Р 50.2.076-2010 Плотность нефти и нефтепродуктов

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

ПЛОТНОСТЬ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Методы расчета. Программа и таблицы приведения

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2011

стоимость сертификации

III

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Р 50.2.076— 2010

Государственная система обеспечения единства измерений

ПЛОТНОСТЬ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Методы расчета. Программа и таблицы приведения

State system for ensuring the uniformity of measurements.

Density of petroleum and petroleum products.

Methods of calculation. Programme and tables of calculation

Дата введения — 2011 — 07 — 01

1 Область применения

Настоящие рекомендации распространяются на методы расчета плотности, коэффициентов объемно­ го расширения и сжимаемости нефти, нефтепродуктов и смазочных масел.

Рекомендации содержат программу и таблицы пересчета плотности нефти, нефтепродуктов и сма­ зочных масел.

Рекомендации предназначены для использования в расчетах плотности при проведении учетно-рас­ четных операций в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, а также для внутрихозяйственного учета. Допускается применять настоящие рекомендации для разработки собствен­ ных программных продуктов по расчету или составлению таблиц плотности нефти, нефтепродуктов и сма­ зочных масел.

П р и м е ч а н и е — Разрабатываемые программные продукты по расчету или составлению таблиц плотно­ сти нефти, нефтепродуктов и смазочных масел подлежат обязательной аттестации в установленном порядке.

2Обозначения

Внастоящих рекомендациях использованы следующие обозначения:

/— температура нефти, нефтепродуктов и смазочных масел, °С;

Р — избыточное давление нефти, нефтепродуктов или смазочных масел, МПа; ptP — плотность при температуре / и избыточном давлении Р, кг/м3;

р15 — плотность при температуре 15 °С и избыточном давлении равном нулю, кг/м3; р20 — плотность при температуре 20 °С и избыточном давлении равном нулю, кг/м3;

Р15 — коэффициент объемного расширения нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температу­ ре 15 °С, °СГ1;

Pf — коэффициент объемного расширения при температуре/, °С-1; у, — коэффициент сжимаемости при температуре /, МПа-1;

р, — плотность при температуре / и избыточном давлении равном нулю, кг/м3; р, ар — плотность при температуре /, измеренная ареометром, кг/м3;

К— поправочный коэффициент на температурное расширение стекла, из которого изготовлен арео­ метр;

а— температурная поправка к плотности, приходящаяся на 1,0 °С.

3 Метод расчета плотности

3.1 Метод расчета плотности соответствует требованиям документа [1] и стандарта [2]. Данный метод расчета плотности имеет следующие ограничения по температуре и давлению нефти, нефтепродуктов и смазочных масел:

Издание официальное

1

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Р50.2.076—2010

-диапазон температуры — м и н ус50 °С — плюс 150 °С;

-диапазон избыточного давления — 0 — 10,34 МПа.

3.2Значение плотности нефти, нефтепродуктов или смазочных масел при температуре t и избыточ­ ном давлении Р рассчитывают по формуле

ций с температурой кипения выше 370 °С

П р и м е ч а н и я 1 Нефтепродукты разделены на группы, имеющие внутри подгруппы, в указанном в таблице диапазоне

плотности, аналогичные характеристики зависимости между коэффициентом объемного расширения (315 и плотностью нефтепродукта р15. Наименование групп носит условный характер.

2 Рекомендуется при расчетах плотности нефтепродуктов, выпускаемых отечественными производите­ лями, применять значения коэффициентов К0, К^ и К2, уточненные по результатам экспериментальных и теоре­ тических работ и утвержденные в установленном порядке.

3 Если значение плотности нефтепродукта р15 попадает в диапазон плотности, соответствующей другой группе нефтепродуктов, то при расчете плотности конкретного нефтепродукта, в связи с условным наименова­ нием групп, следует применять значения коэффициентов К0, Кл и К2, той подгруппы нефтепродуктов, которой соответствует его плотность р15. Так, например бензин с плотностью р15 более 770,9 кг/м3 следует относить к подгруппе «топлива, занимающие по плотности промежуточное место между бензинами и керосинами» и расчет плотности проводить по коэффициентам, соответствующим данной подгруппе.

2

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Р 50.2.076— 2010

Значение плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре 20 °С и избыточном давлении равном нулю рассчитывают через значение плотности р15 по формуле

3.3 Значение плотности р15 находят методом последовательных приближений, используя итерацион­ ный метод «прямых подстановок» или итерационный метод Ньютона по документу [1].

Методом «прямых подстановок» значение плотности р15 рассчитывают по следующему алгоритму:

1)Измеренное значение плотности ptPподставляют в формулы (2) и (3) вместо р15, и вычисляют в первом приближении значения р15 и yf , соответственно;

2)Измеренное значение плотности ptPи вычисленные в первом приближении значения р15 и yf под­ ставляют в формулу (1) и определяют значение р15 в первом приближении;

3)Значение р15, вычисленное в первом приближении, подставляют в формулы (2) и (3) и вычисляют во втором приближении значения р15 и yf , соответственно;

4)Измеренное значение плотности ptPи вычисленные во втором приближении значения р15 и у, под­ ставляют в формулу (1) и вычисляют значение р15 во втором приближении и так далее.

Расчет плотности р15 продолжают до тех пор, пока значение р15 не перестанет изменяться более чем на 0,01 кг/м3. За результат определения плотности р15 принимается значение, полученное в последнем приближении.

Пр и м е ч а н и я

1 При определении значения плотности р15 в формулы (1) и (3) подставляют значения температуры и давления нефти или нефтепродукта, при которых была измерена плотность р(Р. При расчете значения плотности р(р в формулы (1) и (3) подставляют значения температуры и давления нефти, при которых требуется определить плотность.

2 Итерационный метод Ньютона предполагает применение единиц измерений, не применяемых на терри­ тории Российской Федерации, поэтому он в настоящих рекомендациях ни приведен.

3.4 При измерениях плотности ареометром учитывают температурное расширение стекла, из которо­ го изготовлен ареометр. Для этого показания ареометра pfapпересчитывают в плотность нефти, нефтепро­ дуктов и смазочных масел р, по формуле

3.5 Округление результатов расчета по формулам

3.5.1 Результат расчета плотности по формулам (1) и (5) округляют:

-до 0,01 кг/м3 — для плотномеров (преобразователей плотности жидкости) с пределами допустимой погрешности измерения не более 0,5 кг/м3;

- до 0,1 кг/м3 — для плотномеров (преобразователей плотности жидкости) с пределами допустимой погрешности измерения от 0,5 кг/м3 до 1,0 кг/м3.

3.5.2Результат расчета плотности по формулам (1), (5) и (6) для ареометров округляют до 0,1 кг/м3.

3.5.3Результат расчета коэффициента объемного расширения по формулам (2) и (4) округляют до 0,000001 °С“ 1(1,0 • 10“6оСГ1).

3.5.4Результат расчета коэффициента сжимаемости по формуле (3) округляют до 0,000001 МПа-1 (1,0- 10“6оС“ 1).

3.5.5Результат расчета поправочного коэффициента на температурное расширение стекла ареомет­ ра по формулам (7) и (8) округляют до 0,0001 (1,0 • 10-4).

Пример 1. Проведены измерения плотности нефти ареометром, градуированным при температу­ ре 20 °С. Температура испытания нефти: 27,3 °С, показание ареометра: 836,7 кг/м3. Требуется опреде­ лить значение плотности нефти при температуре 16,3 °С и избыточном давлении 1,3 МПа.

Процедура расчета значения плотности следующая:

1) Пересчитывают показания ареометра в плотность нефти по формулам (8) и (6)

3

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Р 50.2.076—2010

К = 1-0,000025 (27,3—20) = 0,9998

р, = 836,7- 0,9998 = 836,5 кг/м3

2)Значение плотности, равное 836,5 кг/м3, подставляют в формулу (2) вместо р15и вычисляют в

первом приближении значение р15 : 8,774 ■ 10~4 °С~1.

3)Значение плотности, равное 836,5 кг/м3, вычисленные в первом приближении значения р15, рав­ ное 8,774 ■10т4 °Сг1, подставляют в формулу (1) и определяют значение р15 в первом приближении: 845,66 кг/м3.

4)Значение р15, найденное в первом приближении, равное 845,66 кг/м3, подставляют в формулу (2) и вычисляют во втором приближении значение $15:8,585 ■10т4 °С~1.

5)Значение плотности, равное 836,5 кг/м3, вычисленное во втором приближении значение р15 равное 8,585 ■10т4 °С~1, подставляют в формулу (1) и определяют значение р15 во втором приближении:

845.46кг/м3.

6)Значение р15, найденное во втором приближении, равное 845,46 кг/м3, подставляют в формулу (2) и вычисляют в третьем приближении значение Р?5 ; 8,585 ■10т4 °С~1.

7) Значение плотности 836,5 кг/м3 и вычисленное в третьем приближении значение р15, равное 8,589 ■К Г4 °С~1, подставляют в формулу (1) и определяют значение р15 в третьем приближении: 845.46 кг/м3.

8) Так как, значение р15 изменилось менее чем на 0,01 кг/м3 (1 ■10г2 кг/м3), то за результат расчета плотности р15 принимается значение, полученное в последнем приближении и округленное до 0,1 кг/м3: 845,5 кг/м3.

9)Значение плотности р15, равное 845,5 кг/м3, подставляют в формулу (3) и вычисляют yt при температуре 16,3 °С: 7,386 ■10т4 МПа~1.

10)Значение плотности р15, равное 845,50 кг/м3, значение $15, равное 8,589 ■1 0 °С~1, и значение yt при температуре 16,3 °С, равное 7,386 ■10т4 МПа~1, подставляют в формулу (1) и рассчитывают плот­ ность нефти при температуре 16,3 °С и избыточном давлении 1,3 МПа: 845,37 кг/м3.

Результат расчета плотности нефти при температуре 16,3 °С и избыточном давлении 1,3 МПа с учетом округления до 0,1 кг/м3равен 845,4 кг/м3.

Пример 2. Проведены измерения плотности нефти плотномером (предел допустимой погрешнос­ ти измерения плотности плотномера 0,3 кг/м3). Плотность нефти при температуре 27,30 °С и избы­ точном давлении 2,45 МПа равна 836,15 кг/м3, требуется определить плотность нефти при температу­ ре 16,32 °С и избыточном давлении 1,28 МПа.

Процедура расчета значения плотности следующая:

1) Значение плотности, равное 836,15 кг/м3, подставляют в формулу (2) и (3) вместо р15, и вычисля­ ют в первом приближении значения р15 и yt (yt вычисляют при температуре 27,3 °С), соответственно. Они равны соответственно 8,782 ■К Г4 °С~1 и 8,148 ■1 0 МПа~1.

2) Значение плотности, равное 836,15 кг/м3, вычисленные в первом приближении значения Р?5, рав­ ное 8,782 ■10т4 °С~1, и yt, равное 8,148 -10~* МПаг1, подставляют в формулу (1), и определяют значение р15

впервом приближении: 843,62 кг/м3.

3)Значение р15, найденное в первом приближении, равное 843,62 кг/м3, подставляют в формулы (2) и

(3) и вычисляют во втором приближении значения р15uyt, соответственно. Они равны соответственно 8,627 ■10-4 °С~1 и 7,948 ■10~4 МПа~1.

4)Значение плотности, равное 836,15 кг/м3, вычисленные во втором приближении значения Р?5,

равное 8,627 ■К Г4 °С~1, uyt, равное 7,948 ■К Г4МПа~1, подставляют в формулу (1) и определяют значение р15во втором приближении: 843,50 кг/м3.

5)Значение р15, найденное во втором приближении, равное 843,50 кг/м3, подставляют в формулы (2)

и(3), и вычисляют в третьем приближении значения р15 и уь соответственно. Они равны соответ­

ственно 8,629 10-4 °С~1 и 7,951 10~4 МПа~1.

6) Значение плотности 836,15 кг/м3 и вычисленные в третьем приближении значения р15, равное 8,629 ■10~* °С~1, и уь равное 7,951■ 10~* МПа~1, подставляют в формулу (1) и определяют значение р15 в третьем приближении: 843,50 кг/м3.

7)Так как, значение р15 изменилось менее чем на 0,01 кг/м3 (1 ■10г2 кг/м3), то за результат определе­ ния плотности р15принимается значение, равное 843,50 кг/м3.

8)Значение плотности р15, равное 843,50 кг/м3, подставляют в формулу (3) и вычисляют yt при температуре 16,32 °С: 7,433 ■10~* МПа~1.

9)Значение плотности р15, равное 843,50 кг/м3, значение р15, равное 8,629■ 10*4 °С~1, и значение ytпри температуре 16,32 °С, равное 7,433 ■1 0 МПа~1, подставляют в формулу (1) и рассчитывают плот­ ность нефти при температуре 16,32 °С и избыточном давлении 1,28 МПа: 843,34 кг/м3.

Результат расчета плотности нефти при температуре 16,32 °С и избыточном давлении 1,28 МПа

сучетом округления до 0,01 кг/м3равен 843,34 кг/м3

4

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Р 50.2.076— 2010

4 Таблицы приведения плотности

4.1 Настоящие рекомендации содержат следующие таблицы приведения (пересчета) плотности не­ фти, нефтепродуктов и смазочных масел:

-пересчет плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре f, °С в плотность при температуре 15 °С — таблицы А. 1 — А.З (приложение А);

-пересчет плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре 15 °С в плотность при температуре f, °С — таблицы Б. 1 — Б.З (приложение Б);

-коэффициенты сжимаемости нефти, нефтепродуктов и смазочных масел — таблицы В.1 — В.З

(приложение В); - коэффициенты объемного расширения нефти, нефтепродуктов и смазочных масел таблицы — таб­

лицы Г.1 — Г.З (приложение Г).

4.2 Округление результатов расчета по таблицам

4.2.1 Результат расчета плотности (таблицы А. 1 — А.З, таблицы Б.1 — Б.З) округляют до 0,1 кг/м3. 4.2.2 Результат расчета коэффициента сжимаемости (таблицы В .1 — В.З) округляют до

0,000001 МПа-1 (1,0 -10“6 МПа“ 1).

4.2.3 Результат расчета коэффициента объемного расширения (таблицы Г.1 — Г.З) округляют до 0,000001 °С“ 1(1,0- 10“6оС“ 1).

4.3В таблицах А.1 — А.З (приложение А) и таблицах Б.1 — Б.З (приложение Б) приведены значения плотности без учета температурного расширения стекла ареометра. Перед применением таблиц показания ареометра пересчитывают в плотность нефти, нефтепродуктов и смазочных масел по формуле (6).

4.4Таблицы А.1 — А.З (приложение А) и таблицы Б.1 — Б.З (приложение Б) предназначены для приведения плотности по температуре при избыточном давлении нефти, нефтепродуктов и смазочных ма­ сел равном нулю. Таблицы В.1 — В.З (приложение В) применяют для пересчета плотности подавлению. При приведении плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел к температуре 15 °С, измеренной при избыточном давлении Р, плотность ptPсначала пересчитывают к избыточному давлению, равному

нулю, по формуле (9), используя значения коэффициентов сжимаемости уь приведенные в таблицах В.1 — В.З (приложение В), а затем рассчитанное по формуле (9) значение плотности р( приводят к темпе­ ратуре 15 °С, используя таблицы А.1 — А.З (приложение А). Результат расчета значений плотности по формуле (9) округляют до 0,1 кг/м3

При приведении плотности нефти, нефтепродуктов или смазочных масел к требуемым условиям по температуре и давлению найденное по таблицам А.1 — А.З (приложение А) значение плотности приводят к требуемой температуре, используя таблицы Б.1 — Б.З (приложение Б), а затем, найденное по этим табли­ цам значение плотности р( приводят к требуемому избыточному давлению Р по формуле (10), используя значения коэффициентов сжимаемости уь приведенные в таблицах В.1 — В.З (приложение В). Результат расчета значений плотности по формуле (10) округляют до 0,1 кг/м3

PfP2 ~ 1-уt (P2 - P ,)

где Pfp,, Pfpp — значения плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при температуре t и

избыточном давлении Р■, и Р2, соответственно;

уf— значение коэффициента сжимаемости, приведенное в таблицах В.1 — В.З (приложение В). Формулу (11) допускается применять при разности давлений Р■, и Р2не более 5 МПа. Результат расчета значений плотности по формуле (11) округляют до 0,1 кг/м3.

5

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Р50.2.076— 2010

4.5Таблицы Г.1 — Г.З (приложение Г) применяют для пересчета по температуре плотности нефти, нефтепродуктов и смазочных масел при разности температуры измерения t, и температуры приведения плотности /2 не более 10 °С по формуле

где р(1 — значение коэффициента объемного расширения нефти, нефтепродуктов и смазочных ма­ сел при температуре /1; приведенное в таблицах Г.1 — Г.З (приложение Г).

Формулу (12) допускается применять при разности температур Г, и f2 не более 10 °С. Результат расчета значений плотности по формуле (12) округляют до 0,1 кг/м3.

4.6 Таблицы пересчета плотности А.1 — А.З (приложение А) и таблицы Б.1 — Б.З (приложение Б) составлены с дискретностью по плотности — 10,0 кг/м3, по температуре — 1,0 °С. Для значений плотности р(, не кратных 10,0 кг/м3 и/или значений температур f, не кратных 1,0 °С, значения приведенной плотности рпр рассчитывают путем интерполяции.

Пример — Плотность нефти при температуре 12,3 °С равна 830,9 кг/м3, требуется определить плотность нефти при температуре 15 °С.

Процедура определения значения плотности при температуре 15,0 °С следующая:

Шаг 1. Округляют значение плотности до ближайшего значения кратного 10,0 кг/м3: 830,0 кг/м3. Шаг 2. Округляют значение температуры до ближайшего наименьшего и ближайшего наибольшего

значения кратного 1,0 °С: 12,0 °С и 13,0 °С, соответственно.

Шаг 3. В горизонтальной графе «Плотность нефти при температуре t °С» таблицы А.1 (приложе­ ние А) находят округленное значение плотности: 830,0 кг/м3.

Шаг 4. В вертикальной графе «t °С» таблицы А.1 (приложение А) находят округленные величины температур: 12,0 °С и 13,0 °С.

Шаг 5. На пересечении значений температур и плотности находят приведенные значения плотно­ сти нефти при 15 °С: 827,8 кг/м3 и 828,5 кг/м3 соответственно.

Шаг 6. По разности приведенных значений плотности рассчитывают температурную поправку к плотности, приходящуюся на 1,0 °С, то есть a = (828,5-827,8) кг/м3 = 0,7 кг/м3.

Шаг 7. К приведенному значению плотности, соответствующему значению температуры, округ­ ленному до ближайшего значения кратного 1,0 °С (то есть 12,0 °С), прибавляют (вычитают) величину, на которую было уменьшено (увеличено) значение измеренной плотности при округлении плотности, то есть [827,8 + (830,9—830,0)] кг/м3 = (827,8 + 0,9) кг/м3 = 828,7 кг/м3.

Шаг 8. К значению приведенной плотности, полученной по шагу 7, прибавляют (вычитают) величи­ ну, на которую было уменьшено (увеличено) значение приведенной плотности при округлении измеренной температуры, то есть (828,7 + a (12,3— 12,0)) кг/м3 = (828,7 + 0,2) кг/м3 = 828,9 кг/м3.

Рассчитанное значение плотности нефти при температуре 15,0 °С равно 828,9 кг/м3.

4.7 Таблицы коэффициентов сжимаемости В.1 — В.З (приложение В) составлены с дискретностью по плотности — 10,0 кг/м3, по температуре — 1,0 °С. При определении коэффициентов сжимаемости, значе­ ние температуры /округляют до целых значений. Для значений плотности р(, не кратных 10,0 кг/м3, значе­ ния коэффициентов сжимаемости рассчитывают путем интерполяции.

Пример - Плотность нефти при температуре 12,3 °С равна 830,9 кг/м3, требуется определить коэффициент сжимаемости нефти при температуре 12,3 °С.

Процедура определения значения коэффициент сжимаемости нефти следующая: Шаг 1. Округляют значение температуры 12,3 °С до целочисленного значения: 12,0 °С.

Шаг 2. Округляют значение плотности 830,9 кг/м3 до ближайшего меньшего и ближайшего большего значения кратного 10,0 кг/м3: 830,0 кг/м3 и 840,0 кг/м3 соответственно.

Шаг 3. В вертикальной графе «t °С» таблицы В.1 (приложение В) находят округленное значение температуры: 12,0 °С.

Шаг 4. В горизонтальной графе «Плотность нефти при температуре t °С» таблицы В.1 (приложе­ ние В) находят округленные значения плотности: 830,0 кг/м3 и 840,0 кг/м3.

Шаг 5. На пересечении значений температуры 12,0 °С и плотностей 830,0 кг/м3 и 840,0 кг/м3 нахо­ дят значения коэффициента сжимаемости нефти: 0,761 ■10~3 МПа~1 и 0,737 ■10г3 МПа~1 соответствен­ но.

Шаг 6. Рассчитывают изменение значения коэффициента сжимаемости, приходящиеся на 1,0 кг/м3, то есть 0,761-0,737 10-з МПа-1 _ 0,0024 10~3 МПа~1.

6

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Р 50.2.076— 2010

Шаг 7. К значению коэффициента сжимаемости, соответствующего значению плотности, округ­ ленному до ближайшего значения кратного 10,0 кг/м3 (то есть 830,0 кг/м3), прибавляют (вычитают) величину, на которую было уменьшено (увеличено) значение коэффициента сжимаемости при округле­ нии плотности, то есть [0,761—0,0024 (830,9—830,0)] 10~3 МПа~1 = 0,759 10~3 МПа~1.

Значение коэффициента сжимаемости нефти при температуре 12,3 °С равно 0,759 10г3 МПа~1.

4.8Таблицы коэффициентов объемного расширения Г.1 — Г.З (приложение Г) составлены с дискрет­ ностью по плотности — 10,0 кг/м3, по температуре — 5,0 °С. При определении коэффициентов объемного расширения значение температуры t округляют до целых значений, кратных 5,0 °С, для значений плотности р(, не кратных 10,0 кг/м3, значения коэффициентов объемного расширения рассчитывают путем интерполяции (аналогично 4.7).

4.9Таблицы пересчета плотности содержат дополнительные погрешности , связанные с дискрет­ ностью шага по плотности и температуре, а также с округлением приведенной плотности до 0,1 кг/м3. Поэтому предпочтительнее проводить расчет плотности по программе пересчета плотности.

5 Программа приведения плотности

Программа «Приведение плотности нефти и нефтепродуктов» разработана и аттестована ГНМЦ ФГУП «ВНИИР, в соответствии с требованиями рекомендации [3]. По результатам аттестации программы уста­ новлено:

-алгоритм программы обеспечивает расчет плотности, коэффициентов объемного расширения и сжи­ маемости нефти, нефтепродуктов и смазочных масел по формулам (1) — (7) и соответствует требованиям документа [1];

-абсолютная погрешность расчета плотности не более 0,01 кг/м3;

-относительная погрешность расчета коэффициентов объемного расширения и сжимаемости не бо­ лее 0,01 %.

7