ISO 12213-2:2006
(Main)Natural gas — Calculation of compression factor — Part 2: Calculation using molar-composition analysis
Natural gas — Calculation of compression factor — Part 2: Calculation using molar-composition analysis
ISO 12213 specifies methods for the calculation of compression factors of natural gases, natural gases containing a synthetic admixture and similar mixtures at conditions under which the mixture can exist only as a gas. It is divided into three parts: this part, ISO 12213-2:2006, specifies a method for the calculation of compression factors when the detailed composition of the gas by mole fractions is known, together with the relevant pressures and temperatures. The method is applicable to pipeline quality gases within the ranges of pressure p and temperature T at which transmission and distribution operations normally take place, with an uncertainty of about +/- 0,1 %. It can be applied, with greater uncertainty, to wider ranges of gas composition, pressure and temperature.
Gaz naturel — Calcul du facteur de compression — Partie 2: Calcul à partir de l'analyse de la composition molaire
L'ISO 12213 spécifie des méthodes pour le calcul des facteurs de compression des gaz naturels, des gaz naturels contenant un adjuvant synthétique et de mélanges similaires dans des conditions telles que le mélange ne peut exister que sous forme gazeuse. Elle est divisée en trois parties: la présente partie, l'ISO 12213-2:2006, spécifie une méthode pour le calcul des facteurs de compression lorsque la composition détaillée du gaz par fractions molaires est connue, ainsi que les pressions et les températures correspondantes. La méthode est applicable au gaz de qualité réseau dans les plages de pression, p, et de température, T, dans lesquelles s'effectuent normalement les opérations de transport et de distribution, avec une incertitude de l'ordre de +/- 0,1 %. Elle peut s'appliquer, avec une incertitude plus élevée, à des plages plus étendues de composition des gaz, de pression et de température.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12213-2
Second edition
2006-11-15
Natural gas — Calculation of
compression factor —
Part 2:
Calculation using molar-composition
analysis
Gaz naturel — Calcul du facteur de compression —
Partie 2: Calcul à partir de l'analyse de la composition molaire
Reference number
©
ISO 2006
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword. iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Method of calculation. 2
4.1 Principle. 2
4.2 The AGA8-92DC equation . 2
4.3 Input variables. 3
4.4 Ranges of application. 3
4.5 Uncertainty . 5
5 Computer program . 7
Annex A (normative) Symbols and units. 8
Annex B (normative) Description of the AGA8-92DC method. 10
Annex C (normative) Example calculations . 18
Annex D (normative) Pressure and temperature conversion factors. 19
Annex E (informative) Performance over wider ranges of application. 20
Annex F (informative) Subroutines in Fortran for the AGA8-92DC method. 25
Bibliography . 32
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 12213-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 193, Natural gas, Subcommittee SC 1, Analysis
of natural gas.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 12213-2:1997), Table 1 of which has been
technically revised.
ISO 12213 consists of the following parts, under the general title Natural gas — Calculation of compression
factor:
⎯ Part 1: Introduction and guidelines
⎯ Part 2: Calculation using molar-composition analysis
⎯ Part 3: Calculation using physical properties
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 12213-2:2006(E)
Natural gas — Calculation of compression factor —
Part 2:
Calculation using molar-composition analysis
1 Scope
ISO 12213 specifies methods for the calculation of compression factors of natural gases, natural gases
containing a synthetic admixture and similar mixtures at conditions under which the mixture can exist only as a
gas.
This part of ISO 12213 specifies a method for the calculation of compression factors when the detailed
composition of the gas by mole fractions is known, together with the relevant pressures and temperatures.
The method is applicable to pipeline quality gases within the ranges of pressure p and temperature T at which
transmission and distribution operations normally take place, with an uncertainty of about ± 0,1 %. It can be
applied, with greater uncertainty, to wider ranges of gas composition, pressure and temperature (see
Annex E).
More detail concerning the scope and field of application of the method is given in ISO 12213-1.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 6976, Natural gas — Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe index from
composition
ISO 12213-1, Natural gas — Calculation of compression factor — Part 1: Introduction and guidelines
ISO 80000-4, Quantities and units — Part 4: Mechanics
ISO 80000-5, Quantities and units — Part 5: Thermodynamics
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 12213-1 apply.
4 Method of calculation
4.1 Principle
The method recommended uses an equation based on the concept that pipeline quality natural gas may be
uniquely characterized for calculation of its volumetric properties by component analysis. This analysis,
together with the pressure and temperature, are used as input data for the method.
The method uses a detailed molar-composition analysis in which all constituents present in amounts
exceeding a mole fraction of 0,000 05 should be represented. Typically, this includes all alkane hydrocarbons
up to about C or C together with nitrogen, carbon dioxide and helium.
7 8
For other gases, additional components such as water vapour, hydrogen sulfide and ethylene need to be
taken into consideration (see Reference [1] in the Bibliography).
For manufactured gases, hydrogen and carbon monoxide are also likely to be significant components.
4.2 The AGA8-92DC equation
The compression factor is determined using the AGA8 detailed characterization equation (denoted hereafter
as the AGA8-92DC equation). This is an extended virial-type equation. The equation is described in
[1]
AGA Report No. 8 . It may be written as
18 58
** kb k
nn n
ZB=+1eρρ− C+ Cb−ckρ ρxp−cρ (1)
mr∑∑nn(nnnr )r ( nr )
nn==13 13
where
Z is the compression factor;
B is the second virial coefficient;
ρ is the molar density (moles per unit volume);
m
ρ is the reduced density;
r
b , c , k are constants (see Table B.1);
n n n
∗
C are coefficients which are functions of temperature and composition.
n
The reduced density ρ is related to the molar density ρ by the equation
r m
ρ = K ρ (2)
rm
where K is a mixture size parameter.
The molar density can be written as
ρ = p ZRT (3)
( )
m
where
p is the absolute pressure;
R is the universal gas constant;
T is the absolute temperature.
2 © ISO 2006 – All rights reserved
∗
Z is calculated as follows: first the values of B and C (n = 13 to 58) are calculated, using relationships given in
n
Annex B. Equations (1) and (3) are then solved simultaneously for ρ and Z by a suitable numerical method
m
(see Figure B.1).
4.3 Input variables
The input variables required for use with the AGA8-92DC equation are the absolute pressure, absolute
temperature and molar composition.
The composition is required, by mole fraction, of the following components: nitrogen, carbon dioxide, argon,
methane, ethane, propane, n-butane, methyl-2-propane (iso-butane), n-pentane, methyl-2-butane (iso-
pentane), hexanes, heptanes, octanes, nonanes, decanes, hydrogen, carbon monoxide, hydrogen sulfide,
helium, oxygen and water.
NOTE If the mole fractions of the heptanes, octanes, nonanes and decanes are unknown, then use of a composite
C fraction may be acceptable. The user should carry out a sensitivity analysis in order to test whether a particular
6+
approximation of this type degrades the result.
All components with mole fractions greater than 0,000 05 shall be accounted for. Trace components (such as
ethylene) shall be treated as given in Table 1.
If the composition is known by volume fractions, these shall be converted to mole fractions using the method
given in ISO 6976. The sum of all mole fractions shall be unity to within 0,000 1.
4.4 Ranges of application
4.4.1 Pipeline quality gas
The ranges of application for pipeline quality gas are as defined below:
absolute pressure 0 MPa u p u 12 MPa
temperature 263 K u T u 338 K
−3 −3
superior calorific value 30 MJ⋅m u H u 45 MJ⋅m
S
relative density 0,55 u d u 0,80
The mole fractions of the natural-gas components shall be within the following ranges:
methane 0,7 u x u 1,00
CH
nitrogen 0 u x u 0,20
N
carbon dioxide 0 u x u 0,20
CO
ethane 0 u x u 0,10
C H
2 6
propane 0 u x u 0,035
C H
3 8
butanes 0 u x u 0,015
C H
4 10
pentanes 0 u x u 0,005
C H
5 12
hexanes 0 u x u 0,001
C
heptanes 0 u x u 0,000 5
C
octanes plus higher hydrocarbons 0 u x u 0,000 5
C
8+
hydrogen 0 u x u 0,10
H
carbon monoxide 0 u x u 0,03
CO
helium 0 u x u 0,005
He
water 0 u x u 0,000 15
H O
Any component for which x is less than 0,000 05 can be neglected.
i
Minor and trace components are listed in Table 1.
Table 1 — Minor and trace components
Minor and trace component Assigned component
Oxygen Oxygen
Argon, neon, krypton, xenon Argon
Hydrogen sulfide Hydrogen sufide
Nitrous oxide Carbon dioxide
Ammonia Methane
Ethylene, acetylene, methanol (methyl alcohol), hydrogen Ethane
cyanide
Propylene, propadiene, methanethiol (methyl mercaptan) Propane
Butenes, butadienes, carbonyl sulfide (carbon oxysulfide), n-Butane
sulfur dioxide
Neo-pentane, pentenes, benzene, cyclopentane, carbon n-Pentane
disulfide
All C−isomers, cyclohexane, toluene, methylcyclopentane n-Hexane
All C−isomers, ethylcyclopentane, methylcyclohexane, n-Heptane
cycloheptane, ethylbenzene, xylenes
All C−isomers, ethylcyclohexane n-Octane
All C−isomers n-Nonane
All C −isomers and all higher hydrocarbons n-Decane
The method applies only to mixtures in the single-phase gaseous state (above the dew point) at the conditions
of temperature and pressure of interest.
4.4.2 Wider ranges of application
The ranges of application tested beyond the limits given in 4.4.1 are:
absolute pressure 0 MPa u p u 65 MPa
temperature 225 K u T u 350 K
relative density 0,55 u d u 0,90
−3 −3
superior calorific value 20 MJ⋅m u H u 48 MJ⋅m
S
4 © ISO 2006 – All rights reserved
The allowable mole fractions of the major natural-gas components are:
methane 0,50 u x u 1,00
CH
nitrogen 0 u x u 0,50
N
carbon dioxide 0 u x u 0,30
CO
ethane 0 u x u 0,20
C H
2 6
propane 0 u x u 0,05
C H
3 8
hydrogen 0 u x u 0,10
H
The limits for minor and trace gas components are as given in 4.4.1 for pipeline quality gas. For use of the
method outside these ranges, see Annex E.
4.5 Uncertainty
4.5.1 Uncertainty for pipeline quality gas
The uncertainty of results for use on all pipeline quality gas within the limits described in 4.4.1 is ± 0,1 % (for
the temperature range 263 K to 350 K and pressures up to 12 MPa) (see Figure 1). For temperatures above
290 K and at pressures up to 30 MPa the uncertainty of the result is also ± 0,1 %.
For lower
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 12213-2
Deuxième édition
2006-11-15
Gaz naturel — Calcul du facteur de
compression —
Partie 2:
Calcul à partir de l'analyse de la
composition molaire
Natural gas — Calculation of compression factor —
Part 2: Calculation using molar-composition analysis
Numéro de référence
©
ISO 2006
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Version française parue en 2009
Publié en Suisse
ii © ISO 2006 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Méthode de calcul. 2
4.1 Principe. 2
4.2 Équation AGA8-92DC . 2
4.3 Variables d'entrée . 3
4.4 Plages d'application . 3
4.5 Incertitude. 5
5 Programme informatique . 7
Annexe A (normative) Symboles et unités . 8
Annexe B (normative) Description de la méthode AGA8-92DC . 10
Annexe C (normative) Exemples de calculs. 19
Annexe D (normative) Facteurs de conversion pour la pression et la température . 20
Annexe E (informative) Performance pour des plages d'application plus étendues . 21
Annexe F (informative) Sous-routines en langage Fortran pour la méthode AGA8-92DC . 26
Bibliographie . 33
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 12213-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 193, Gaz naturel, sous-comité SC 1, Analyse
du gaz naturel.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 12213-2:1997), dont le Tableau 1 a fait
l'objet d'une révision technique.
L'ISO 12213 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Gaz naturel — Calcul du facteur
de compression:
⎯ Partie 1: Introduction et lignes directrices
⎯ Partie 2: Calcul à partir de l'analyse de la composition molaire
⎯ Partie 3: Calcul à partir des caractéristiques physiques
iv © ISO 2006 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 12213-2:2006(F)
Gaz naturel — Calcul du facteur de compression —
Partie 2:
Calcul à partir de l'analyse de la composition molaire
1 Domaine d'application
L'ISO 12213 spécifie des méthodes pour le calcul des facteurs de compression des gaz naturels, des gaz
naturels contenant un adjuvant synthétique et de mélanges similaires dans des conditions telles que le
mélange ne peut exister que sous forme gazeuse.
La présente partie de l'ISO 12213 spécifie une méthode pour le calcul des facteurs de compression lorsque la
composition détaillée du gaz par fractions molaires est connue, ainsi que les pressions et les températures
correspondantes.
La méthode est applicable au gaz de qualité réseau dans les plages de pression, p, et de température, T,
dans lesquelles s'effectuent normalement les opérations de transport et de distribution, avec une incertitude
de l’ordre de ± 0,1 %. Elle peut s'appliquer, avec une incertitude plus élevée, à des plages plus étendues de
composition des gaz, de pression et de température (voir Annexe E).
L'ISO 12213-1 fournit plus de détails concernant le domaine et le champ d'application de la méthode.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 6976, Gaz naturel — Calcul du pouvoir calorifique, de la masse volumique, de la densité relative et de
l'indice de Wobbe à partir de la composition
ISO 12213-1, Gaz naturel — Calcul du facteur de compression — Partie 1: Introduction et lignes directrices
ISO 80000-4, Grandeurs et unités — Partie 4: Mécanique
ISO 80000-5, Grandeurs et unités — Partie 5: Thermodynamique
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 12213-1 s'appliquent.
4 Méthode de calcul
4.1 Principe
La méthode recommandée utilise une équation basée sur le concept selon lequel tout gaz naturel peut être
caractérisé de manière unique pour le calcul de ses propriétés volumétriques par l'analyse de composants.
Cette analyse ainsi que la pression et la température sont utilisées comme données d'entrée pour la méthode.
La méthode utilise une analyse détaillée de la composition molaire dans laquelle il convient de représenter
tous les composants présents en des quantités supérieures à une fraction molaire de 0,000 05.
Classiquement, ceux-ci incluent tous les hydrocarbures alcanes jusqu'à C ou C ainsi que l'azote, le dioxyde
7 8
de carbone et l'hélium.
Dans le cas d'autres gaz, d'autres composants tels que la vapeur d'eau, l'hydrogène sulfuré et l'éthylène
doivent être pris en considération (voir Référence [1] dans la Bibliographie).
Dans le cas de gaz manufacturés, l'hydrogène et le monoxyde de carbone représentent aussi de possibles
composants significatifs.
4.2 Équation AGA8-92DC
Le facteur de compression est déterminé au moyen de l'équation détaillée de caractérisation AGA8 (ci-après
nommée l'équation AGA8-92DC). Il s'agit d'une équation étendue de type viriel. L'équation est décrite dans le
[1]
Rapport N° 8 de l'AGA . Elle peut s'écrire sous la forme suivante:
18 58
kb k
**
nn n
ZB=+1eρρ− C + Cb −ckρ ρxp−cρ (1)
mr∑∑nnnnnr )r nr )
( (
nn==13 13
où
Z est le facteur de compression;
B est le second coefficient du viriel;
ρ est la densité molaire (moles par unité de volume);
m
ρ est la densité réduite;
r
b , c , k sont des constantes (voir Tableau B.1);
n n n
∗
C sont des coefficients qui sont fonction de la température et de la composition.
n
La densité réduite ρ est liée à la densité molaire ρ par l'équation
r m
ρ = K ρ (2)
rm
où K est un paramètre de taille du mélange.
La densité molaire peut être exprimée comme
ρ = p ZRT (3)
( )
m
où
p est la pression absolue;
R est la constante des gaz parfaits;
T est la température absolue.
2 © ISO 2006 – Tous droits réservés
∗
Z est calculé de la manière suivante: on calcule d'abord les valeurs de B et de C (n = 13 à 58) à l'aide des
n
relations indiquées dans l'Annexe B. On résout alors simultanément les Équations (1) et (3) pour ρ et Z au
m
moyen d'une méthode numérique adéquate (voir Figure B.1).
4.3 Variables d'entrée
Les variables d'entrée requises pour l'équation AGA8-92DC sont la pression absolue, la température absolue
et la composition molaire.
La composition des composants suivants est requise, sous forme de fraction molaire: azote, dioxyde de
carbone, argon, méthane, éthane, propane, n-butane, méthyl-2-propane (isobutane), n-pentane, méthyl-2-
butane (isopentane), hexanes, heptanes, octanes, nonanes, décanes, hydrogène, monoxyde de carbone,
hydrogène sulfuré, hélium, oxygène et eau.
NOTE Si les fractions molaires des heptanes, octanes, nonanes et décanes ne sont pas connues, alors l'utilisation
d'une fraction du composite C peut être acceptable. Il convient que l'utilisateur effectue une analyse de sensibilité afin
6+
de contrôler si une approximation particulière de ce type détériore le résultat.
Tous les composants dont la fraction molaire est supérieure à 0,000 05 doivent être comptabilisés. Les
composants à l'état de trace (comme l'éthylène) doivent être traités comme indiqué dans le Tableau 1.
Si la composition est connue sous forme de fractions volumiques, celles-ci doivent être converties en fractions
molaires au moyen de la méthode indiquée dans l'ISO 6976. La somme de toutes les fractions molaires doit
être égale à l'unité à 0,000 1 près.
4.4 Plages d'application
4.4.1 Gaz de qualité réseau
Les plages d'application pour le gaz de qualité réseau sont celles définies ci-après:
pression absolue 0 MPa u p u 12 MPa
température 263 K u T u 338 K
−3 −3
pouvoir calorifique supérieur 30 MJ⋅m u H u 45 MJ⋅m
S
densité relative 0,55 u d u 0,80
Les fractions molaires des composants du gaz naturel doivent se trouver dans les plages suivantes:
méthane 0,7 u x u 1,00
CH
azote 0 u x u 0,20
N
dioxyde de carbone 0 u x u 0,20
CO
éthane 0 u x u 0,10
C H
2 6
propane 0 u x u 0,035
C H
3 8
butanes 0 u x u 0,015
C H
4 10
pentanes 0 ≤ x u 0,005
C H
5 12
hexanes 0 u x u 0,001
C
heptanes 0 u x u 0,000 5
C
octanes plus hydrocarbures supérieurs 0 u x u 0,000 5
C
8+
hydrogène 0 u x u 0,10
H
monoxyde de carbone 0 u x u 0,03
CO
hélium 0 u x u 0,005
He
eau 0 u x u 0,000 15
H O
Tout composant pour lequel x est inférieur à 0,000 05 peut être négligé.
i
Les composants mineurs et à l'état de trace sont énumérés dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Composants mineurs et à l'état de trace
Composant mineur et à l'état de trace Composant attribué
Oxygène Oxygène
Argon, néon, krypton, xénon Argon
Hydrogène sulfuré Hydrogène sulfuré
Oxyde nitreux Dioxyde de carbone
Ammoniac Méthane
Éthylène, acétylène, méthanol (alcool méthylique), Éthane
cyanure d'hydrogène
Propylène, propadiène, méthanethiol (méthylmercaptan) Propane
Butènes, butadiènes, sulfure de carbonyle (oxysulfure de n-Butane
carbone), dioxyde de soufre
Néo-pentane, pentènes, benzène, cyclopentane, sulfure n-Pentane
de carbone
Tous les isomères à C , cyclohexane, toluène, n-Hexane
méthylcyclopentane
Tous les isomères à C , éthylcyclopentane, n-Heptane
méthylcyclohexane, cycloheptane, éthylbenzène, xylènes
Tous les isomères à C , éthylcyclohexane n-Octane
Tous les isomères à C n-Nonane
Tous les isomères à C et tous les hydroca
...
Questions, Comments and Discussion
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