ГСССД 289-2013
Таблицы стандартных справочных данных. Теплофизические свойства газового конденсата Уренгойского месторождения на линии начала кипения (линии насыщения) и в жидкой фазе в диапазоне температур 250…600 К при давлении до 60 МПа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА СТАНДАРТНЫХ СПРАВОЧНЫХ ДАННЫХ (ГСССД)

УДК 547.216:536.7

ТАБЛИЦЫ СТАНДАРТНЫХ СПРАВОЧНЫХ ДАННЫХ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА УРЕНГОЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ЛИНИИ НАЧАЛА КИПЕНИЯ (ЛИНИИ НАСЫЩЕНИЯ) И В ЖИДКОЙ ФАЗЕ В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР 250.. .600 К ПРИ ДАВЛЕНИИ ДО 60 МПА

ГСССД 289 - 2013

Москва-2013

РАЗРАБОТАНЫ ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» с участием специалистов Российского Государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина докт. техн. наук Григорьева Б. А., докт. техн. наук Герасимова А. А, докт. техн. наук Григорьева Е. Б.

ОДОБРЕНЫ экспертной комиссией в составе:

д-ра техн. наук А. Ф. Богатырева, д-ра техн. наук М.И. Левинбука, канд. физ.-мат. наук Е. Е. Еородецкого, канд. техн. наук. Ю. В. Мамонова.

ПОДГОТОВЛЕНЫ к утверждению Российским научно-техническим центром информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия (ФЕУП «СТАНДАРТИНФОРМ»)

УТВЕРЖДЕНЫ Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии «31» октября 2013 г. (протокол № 3)

2

В таблице Р1 приведены рассчитанные значения энтальпии Н’ газового конденсата на линии начала кипения (стандартная неопределенность расчетных значений составляет 2,73 кДж/кг).

4.1.5 Энтропия газового конденсата на линии начала кипения S' рассчитывалась по формулам (12) и (13) [1, 6]:

|s_c-₁S^)-(₁S' -iS⁰|/i?=.s'₁(l-r)/r+.s'₂(l-r)²/r+.s'₃(l-r)^’ /r+^s₄(l-r)/r+s₅(l-r)²/r+s₆(l-r)^ /r|, (12)

где S]= 2,03515; sr= -6,001; sj= 2,26998; S4= -9,5620; s₅= 14,830; s₆= 9,25085; fio= 0,332; Д₇= 0,409.

(s_c - S° )/R = 7,5259 -19,4864® + 42,21® ² ,    (13)

где S_c, кДж/(кг-К) - значения энтропии в критической точке;

S⁰ и 8_с°кДж/(кг-К) - значения энтропии в идеально-газовом состоянии соответственно при температуре Т и критической температуре Т_с.

В таблице Р1 приведены рассчитанные значения энтропии S' газового конденсата на линии начала кипения (стандартная неопределенность расчетных значений составляет 0,09 кДж/(кг-К)).

т

4.1.6 Энтальпия AH_V парообразования газового конденсата при постоянной температуре рассчитывалась по формуле (14) [1, 6]:

АН у / RT_C = 7,086(1-г)⁰’³⁴⁹ +12,04ю(1 -г)⁰’⁴⁴⁶ ,    (14)

В таблице Р1 приведены рассчитанные значения AH_V^T. Стандартная неопределенность расчетных значений составляет 1,50%.

4.1.7 Энтропия AS_V^T парообразования газового конденсата при постоянной

12

K=l,38054-10'²³Дж/к; Р_рс, Н/м²; Т_рс, К.

Безразмерные значения □ _{0 6}* аппроксимированы уравнением

<То,₆ =ехр s₀ +5₁М/100 + 5₂(/?4°)³ + я_ъ\0\п{[1²п)+s_aY + s₅Y(k_w-10) _?    (21)

(20    20    i

ⁿD ~ Ра у М; Re- удельная рефракция

по Эйкману;

s₀= 9,774502; _Sl= 0,1631078; s₂= 1,124604; _Sf= -0,5296408;^= -0,8197291; s$⁼ 0,2082522.

В таблице Р1 приведены рассчитанные значения □' газового конденсата. Стандартная неопределенность расчетных значений составляет 1,60%.

4.1.9 Коэффициент динамической вязкости на линии начала кипения ц' рассчитывался как среднее результатов полученных по формулам (22) [1, 24] и

(33) [1,25]:

1П77* =A + (B_q +В_х 1т)(р₍ !{(p-(pi).

где ц- приведенная вязкость; т = Т/Т_рс; (р = V/V_pc; (p_t = Vi/V_pc; Т_рс, Vj* - значения псевдокритических соответственно температуры и молярного объема.

Приведенная вязкость рассчитывается по формуле

(23)

где rj - коэффициент динамической вязкости на линии начала кипения, МПа с; rf коэффициент динамической вязкости разреженного газа МПа с; М - масса

14

киломоля, кг/кмоль.

Вязкость разряженного газа при т < 1,5 определяется по формуле Стила и

Тодоса

7/V = 1,5643 г0’94,	(24)
где % = Tlpc /Myi / Р2/с3 - комплекс Камеринг-Онесса [20, 27]
Коэффициенты уравнения (22) рассчитываются по двух	параметрическим
зависимостям вида
A=Z0 +ZlY+Z2Y2 +Z3Kw +Z4Y/(Kw -9),	(25)
щ =Z0 +ZxY+Z2Y2 +Z3Kw +Z4Y /{kw -9) 5	(26)
Bq =Zq +Zjfi>+Z2<y2 +Z3KW +Z4co/(Kw —9) ?	(27)
B\ =Zq +ZjftM-Z2#>2 +Z3KW +Z4(d/(Kjp ~9),	(28)
где Kw - фактор Ватсона; Y - характеристический комплекс, учитывающий
ацентричность молекул
Кш = 1,21б(7'6у)1/3 / рЦ ,	(29)
Y = 100 [(«*> У -1](«“ - pf ),^pf (»d + ОТ)],	(30)

где Р 4° ,^п d - соответственно относительная плотность и показатель преломления при температуре t = 20°С;

где 7^ - Т ITg ; р^= р! ; р_х= 0,1 (у ^) ; Т ^ - температура фиксированного значения приведенной вязкости; р - плотность при температуре Т, кг/м³; Р г плотность, кг/м³ при температуре ^,Ки давлении Р_рс, МПа.

Расчет температуры проводится по двух параметрическому уравнению

77/Т_вс = 0,6592591 - 0,1 7095977 - 0,01 088077К^ -

„    (35)

-0,0721121Y /(К _w - 9)+ 0,10778437 ² +0,022601 9 (М /100),

где Y - характеристический комплекс, определяемый по формуле (30); К_м, -фактор Ватсона, определяемый по формуле (29).

Коэффициенты А, В, С, D в (33) зависят от индивидуальных свойств жидкости и определяются по соотношению

^F = /о + /+ + Л (K-w 1 Ю)+ Л (К_я /10)² ,    (36)

Значения коэффициентов уравнения (33), аппроксимированных зависимостью (36) представлены в таблице 3.

Таблица 3

Значения коэффициентов уравнения (33), (36)

Коэффициент fo fi /2 fs А -75,095609 7,7282428 139,27582 -61,990086 В 131,62054 -10,954723 -231,37228 102,94091 С -48,221585 3,2622499 84,669971 -37,267337 D -24,118043 0,05563355 41,902559 -18,234842

В таблице Р1 приведены значения ц газового конденсата на линии начала

кипения.

Стандартная неопределенность расчетных значений составляет 8,5%.

4.1.10 Коэффициент теплопроводности X на линии начала кипения рассчитывался как среднее результатов полученных по формулам (37) [26], (38), (42) [1,3, 5].

1 2

^Л' = X £^a9^T'^AJ,    (37)

/=0 7=0

где г = Т/Т_Рс, А - определяющий критерий подобия Филиппова [56, 61, 62, 66].

А = ЮОлт = 0,625 ,    (38)

Коэффициенты уравнения (37) представлены в таблице 4.

Таблица 4

Значения коэффициентов a_fj уравнения (38)

i	j = o	J = 1	j = 2
0	0,185670	-0,037531	0,032386
1	-0,128972	0,031435	-0,032526

Формулы (39) и (42) представляют собой результат близких по точности методик, разработанных авторами [1,3,5] .

Первая форма уравнения имеет вид

(39)

дд* ₌ Qp/ +С₂Рл ^/тх +С3Р1 ^/тА² +С₄Рл*²

1 ⁺ С₅р_х /гх

18

где АЛ ={л-Я°]к_х-10⁴ ; А_л = 1/(г^1/2М^1/6/?^2/3); Я, Я⁰ , Вт/(м-К); Рх*=Р^/Рх\

^ л =Т/Т_Л.

Температура фиксированного значения теплопроводности рассчитывается по уравнению

Т_х !Т_рс =с₀ +с₁Г + с₂Г² +c₃(K_w -10)+c₄(K_w -Ю)² +c₅y(k_w -10),

где Y = R_e (ид° -    )/М ; с₀ = 0,180689;    =    1,279527;    с₂    =-0,443805;

с₃ = 0,032758; с₄ = 0,020290; с₅ = -0,180112.

Плотность р рассчитывается по УС (47)[1]. Опорное значение плотности р> при температуре 7Ти давлении Р = Р_рс также рассчитывается по УС (47). Теплопроводность разреженного газа Х° рассчитывается по формуле

, л°

^г'^{10 =} л7^{(16>75 + 1}’^15С“⁾’    ⁽⁴⁰⁾

где Х°, Вт/(м-К); г|°, мкПа-с; C_v°° - изохорная теплоемкость в состоянии идеального газа, кДж/(кмоль-К); М- молярная масса, кг/кмоль.

Величину т|° рассчитывают по формуле Стила и Тодоса (24), а идеальногазовую теплоемкость определяют по разработанной нами п-р-М - методике (см.[1])

Коэффициенты Q уравнения (39) были аппроксимированы двухпараметрической зависимостью (41). Значения коэффициентов су представлены в табл. 5

(41)

С, = Сю + cnY+c_a(K_w - 10) + с_аЦК„ -10) + с₁₄У²,

19

Таблица 5 Значения коэффициентов ctJ уравнения (41)

c4 Ci c2 c3 c4 c5 CiO 0,204390-10'2 1,680487 -2,904145 1,686053 0,838634 Cil -0,695245 -1,122808 4,206791 -2,740641 -1,296082 ca -0,229917 0,313671 0,190280 -0,341391 -0,264053 Cb 0,116596 -0,034522 -0,597869 0,646504 0,479159 C\4 1,476049 -1,496842 -0,525802 0,549570 0,0

Вторая формула (уравнение (42)) была установлена в результате анализа экспериментальных данных. В основу её положен экспериментально установленный факт - прямолинейный (либо близкий к нему) характер изотерм теплопроводности в жидкой фазе. В безразмерной форме интерполяционное уравнение имеет вид

А^=Л(т,)р,*² + 5(т0рЛ    (42)

А(т_х) =А₀ + Ai/тх + А₂/т_х²,    (43)

В(хх) = В, + В_хАх.    (44)

Анализ зависимости коэффициентов А\ и В[ в уравнениях (43) и (44) показал, что эти зависимости также являются многофакторными, но с достаточной точностью для обобщения может быть использована двухпараметрическая зависимость (41). То есть коэффициенты А_х иВ_х определяются по уравнениям

(45)

(46)

Ai — <2_го + <2,1 Y + a_l2(K_w — 10) + <2/з Y(K_w — 10) + <2,-4 T², Bi = b_i0 + b_iXY+ b_i2(K_w - 10) + b_i3Y(K_w - 10) + b_i4Y².

20

УДК 547.216:536.7

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА СТАНДАРТНЫХ СПРАВЧНЫХ ДАННЫХ

Таблицы стандартных справочных данных

Теплофизические свойства газового конденсата Уренгойского месторождения на линии начала кипения (линия насыщения) и в жидкой фазе в диапазоне температур 250...600 К при давлении до 60 МПа

ГСССД

289-2013

Tables of Standard Reference Data

Thermophysical properties of the gas condensate of Urengoy field on the start line boiling (saturation line) and in the liquid phase in the temperature range 250... 600 К at pressures up to 60 MPa

GSSSD

289-2013

3

Значения коэффициентов ay и by представлены в табл. 6.

Значения коэффициентов ау и by в уравнениях (45), (46)

Таблица 6

Ао Ах а2 Во вх Ф 0,15519727 0,5273538 -0,39723886 -0,33422569 0,30709824 U 0,24478143 -2,612638 2,3526207 1,5774289 -1,5849624 i, 2 -0,12682638 0,26076327 -0,18329726 0,007405679 0,03780367 К з 0,54566064 -1,7456126 1,2611914 0,53715452 -0,58605539 iA -2,3297041 9,6474196 -7,3137163 .4,0344172 4,0298514

В таблице Р1 приведены рассчитанные значения X на линии начала кипения газового конденсата. Стандартная неопределенность расчетных значений X составляет 3,5%.

4.2 Теплофизические свойства газового конденсата Уренгойского месторождения в жидкой фазе в диапазоне температур 250...600 К и давлений добО МПа

4.2.1 Плотность р рассчитывалась по локальному термическому уравнению состояния

Р = К(т)р² + Цт)р⁸    (47)

где температурные функции К(т) и Цт) определяются по уравнениям

3

^(т) = Дт)Ж(то) = ^*,х',    (48)

7=1

3

Г(т)=ОД/Цт₀)=£ 7,У,    (49)

7=1

где при Т_рс < 750 К, т₀ = 0,6;

ко = 5,194997; к_х = -11,56064; к₂ = 9,482536; к₃ = -3,127349;

21

ДЕПОНИРОВАННАЯ РУКОПИСЬ

УДК 547.216:536.7

Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 289 - 2013. Теплофизические свойства газового конденсата Уренгойского месторождения на линии начала кипения (линии насыщения) и в жидкой фазе в диапазоне температур 250...600 К при давлении до 60 МПА/ Григорьев Б.А., Герасимов А.А., Григорьев Е.Б. Российский научно-исследовательский центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» - М., 2013, - 36 с.: - Ил. - Библиогр. 30 найм. . Депонированы во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» 31.10.2013 г., № 881 - 2013 кк.

На основе современных методов расчета, разработанных на основе многочисленных экспериментальных данных о свойствах углеводородов, нефти, газоконденсатов и их фракций составлены таблицы стандартных справочных данных о теплофизических свойствах газового конденсата Уренгойского газоконденсатного месторождения в диапазоне температур 250...600 К при давлениях 0,1... 600 МПа.

Авторы:    Григорьев    Б.    А

Герасимов А. А. Григорьев Е. Б

4

1. АННОТАЦИЯ

Рассчитаны таблицы теплофизических свойств газового конденсата Уренгойского газоконденсатного месторождения в диапазоне температур 250...600 К и давлении до 60 МПА в жидкой фазе, а также на лини начала кипения (линия насыщения).

Составлены таблицы плотности р(Р,Т); изобарной теплоемкости С_р(Р,Т); удельной энтальпии Н(Р,Т); удельной энтропии S(P,T); коэффициента динамической вязкости г|(Р,Т) и коэффициента теплопроводности л(Р,Т) для жидкой фазы.

На линии насыщения рассчитаны значения давления начала кипения Р(Т), плотности р(Т), изобарной теплоемкости с_р(Т), удельных энтальпии Н(Т) и энтропии S (Т); энтальпии AH^TV и энтропии AS^TV парообразования при постоянной температуре; поверхностного натяжения о(Т).

Расчеты выполнены с использованием уравнений и методов, разработанных на основе анализа многочисленных экспериментальных данных о свойствах нефти, нефтепродуктов, газовых конденсатов и их фракций, углеводородов в широких диапазонах температур и давлений.

5

2. ВВЕДЕНИЕ

На основе современных методов расчета [1,2] составлены таблицы теплофизических свойств газового конденсата Уренгойского месторождения в диапазоне температур 250...600 К и давлений до 60 МПа, включая линию начала кипения. Методы расчета свойств углеводородных систем неопределенного состава, к которым относятся и газоконденсаты, разработаны авторами на основе наиболее надежных и представительных экспериментальных данных [3-15]. База экспериментальных данных включала теплофизическую и физико-химическую информацию более чем о 300-х веществах, представляющих собой нефти и газовые конденсаты различных месторождений и их фракций. Все методы расчета построены в рамках одножидкостной модели [16] с использованием минимальной информации о физико-химических свойствах вещества и о его составе. В качестве показателей, идентифицирующих углеводородную систему, использовались

20

показатель преломления ⁿD при температуре 20 С, относительная плотность

20

Р4 , молярная масса М, кг/моль и среднеобъемная температура кипения T_bv, К.

Представлены только конечные формулы без описания процедуры разработки того или иного метода и сравнения его с существующим. При этом проведенный авторами анализ сравнения с другими методами позволяет считать, что таблицы стандартных справочных данных о свойствах газового конденсата Уренгойского месторождения рассчитаны с использованием наиболее надежных и широко

диапазонных методов.

6

3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГАЗОВОМ КОНДЕНСАТЕ И ЕГО

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ

Полные сведения о газоконденсатных характеристиках газового конденсата Уренгойского месторождения приведены в [17].

Конденсат представляет собой жидкость желто-зеленого цвета с характерным запахом сернистых соединений. Содержание серы - 1,55% массовых, твердых парафинов - 1,94%, смол - 1,41%. Массовая доля метанонафтеновых углеводородов - 66%, ароматических - 34%. В таблице 1 приведены фракционный состав и физико-химические свойства конденсата, с использованием которых рассчитывались таблицы теплофизических свойств.

Таблица 1

Фракционный состав и физико-химические свойства конденсата Уренгойского месторождения

Температура начала кипения, °С Температура °С отгона, % (по объему)	0 10 30 50 70 90	70 100 120 134 166 238
Показатель преломления, nD20		1,4300
Относительная плотность, р420		0,7708
Молярная масса, М		119,0
Среднеобъемная температура кипения Tbv, К		424,75

4. Уравнения и методы расчета таблиц теплофизических свойств газового конденсата Уренгойского месторождения

4.1    Теплофизические свойства на линии начала кипения (насыщения)

4.1.1    Давление начала кипения р'(Т) рассчитывалось как среднее результатов, полученных по уравнениям состояния Соава [18] и Брусиловского [19].

Уравнение состояния Соава [18]

RT аа

^P~7^b~v(V + b) ’    ^(    )

Параметры:

а = 0,42748R²T_c²/p_c; b = 0,08664RT_c/p_c; а = {1 + [0,48508+(1,551716со-0,1561 со²)](1-Т_г⁰'⁵)}²;

А = aap/R²f= 0,45724ар/Т_г²; В = bp/RT = 0,07780р/Т_г где R= 8,31441 Л^ж - универсальная газовая постоянная;

(ммо-К)

Т_с, К, р_с, МПа - критические соответственно температура и давление; Т_Г=Т/Т_С, Рг=р/р_с приведенные соответственно температура и давление; со - фактор ацентричности Питцера [1, 29].

Уравнение состояния Брусиловского [19]

₌     аа

^P~V-b (V + c)(V + d)’    ^    ⁾

Параметры:

а = aR²T²[l+if/(l-T_r°’⁵)]²/p_c; А = ap/RY;

Ъ = /ЖТ_с/р_с; В = bp/RT;

с = aRT_c/p_c; С = cp/RT;

d = 8RTc/p_c; D = dp/RT;

a. = Q²’⁼ Z_c + iQ_c 1; d = - Z_c*+ Q_c[0,5- (Q_c-0,75)^0,5].

8

z'= 0,3357 0,0294a;

¥ = 1,050 + 0,105co + 0,428w² при co<0,4489;

¥= 0,429 + 1,004m + l,561co²npu co>0,4489.

В таблице PI приведены значения p(T). Относительная стандартная неопределенность расчетных значений давления начала кипения составляет 8,0 %.

4.1.2 Плотность жидкой фазы на линии начала кипения р (Т)

р(Т) рассчитывалась как среднее результатов, полученных по формулам (3) и (6), предложенных соответственно в работах [7] и [20] и скорректированных авторами,

Расчет плотности р(Т) на линии начала кипения по методике [7] проводится по уравнению

Р’/Рт=o⁼Z^a‘-⁽¹"^r)‘^/3,    (3)

1=0

где <20=0,409622; ^=0,5920194; п₂=0,430023.

Реперное значение плотности р;₌₀₁ при приведенной температуре т=0,7 определялось по формуле

з

«=0.7    ,    (4)

1=0

где 60=576,330; ^=354,553; 6^=1307,602; 6₃=-З512,286.

с - коррелирующий параметр, учитывающий индивидуально-групповые особенности газоконденсата

с=&_й1А™-Ть1т"ъ\    (5)

где /*ю - плотность газоконденсата при температуре 20°С;

9

пей    г\'    з

■>гк

Pio - плотность пентана при температуре 20°С (А20=626 кг/м );

_тгк - приведенная среднеобъемная температура кипения

рс

газоконденсата;

грпен —пен_ ¹Ь

^тъ ~ jzk - приведенная нормальная температура кипения пентана

(С=0,6584).

Расчет плотности р (Г)на линии начала кипения по методике [20] проводится по уравнению:

(б)

где В - индивидуальный для каждого вещества коэффициент;

Р = 0,325 - критический показатель кривой сосуществования.

(7)

В=[(Д,/в,с-1)-К1-гь)УМ-гь/-К1-г₀Д

где ро - плотность при температуре

^то ⁼Tq/Т_рс- приведенная температура.

Здесь Т₀ = 293,15 К, Т_рс - псевдокритическая температура.

В таблице Р1 приведены рассчитанные значения плотности // газового конденсата в диапазоне температур 250...600 К и давлении до 60 МПа (стандартная неопределенность расчетных значений р составляет 0,46 %).

4.1.3 Изобарная теплоемкость газового конденсата на линии начала кипения С_р(Т) рассчитывалась как среднее результатов, полученных по формулам (8) [21] и (9) [6]:

10