omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-190-163-170CATICRomna-280Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONSЭкспериментальное исследование применимости методик определения коэффициента сжимаемости природного газа в области низких температурExperimental verification of the applicability of methods for calculating the compressibility factor of natural gas at low temperaturesКутовойД. Ю.KutovoyD. Yu.

Кутовой Денис Юрьевич, заместитель начальника Управления по внедрению и эксплуатации АСКУГ и метрологии

AuthorID (РИНЦ): 1221096

AuthorID (SCOPUS): 57454390400

г. Санкт-Петербург 

Kutovoy Denis Yuryevich, Deputy Head of Implementation and Operation of ASKUG and Metrology Department

AuthorID (RSCI): 1221096

AuthorID (SCOPUS): 57454390400

Saint Petersburg

https://orcid.org/0000-0002-0817-1491ГаниевР. И.GanievR. I.

Ганиев Раис Ильясович, кандидат технических наук, начальник отдела перспективных разработок

AuthorID (SCOPUS): 57454398500 

г. Казань 

Ganiev Rais Ilyasovich, Candidate of Technical Sciences, Head of Advanced Development Department

AuthorID (SCOPUS): 57454398500

Kazan

https://orcid.org/0000-0002-1230-4154ШустроваМ. Л.ShustrovaM. L.

Шустрова Марина Леонидовна, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных систем сбора и обработки информации

AuthorID (РИНЦ): 692110

AuthorID (SCOPUS): 55899044400

ResearcherID: AAB-9523-2020

г. Казань

Shustrova Marina Leonidovna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Automated Information Collection and Processing Systems Department

AuthorID (RSCI): 692110

AuthorID (SCOPUS): 55899044400

ResearcherID: AAB-9523-2020

Kazan

shu.ma@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3837-6033ЯвкинВ. Б.YavkinV. B.

Явкин Владимир Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки»

AuthorID (РИНЦ): 16521

AuthorID (SCOPUS): 6507971971

г. Казань

Yavkin Vladimir Borisovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Jet Engines and Power Plants Department

AuthorID (RSCI): 16521

AuthorID (SCOPUS): 6507971971

Kazan

https://orcid.org/0000-0002-3814-2544ФафуринВ. А.FafurinV. A.

Фафурин Виктор Андреевич, доктор технических наук, профессор кафедры автоматизированных систем сбора и обработки информации.

AuthorID (РИНЦ): 650664

AuthorID (SCOPUS): 16021867600

г. Казань

Fafurin Viktor Andreyevich, Doctor of Technical Sciences, Professor of Automated Information Collection and Processing Systems Department

AuthorID (RSCI): 650664

AuthorID (SCOPUS): 16021867600

Kazan

ООО «Газпром межрегионгаз»РоссияLLC «Gazprom Mezhregiongaz»Russian FederationООО Центр метрологии «СТП»РоссияLLC Metrology Center «STP»Russian FederationКазанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological UniversityRussian FederationКазанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. ТуполеваРоссияKazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev–KAIRussian FederationКазанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev–KAIRussian Federation202430062024102163170Copyright © Кутовой Д.Ю., Ганиев Р.И., Шустрова М.Л., Явкин В.Б., Фафурин В.А., 20242024Кутовой Д.Ю., Ганиев Р.И., Шустрова М.Л., Явкин В.Б., Фафурин В.А.Kutovoy D.Y., Ganiev R.I., Shustrova M.L., Yavkin V.B., Fafurin V.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/280

В работе представлены результаты экспериментального исследования, направленного на оценку применимости методик расчета коэффициента сжимаемости природного газа AGA8-DC 92 (ГОСТ 30319.2-96), AGA8 Report Detail (ГОСТ 30319.3-2015), GERG-2004, GERG-2008, NX19, GERG-91, ISO 20765-1 (ГОСТ Р 8.662-2009), а также модифицированного уравнения ГСССД МР 118-05 (Умеренно сжатые газовые смеси) и ГСССД МР 113-03 (Влажный нефтяной газ) в диапазоне температур от 220 до 250 К (от минус 50,15 до минус 20,15 °С). Показано, что для AGA8-DC 92, AGA8 Report Detail, GERG-2004/2008, ISO 20765-1 (ГОСТ Р 8.662-2009), ГСССД МР 113-03 отклонение расчетных значений коэффициента сжимаемости от экспериментальных находится в пределах 0,1 %, что подтверждает возможность их применения в качестве расчетных методик в указанном диапазоне температур. Результаты, полученные в рамках настоящего исследования, обладают высокой значимостью для расходометрии, в частности, обеспечивают повышение точности процедуры приведения объёма природного газа к стандартным условиям при низких температурах.

The article is devoted to the analysis of compressibility factor calculation methods in the temperature range from 220 to 250 K. The AGA8-92DC (GOST 30319.2- 96), AGA8 Report Detail (GOST 30319.3-2015), GERG-2004/2008, NX19, GERG-91, ISO 20765-1 (GOST R 8.662-2009), GSSSD MR 118-05 (moderately compressed gas mixtures) and GSSSD MR 113-03 (Wet Oil Gas) methods are experimentally tested. Deviations of experimental data and calculated values of compressibility coefficient determined by the specified methods are shown. It is found out that the deviation of the calculated values of the compressibility factor according to the AGA8-92DC, AGA8 Report 1 Detail, GERG-2004/2008, ISO 20765-1 (GOST R 8.662-2009), GSSSD MR 13-03 methods from the experimental ones does not exceed 0,1 %. This fact confirms the possibility of using these methods in the temperature range from 220 to 250 K. The results obtained in the framework of this study are highly significant for flow metering, and in particular, provide an increase in the accuracy of the procedure for bringing the volume of natural gas to standard conditions at low temperatures.

коэффициент сжимаемостирасход природного газаAGA8GERG-2004GERG-2008методика расчетанизкие температурыcompressibility factornatural gas flow rateAGA8GERG-2004calculation methodlow temperaturesАвторы выражают благодарность коллективу ООО Центр метрологии «СТП» за активное участие в научно-исследовательских работах, результаты которых положены в основу данной статьи.The authors of the article express gratitude to the staff of the LLC Metrology Center «STP» for their active participation in research work, the results of which are the basis of this article.ReferencesГОСТ 2939-63. Газы. Условия для определения объема. Введ. 01–01–1964. Москва: Изд-во стандартов, 1988. 3 с.GOST 2939-63. Gazy. Usloviya dlya opredeleniya ob′′yema [Gases. Conditions for determination of volume]. Moscow, 1988. 3 p. (In Russ.).ГОСТ Р 8.740-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Расход и количество газа. Методика измерений с помощью турбинных, ротационных и вихревых расходомеров и счетчиков. Введ. 01–01–2013. Москва: Стандартинформ, 2010. 57 с.GOST R 8.740-2011. Gosudarstvennaya sistema obespecheniya yedinstva izmereniy. Raskhod i kolichestvo gaza. Metodika izmereniy s pomoshch′yu turbinnykh, rotatsionnykh i vikhrevykh raskhodomerov i schetchikov [State system for ensuring the uniformity of measurements. Flow rate and quantity of gas. Measurements procedure by turbine, rotary and vortex flow meters and gas meters]. Moscow, 2010. 57 p. (In Russ.).Ганиев Р. И., Кутовой Д. Ю., Фафурин В. А., Шустрова М. Л., Явкин В. Б. Оценка применимости уравнений состояния природного газа в области низких температур // Интеллектуальные системы в производстве. 2023. Т. 21, № 3. С. 4–10. DOI: 10.22213/2410-9304-2023-3-4-10.Ganiev R. I., Kutovoy D. Yu., Fafurin V. A., Shustrova M. L., Yavkin V. B. Otsenka primenimosti uravneniy sostoyaniya prirodnogo gaza v oblasti nizkikh temperature [Applicability Evaluation of Natural Gas State Equations at Low Temperatures] // Intellektual′nyye sistemy v proizvodstve. Intellectual Systems in Production. 2023. Vol. 21, no. 3. P. 4–10. DOI: 10.22213/2410-9304-2023-3-4-10. (In Russ.).ГОСТ 8.611-2013. Государственная система обеспечения единства измерений. Расход и количество газа. Методика (метод) измерений с помощью ультразвуковых преобразователей расхода. Введ. 01–07–2014. Москва: Стандартинформ, 2013. 54 с.GOST 8.611-2013. Gosudarstvennaya sistema obespecheniya yedinstva izmereniy. Raskhod i kolichestvo gaza. Metodika (metod) izmereniy s pomoshch′yu ul′trazvukovykh preobrazovateley raskhoda [State system for ensuring the uniformity of measurements. Flow rate and quantity of gas. Technique (method) of measurements by ultrasonic meters]. Moscow, 2013. 54 p. (In Russ.).Ганиев Р. И., Кутовой Д. Ю., Фафурин В. А., Шустрова М. Л., Явкин В. Б. Влияние погрешностей определения коэффициента сжимаемости на результат измерения расхода природного газа при низких температурах // Южно-Сибирский научный вестник. 2023. № 4 (50). С. 16–21.Ganiev R. I., Kutovoy D. Yu., Fafurin V. A., Shustrova M. L., Yavkin V. B. Vliyaniye pogreshnostey opredeleniya koeffitsiyenta szhimayemosti na rezul′tat izmereniya raskhoda prirodnogo gaza pri nizkikh temperaturakh [Effect of compressibility factor error on low temperature natural gas flow measurement] // YuzhnoSibirskiy nauchnyy vestnik. South-Siberian Scientific Bulletin. 2023. No 4. (50). P. 16–21. (In Russ.).Kunz O., Wagner W. The GERG-2008 wide-range equation of state for natural gases and other mixtures: An expansion of GERG-2004 // Journal of Chemical & Engineering Data. 2012. № 57 (11). P. 3032–3091. DOI: 10.1021/je300655b.Kunz O., Wagner W. The GERG-2008 wide-range equation of state for natural gases and other mixtures: An expansion of GERG-2004 // Journal of Chemical & Engineering Data. 2012. No. 57 (11). P. 3032–3091. DOI: 10.1021/je300655b. (In Engl.).Jaeschke M., Humphreys A. E. The GERG Databank of High Accuracy Compressibility Factor Measurements // GERG Technical Monograph. 1991. Vol. 6, № 251. URL: http://www.gerg.eu/public/uploads/files/publications/technical_monographs/tm4_91.pdf (дата обращения: 23.12. 2023).Jaeschke M., Humphreys A. E. The GERG Databank of High Accuracy Compressibility Factor Measurements // GERG Technical Monograph. 1991. Vol. 6, no. 251. URL: http://www.gerg.eu/public/uploads/files/publications/technical_monographs/tm4_91.pdf (accessed: 23.12.2023). (In Engl.).Jaeschke M., Humphreys A. E. Standard GERG Virial Equation for Field Use, Simplification of the Input Data Requirements for the GERG Virial Equation — an Alternative Means of Compressibility Factor Calculation for Natural Gases and Similar Mixtures // GERG Technical Monograph.1992. Vol. 6, № 266. URL: http://www.gerg.eu/public/uploads/files/publications/technical_monographs/tm5_large.pdf (дата обращения: 23.12. 2023).Jaeschke M., Humphreys A. E. Standard GERG Virial Equation for Field Use, Simplification of the Input Data Requirements for the GERG Virial Equation — an Alternative Means of Compressibility Factor Calculation for Natural Gases and Similar Mixtures // GERG Technical Monograph. 1992. Vol. 6, no. 266. URL: http://www.gerg.eu/public/uploads/files/publications/technical_monographs/tm5_large.pdf (accessed: 23.12.2023). (In Engl.).Jaeschke M., Hinze H. M., Humphreys A. E. Supplement to the GERG databank of High-Accuracy Compression Factor Measurements // GERG Technical Monograph. 1997. Vol. 6, № 355. URL: http://www.gerg.eu/public/uploads/files/publications/technical_monographs/tm7_97.pdf (дата обращения: 23.12. 2023).Jaeschke M., Hinze H. M., Humphreys A. E. Supplement to the GERG databank of High-Accuracy Compression Factor Measurements // GERG Technical Monograph. 1997. Vol. 6, no. 355. URL: http://www.gerg.eu/public/uploads/files/publications/technical_monographs/tm7_97.pdf (accessed: 25.12.2023). (In Engl.).Kunz O., Klimeck R., Wagner W., Jaeschke M. The GERG-2004 wide-range equation of state for natural gases and other mixtures // GERG Technical Monograph. 2007. Vol. 6, № 557. URL: http://www.gerg.eu/public/uploads/files/publications/technical_monographs/tm15_04.pdf. (дата обращения: 25.12. 2023).Kunz O., Klimeck R., Wagner W., Jaeschke M. The GERG- 2004 wide-range equation of state for natural gases and other mixtures // GERG Technical Monograph. 2007. Vol. 6, no. 557. URL: http://www.gerg.eu/public/uploads/files/publications/technical_monographs/tm15_04.pdf. (accessed: 25.12.2023). (In Engl.).Китаев Д. Н., Недобежкин Д. О., Богданов В. М. [и др.]. Коэффициент сжимаемости природного газа расчетного состава // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. 2019. № 1 (14). С. 29–33. EDN: TKKQDQ.Kitayev D. N., Nedobezhkin D. O., Bogdanov V. M. [et al.]. Koeffitsiyent szhimayemosti prirodnogo gaza raschetnogo sostava [Natural gas composition ratio design structure] // Gradostroitel′stvo. Infrastruktura. Kommunikatsii. Gradostroitelstvo. Infrastruktura. Kommunikacii. 2019. No. 1 (14). P. 29–33. EDN: TKKQDQ. (In Russ.).Kutovoy D. Y., Lovtsov P. V., Yatsenko I. A., Mukhametov A. N., Ganiev R. I., Yavkin V. B. Experimental determination of the compressibility factor of natural gas: methods and results // Measurement Techniques. 2021. Vol. 64, № 9. P. 737–743. DOI: 10.1007/s11018-022-01997-7.Kutovoy D. Y., Lovtsov P. V., Yatsenko I. A., Mukhametov A. N., Ganiev R. I., Yavkin V. B. Experimental determination of the compressibility factor of natural gas: methods and results // Measurement Techniques. 2021. Vol. 64, no. 9. P. 737–743. DOI: 10.1007/s11018-022-01997-7. (In Engl.).Кутовой Д. Ю., Ганиев Р. И., Шустрова М. Л., Явкин В. Б., Миннегалиева Л. В., Фафурин В. А. Апробация методики определения коэффициента сжимаемости на чистых средах и воздухе // Южно-Сибирский научный вестник. 2023. № 6. С. 49–54. DOI: 10.25699/SSSB.2023.52.6.003.Kutovoy D. Yu., Ganiev R. I., Shustrova M. L., Yavkin V. B., Minnegalieva L. V., Fafurin V. A. Aprobatsiya metodiki opredeleniya koeffitsiyenta szhimayemosti na chistykh sredakh i vozdukhe [Test procedure for determination of compressibility coefficient on pure gases and air] // Yuzhno-Sibirskiy nauchnyy vestnik. South-Siberian Scientific Bulletin. 2023. No. 6. P. 49–54. DOI: 10.25699/SSSB.2023.52.6.003. (In Russ.).ГОСТ 30319.2-96. Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение коэффициента сжимаемости. Введ. 01–07–1997. Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1996. 61 с.GOST 30319.2-96. Gaz prirodnyy. Metody rascheta fizicheskikh svoystv. Opredeleniye koeffitsiyenta szhimayemosti [Natural gas. Methods of calculation of physical properties. Definition of compressibility coefficient]. Minsk, 1996. 61 p. (In Russ.).ГОСТ 30319.2-2015. Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение коэффициента сжимаемости. Введ. 01–01–1997. Москва: Стандартинформ, 2016. 13 с.GOST 30319.2-2015. Gaz prirodnyy. Metody rascheta fizicheskikh svoystv. Opredeleniye koeffitsiyenta szhimayemosti [Natural gas. Methods of calculation of physical properties. Calculation of physical properties on base information on density of standards conditions and nitrogen and carbon dioxide contents]. Moscow, 2016. 13 p. (In Russ.).ГОСТ Р 8.662-2009 (ИСО 20765-1:2005). Государственная система обеспечения единства измерений. Газ природный. Термодинамические свойства газовой фазы. Методы расчетного определения для целей транспортирования и распределения газа на основе фундаментального уравнения состояния AGA8. Введ. 01–01–2011. Москва: Стандартинформ, 2010. 41 с.GOST R 8.662-2009 (ISO 20765-1:2005). Gosudarstvennaya sistema obespecheniya yedinstva izmereniy. Gaz prirodnyy. Termodinamicheskiye svoystva gazovoy fazy. Metody raschetnogo opredeleniya dlya tseley transportirovaniya i raspredeleniya gaza na osnove fundamental′nogo uravneniya sostoyaniya AGA8 [State system for ensuring the uniformity of measurements. Natural gas. Gas phase thermodynamic properties. Methods of calculation for transmission and distribution applications on base of the AGA8 fundamental equation of state]. Moscow, 2010. 41 p. (In Russ.).ISO 20765-2:2015. Natural gas — Calculation of thermodynamic properties. Part 2: Single-phase properties (gas, liquid, and dense fluid) for extended ranges of application. URL: https://www.iso.org/standard/59222.html (дата обращения: 03.01. 2024).ISO 20765-2:2015. Natural gas — Calculation of thermodynamic properties. Part 2: Single-phase properties (gas, liquid, and dense fluid) for extended ranges of application. URL: https://www.iso.org/standard/59222.html (accessed: 03.01.2024). (In Engl.).ГСССД МР 118-2005. Расчет плотности, фактора сжимаемости, показателя адиабаты и коэффициента динамической вязкости умеренно сжатых газовых смесей. Москва, 2005. 32 с. Деп. в ГНМЦ «ССД» 15.09.2005, № 812a-05кк.GSSSD MR 118-2005. Raschet plotnosti, faktora szhimayemosti, pokazatelya adiabaty i koeffitsiyenta dinamicheskoy vyazkosti umerenno szhatykh gazovykh smesey [Guidelines. Calculating density, compressibility factor, adiabatic exponent and dynamic viscosity for moderately dense gas mixtures]. Moscow, 2005. 32 p. Dep. CSMC «SRD» 15.09.2005, no. 812a-05kk. (In Russ.).ГСССД МР 113-2003 Определение плотности, фактора сжимаемости, показателя адиабаты и коэффициента динамической вязкости влажного нефтяного газа в диапазоне температур 263…500 К при давлениях до 15 МПа. Москва, 2003. 48 с. Деп. в ГНМЦ «ССД» 10.06.2003, № 804-03кк.GSSSD MR 113-2003. Opredeleniye plotnosti, faktora szhimayemosti, pokazatelya adiabaty i koeffitsiyenta dinamicheskoy vyazkosti vlazhnogo neftyanogo gaza v diapazone temperatur 263…500 K pri davleniyakh do 15 MPa [Guidelines. determination of density, compressibility factor, adiabate index and dynamic viscosity coefficient of wet petroleum gas in the range of 263...500 K temperatures at pressures up to 15 MPa]. Moscow, 2003. 48 p. Dep. CSMC «SRD»10.06.2003, no. 804-03kk. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.