和热性质计算方法。 注：虽然本文件的主要应用对象是天然气、人造燃料气体和类似混合物，但其所提及的方法也适用于天然气各（纯）组分及与其他二元和多元混合物混合后的混合物的性质的高精度计算（在实验不确定度范围内）。

ICS75.060
cCs E24
中华人民共和国国家标准
GB/T30491.2—2024/IS020765-2:2015天然气
热力学性质计算
第2部分：扩展应用范围的单相
(气相、液相和稠密相)流体性质Natural gas-Calculation of thermodynamic propertiesPart 2:Single-phase properties(gas,liquid,and dense fluid)forextendedranges of application(IS020765-2:2015, IDT)
2024-03-15发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-07-01实施
规范性引用文件
3术语和定义
方法的热力学基础
亥姆霍兹自由能基本方程
由亥姆霍兹自由能导出的热力学性质5计算方法
输入变量
压力到对比密度的转换
应用范围
单纯气体
二元混合物
天然气
状态方程的不确定度
单纯气体性质计算的不确定度..二元混合物性质计算的不确定度天然气热力学性质计算的不确定度其他性质的不确定度
输入变量不确定度的影响
8结果报告
附录A（规范性）符号和单位
附录B（规范性）理想气体无量纲亥姆霍兹自由能附录C（规范性）纯组分的临界参数和摩尔质量值附录D（规范性）剩余无量纲亥姆霍兹自由能附录E（规范性）密度和温度的无量纲函数附录F（资料性）
微量组分的赋值
附录G（资料性）实例
参考文献
GB/T30491.2—2024/ISO20765-2:2015M
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则起草。
GB/T30491.2—2024/IS020765-2:2015第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件是GB/T30491《天然气热力学性质计算》的第2部分。GB/T30491部分：
一第1部分：输配气中的气相性质；第2部分：扩展应用范围的单相(气相、液相和稠密相)流体性质。已经发布了以下
本文件等同采用IS020765-2：2015《天然气热力学性质计算第2部分：扩展应用范围的单相(气相、液相和稠密相)流体性质》。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国天然气标准化技术委员会(SAC/TC244)提出并归口。本文件起草单位：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、中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司实验检测研究院、中国石油大学（北京）、哈尔滨工业大学、国家管网集团联合管道有限责任公司西气东输分公司、中国石油化工股份有限公司天然气分公司、中海油研究总院有限责任公司、国家石油天然气管网集团有限公司油气调控中心。本文件主要起草人：张错、罗勤、周理、韩慧、林青瑾、孟祥娟、袁泽波、张永学、张金亚、姜益强、郑文科、张佩颖、周雷、刘喆、李清平、姚海元、杨毅、刘松、李建刚。Ⅲ
GB/T30491.2—2024/IS020765-2:2015引言
GB/T30491给出了天然气热力学性质的计算方法，主要涉及集输天然气单相（气相、液相、超临界相）热力学性质、天然气气液两相热力学性质、天然气焦耳-汤姆逊系数以及黏度等迁移性质计算。与基于AGA8-92DC状态方程制定的GB/T17747.2和GB/T30491.1相比，本文件推荐方法的适用范围得到了拓展，其压力、温度适用范围拓展至0.0MPa70.0MPa和60.0K～700.0K，摩尔分数的适用范围也得到了拓展，对申烷的摩尔分数低至0.30、氮气的摩尔分数高至0.55、二氧化碳的摩尔分数高至0.30、乙烷的摩尔分数高至0.25、丙烷的摩尔分数高至0.14、氢气的摩尔分数高至0.40和硫化氢的摩尔分数高至0.27的天然气的密度和声速等热力学性质参数均具有不错的计算准确度，适用于不同组成不同相态天然气的热力学性质准确计算，对保障天然气高效开发及集输计量公平公正以及天然气工业的快速健康发展有积极的推动作用。目前，IS020765系列标准已发布第1部分、第2部分和第5部分，第3部分和第4部分仍在制定中，因此GB/T30491拟由以下5部分构成。第1部分：输配气中的气相性质。目的是规定天然气、含人工掺和物的天然气和其他类似混合物仅以气体状态存在时的体积性质和热性质的计算方法。一第2部分：扩展应用范围的单相(气相、液相和稠密相)流体性质。目的是规定天然气、合成燃料气体和类似混合物在单相状态(均匀气态、液态和稠密态下的体积性质和热性质计算方法。第3部分：两相性质（气液平衡状态）。目的是规定天然气、合成燃料气体和类似混合物在气液平衡状态下的两相性质的计算方法。一第4部分：物性值计算天然气性质。目的是规定利用天然气发热量、相对密度等参数获取物性参数的计算方法。
一-第5部分：黏度、焦耳-汤姆逊系数和等熵指数的计算。目的是规定天然气(动力)黏度、焦耳-汤姆逊系数和等熵指数的简化算法。IN
1范围
GB/T30491.2—2024/IS020765-2:2015天然气热力学性质计算
第2部分：扩展应用范围的单相
(气相、液相和稠密相)流体性质本文件规定了天然气、合成燃料气体和类似混合物在单相状态(均匀气态、液态和稠密态）下的体积性质和热性质计算方法。
注1：虽然本文件的主要应用对象是天然气、人造燃料气体和类似混合物，但其所提及的方法也适用于天然气各(纯)组分及与其他二元和多元混合物混合后的混合物的性质的高精度计算(在实验不确定度范围内)。本文件推荐的方法适用于气体混合物的体积性质（压缩因子和密度）和热性质（例如恰、热容、焦耳-汤姆森系数和声速)的计算，在IS020765-1的适用压力、温度和组成范围[1]，本方法的准确度至少与IS020765-1描述的计算方法相当。在某些情况下，如在温度为250K～275K时，本计算方法的计算准确度较IS020765-1显著提升。通常来说，本方法体积性质和声速的计算不确定度小于等于0.1%。本方法的模型结构比IS020765-1提及的更加复杂，也更能准确地描述均质气体、液体、超临界流体（稠密流体）以及气液平衡体系的体积性质和热性质。注2：本文件中提及的所有不确定度均为包含区间为95%的扩展不确定度(包含因子k=2)。在不增加计算不确定度的条件下，本方法也可在IS020765-1不适用的温度、压力和组成范围使用。例如，它适用于甲烷摩尔分数低至0.30、氮气摩尔分数高至0.55、二氧化碳摩尔分数高至0.30、乙烷摩尔分数高至0.25、丙烷摩尔分数高至0.14，以及氢气摩尔分数较高的天然气。该方法还可用于二氧化碳封存中高CO2浓度混合物性质的计算。本文件介绍的混合物热力学性质计算模型在整个流体区域内均适用。由于缺乏高质量的试验测试数据，天然气在液体和超临界流体（稠密流体）区域内的热力学性质参数的计算不确定度尚不能明确给出。对于液化天然气(LNG)，在100K～140K的温度范围内，饱和液体密度的计算不确定度为（0.1~0.3)%，这与测试数据的不确定度相当。对各种二元混合物压缩流体，该模型在压力高达40MPa时，密度的计算不确定度在土（0.1%～0.2%）之内，也与测试数据的不确定度相当。本文件描述的模型是基于二元混合物体系开发的高精度状态方程，是目前用于液相和超临界相天然气热力学性质计算的最准确的模型。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所用的修改单）适用于本文件、
IS07504气体分析词汇(Gas
Analysis—Vocabulary)
注：GB/T14850—2020气体分析词汇(IS07504:2015,IDT)ISo14532天然气词汇(Natural
gas—Vocabulary)
注：GB/T20604—2006天然气词汇(IS014532:2001,IDT)IS020765-1天然气热力学性质计算第1部分：输配气中的气相性质(Naturalgas—Calcula-
tion of thermodynamic propertiesPart 1:Gas phase properties for transmission and distribution ap-GB/T30491.2—2024/IS020765-2:2015plications)
注：GB/T30491.1一2014天然气热力学性质计算第1部分：输配气中的气相性质(IS020765-1:2005,IDT)IS080000-5:2007量与单位第5部分：热力学(Quantitiesandunits—Part5:Thermodynamics）3术语和定义
IS080000-5:2007、IS020765-1、IS07504和IS014532界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
注1：本文件使用的符号和单位列表详见附录A。注2：图1是在温度、压力坐标系下的典型天然气相图，泡点和露点线完全取决于天然气的组分组成。该相图有助于下面定义的理解。
液相区
泡点线
泡点压力bubblepressure
临界点
临界凝析压力
两相区
温度/K
典型天然气相图
露点线
超临界黏
流体状态
临界凝析温度
气相区
在特定温度下，随压力变化，纯液相体系首次出现微小气泡时的气液相平衡压力。3.2
泡点温度bubbletemperature
在特定压力下，随温度变化，纯液相体系首次出现微小气泡时的气液相平衡温度。注1：泡点轨迹称为泡点线。
注2:在特定压力下的泡点温度可能不止一个。此外，3.6中说明了在特定温度下的露点压力也可能不止一个。3.3
临界凝析压力
Jcricondenbar
气液两相共存的最大压力。
临界凝析温度
cricondentherm
气液两相共存的最高温度。
临界点critical point
GB/T30491.2—2024/IS020765-2:2015在气液相平衡边界线上，满足气相和液相具有相同组成和密度的唯一气液相平衡点。注1：临界点是露点线和泡点线的交点。注2：临界点压力为临界压力，温度为临界温度。注3：对于给定成分的混合物，可能有一个、多个或者没有临界点。此外，其相特性可能与图1所展示的有很大不同，例如包含氢、氨的混合物（包括天然气)。露点压力dewpressure
在特定温度下，随压力变化，纯气相体系首次出现微小液滴时的气液相平衡压力。注：在某特定温度下可能存在不止一个露点温度。例如，在300K时气体的等温压缩过程如图1所示：低压时混合物为气体，压力略高于2MPa时混合物中出现液相。随着压力的增加，混合物中的液体增加，但压力的进一步增加会降低液体的量(反凝析)，压力增大到大约8MPa(上露点压力)时，液相消失，混合物变为超临界气相(稠密气相)。在两相区内，混合物组成是一定的，但是共存的气体和液体的组成不同。露点温度dewtemperature
在特定压力下，随温度变化，纯气相体系首次出现微小液滴时的气液相平衡温度。注1：与3.6给出的例子相似，在特定压力下可能存在多个露点温度注2：露点轨迹线称为露点线。
超临界状态
supercritical
混合物处于压力、温度高于临界压力和临界温度的超临界相区，该区域不会发生相态变化4方法的热力学基础
4.1原理
天然气或其他任何混合物的热力学性质可通过其组成进行完全表征和计算。组成以及状态变量（温度和密度）是该计算方法必要的输入参数。而实际上，能获得的可作为输入数据的状态变量一般是温度和压力，因此，有必要首先使用本文件提供的方程选代计算确定密度。本文件给出的状态方程可表示为混合物的亥姆霍兹自由能与密度、温度和组成的函数关系式。均相（单相)气体、液体和超临界流体(稠密流体)的其他的所有热力学性质，都可由亥姆霍兹自由能及其对温度和密度的导数求得。例如，压力与亥姆霍兹自由能对密度（温度不变情况下）的一阶微分线性相关。注：这些方程同样适用于气液两相平衡时的热力学性质参数的计算。额外所需的微分关系式将在IS(020765-3中加以描述。
该计算方法要求提供气体中摩尔分数超过50.0×10-6的所有组分的摩尔组成数据。对典型的天然气，组成分析应包括碳数高达C，或C6的所有烃类、N2、CO2和He。通常，C6以上的烷烃异构体按摩尔质量进行归类，并按正烷烃进行热力学性质参数的计算。对于部分天然气，需考虑Cg、Co、水蒸气和硫化氢等组分。对于人造煤气，需考虑氢气、一氧化碳和氧气等组分。
本方法覆盖了天然气中所有主要成分和常见微量成分的共计21种组分（见第6章），天然气中存在的其余微量组分均可赋值给前述21种组分，然后进行热力学性质参数的计算（见附录F)。3
GB/T 30491.2—2024/ISO 20765-2:20154.2亥姆霍兹自由能基本方程
4.2.1背景
GERG-2008状态方程是2007年[5由德国波鸿大学热力学研究所提出并于2008年[4]更新的一种新的气体状态方程，其适用于计算天然气和其他混合物在更广范围内的体积性质和热性质。该方程改善了AGA8-92DC状态方程对混合气体性质的计算性能，同时也适用于液相、超临界相流体（稠密流体）、气液相边界和两相状态热力学性质的计算。GERG-2008状态方程比AGA8-92DC状态方程适用的温度、压力和组成范围更广。在GERG-2008状态方程中，亥姆霍兹自由能是显式表达的，所有的热力学性质参数均可用亥姆霍兹自由能及其对温度和密度的导数的代数关系式表达。因而采用该方法时，计算程序中无须使用数值微分或积分。
4.2.2亥姆霍兹自由能
对于给定密度p、温度T和摩尔组成x的混合物，其亥姆霍兹自由能a可表示为描述理想气体作用的部分a°和描述剩余或真实气体作用的部分a之和，见方程(1)：a(p,T,元)=a(p,T,z)+a(p,T,z)
4.2.3无量纲亥姆霍兹自由能
通常使用的无量纲亥姆霍兹自由能α=a/(RT）表示如方程(2)：α(8,t,x)=a° (8,T,x)+a'(8,t,x)以上方程中，混合物的对比密度8由方程(3)给出：-www.bzxz.net
混合物对比温度的倒数r由方程(4)给出：T()
式中：
P,和T，是混合物对比密度和对比温度的函数（见4.2.7)，只取决于混合物的摩尔组成。剩余无量纲亥姆霍兹自由能α”由方程(5)给出：α'(0,t,x)=a 。(8,t,x)+△a'(8,r,x)（3
方程(5)中，右式第一项a。表示在纯物质状态方程中的剩余无量纲亥姆霍兹自由能，计算混合物对比密度8和对比温度倒数r时，乘以相应组分的摩尔分数[见方程(8)]。右式第二项△a为偏离函数，是二元混合物偏离函数的二重求和结果[见方程(10)]。4.2.4理想气体的无量纲亥姆霍兹自由能理想气体的无量纲亥姆霍兹自由能a°可由混合物密度p、温度T和摩尔组成元来表示，见方程（6)：Ex;[a(p.T)+Inr;]
a(p.T.x)=
方程（6)中，2x;Inx；表示混合的贡献，ap,T)是理想气体状态下组分的亥姆霍兹自由能的无量纲形式，见方程（7）：
式中：
GB/T30491.2—2024/ISO 20765-2:2015(p)=()+[ ++()+
Zn ln sinh(%)2n lncosh(o. )
p..;和 T．是单纯组分物质i的临界参数(按照附录C)。21种组分的系数n。，和参数9。都在附录B中给出。(7)
注1：本方法并不改变ISO20765-1规定的方法。然而，由于对比温度倒数r定义的变化，ISO20765-1和本文件不可避免地产生了差异。
注2:在状态方程发展过程中，国际公认的标准摩尔气体常数口为R=8.314472Jmol-1-K-l。方程（?是方程
(5)中理想气体热容方程积分的结果，方程(5)中使用了不同的摩尔气体常数，方程(7)中引入了R*R(R*8.31451J·mo1-1·K-1)来消除这种差异的影响，从而保证了理想气体原始热容方程的准确性。4.2.5剩余无量纲亥姆霍兹自由能的纯物质贡献部分混合物的剩余无量纲亥姆霍兹自由能中纯物质的贡献部分α。表示如方程(8)：a(8.t.)
方程(8)中：
（8）
a(o,r)
是组分i的剩余无量纲亥姆霍兹自由能（即表2列出的各纯物质状态方程的剩余部分）由方程(9)得出：
ag(8,)
n品g品e
α。方程的基本结构与附录D中D.2一致，具体细节在D.2中详述，D.2.2中给出了所有21种组分的noi、doi,k、t.k、Coik值。
4.2.6剩余无量纲亥姆霍兹自由能的偏离函数贡献部分当能够采用足够准确的实验数据来表征混合物的热力学性质时，除进行无量纲函数（见4.2.7)的参数拟合外，设置偏离函数也可进一步提高模型描述热力学性质的精度。对所有二元系统的二元特定偏离函数和广义偏离函数进行二重求和即为多组分混合物的偏离函数△a，表示如方程（1）：a(6T.)
Aa(8.t.)-
Aa(8,t,元)
可由方程(11)表示如下：
△a(o,t,x)=x1 x;Fyaf(o,r)
上述方程中，△a(ar)
部分，表示如方程(12)：
ag(o,t)
式中：
仅取决于无量纲混合变量8和r,aj(o,r)n+
是偏离函数△a,(a,r,元)
(10）
n8（12）
适用于特定二元混合物二元偏离函数具有特定系数和指数)或一组二元混合物（具有统a:(o,r)
结构的二元混合物的广义偏离函数)。
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