壓縮天然氣加氣機(jī)檢定中存在的問題及對策建議

陳帥，司新華，付學(xué)斌，范連新

（1.濱州市檢驗(yàn)檢測中心；2.濱州市知識產(chǎn)權(quán)維權(quán)援助中心，山東 濱州 256606）

壓縮天然氣加氣機(jī)屬于強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具，其計(jì)量準(zhǔn)確度直接關(guān)系到貿(mào)易公平，影響經(jīng)營方與消費(fèi)者的實(shí)際利益，是計(jì)量管理的重要對象，所以壓縮天然氣加氣機(jī)的檢定工作受到社會(huì)的高度關(guān)注。壓縮天然氣加氣機(jī)的計(jì)量檢定結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠，更體現(xiàn)了計(jì)量檢定的公正性和法治性。

1 壓縮天然氣加氣機(jī)簡介

壓縮天然氣加氣機(jī)是為汽車儲(chǔ)氣容器充裝壓縮天然氣，并帶有計(jì)量和計(jì)價(jià)等裝置的專用設(shè)備。

1.1 壓縮天然氣加氣機(jī)構(gòu)造

壓縮天然氣加氣機(jī)由質(zhì)量流量計(jì)、電子計(jì)控器、拉斷閥、快速切斷閥、加氣槍等主要部分組成的一個(gè)完整的壓縮天然氣累積量測量系統(tǒng)。

1.2 壓縮天然氣加氣機(jī)工作原理

氣源中的天然氣進(jìn)入加氣機(jī)后，經(jīng)過進(jìn)氣閥、氣體過濾器、電磁閥，進(jìn)入質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，然后經(jīng)過快速切斷閥、拉斷閥、高壓軟管和加氣槍注入儲(chǔ)氣容器，完成加氣工作。電子計(jì)控器控制加氣過程，并根據(jù)流量計(jì)輸出的流量信號和限壓傳感器輸出的壓力信號等進(jìn)行運(yùn)算、顯示和控制電磁閥。圖1為壓縮天然氣加氣機(jī)的工作原理圖。

圖1 帶限壓保護(hù)功能加氣機(jī)的工作原理圖

2 壓縮天然氣加氣機(jī)檢定方法

根據(jù)JJG996-2012《壓縮天然氣加氣機(jī)》檢定規(guī)程，壓縮天然氣加氣機(jī)的最大允許誤差為±1.0%。示值誤差的計(jì)算公式如式（1）所示。

式中，E為測量的示值誤差，%；MJ測量時(shí)加氣機(jī)的示值，kg；MS為測量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的示值，kg。

根據(jù)計(jì)量法規(guī)定，強(qiáng)制檢定計(jì)量器具的檢定執(zhí)行檢定規(guī)程，檢定規(guī)程中壓縮天然氣加氣機(jī)的檢定方法分為質(zhì)量法和標(biāo)準(zhǔn)表法。

2.1 質(zhì)量法

質(zhì)量法是一種靜態(tài)檢定法，質(zhì)量法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置選用高準(zhǔn)確度等級的電子天平作為主標(biāo)準(zhǔn)器，將電子天平的示值作為標(biāo)準(zhǔn)值，加氣機(jī)的讀數(shù)作為測量值，通過式（1）計(jì)算得到該加氣機(jī)的示值誤差，判定是否合格（圖2）。

圖2 質(zhì)量法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置工作原理圖

2.2 標(biāo)準(zhǔn)表法

標(biāo)準(zhǔn)表法是一種動(dòng)態(tài)檢定法。標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置選用準(zhǔn)確度高的高壓氣體質(zhì)量流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表。將標(biāo)準(zhǔn)裝置串聯(lián)在加氣機(jī)與儲(chǔ)氣瓶之間，連通后標(biāo)準(zhǔn)裝置清零加氣，天然氣經(jīng)過加氣槍進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)裝置，再加入儲(chǔ)氣瓶。以標(biāo)準(zhǔn)裝置的讀數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)值，加氣機(jī)的讀數(shù)作為測量值，通過公式（1）計(jì)算得到誤差，判定是否合格（圖3）。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置工作原理圖

3 影響壓縮天然氣加氣機(jī)檢定結(jié)果的因素

3.1 加氣機(jī)自身的影響

加氣機(jī)的核心部件是質(zhì)量流量計(jì)，加氣機(jī)內(nèi)質(zhì)量流量計(jì)的準(zhǔn)確度難以保證。但加氣站一般不拆卸質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢定、校準(zhǔn)，只按照檢定規(guī)程對加氣機(jī)整機(jī)進(jìn)行檢定，所以會(huì)影響加氣機(jī)計(jì)量的穩(wěn)定性和重復(fù)性。同時(shí)，電磁閥、電磁計(jì)控器、拉斷閥、快速切斷閥也會(huì)磨損老化，影響加氣機(jī)的計(jì)量準(zhǔn)確度。

3.2 計(jì)量單位的影響

目前各法檢定機(jī)構(gòu)多數(shù)以標(biāo)準(zhǔn)表法進(jìn)行檢定，市場使用的壓縮天然氣加氣機(jī)和各法定計(jì)量機(jī)構(gòu)的檢定裝置，皆采用質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量，即計(jì)量單位為（kg），但物價(jià)部門以（m3）計(jì)價(jià)。要實(shí)現(xiàn)計(jì)量單位到結(jié)算單位的轉(zhuǎn)換，需要在電子計(jì)控器上引入天然氣密度參數(shù)，利用式（2）進(jìn)行單位換算，達(dá)到計(jì)價(jià)的目的。

式中，V為天然氣體積，m3；m為天然氣質(zhì)量，kg；ρ為天然氣密度，kg/m3；K為加氣機(jī)當(dāng)量系數(shù)。

由式（2）可得，影響天然氣體積的因素分別為質(zhì)量、密度、加氣機(jī)當(dāng)量系數(shù)。質(zhì)量可由質(zhì)量流量計(jì)測量，可準(zhǔn)確控制；當(dāng)量系數(shù)為加氣機(jī)安裝完成后設(shè)置，可通過對當(dāng)量系數(shù)的微調(diào)控制加氣機(jī)的誤差。密度為人工輸入加氣機(jī)中的參數(shù)。加氣站的氣源不固定，不同氣源的密度不同，即使同一氣源的天然氣，密度也難以保證不變。目前的做法是將壓縮天然氣密度固定在一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，即0.7000kg/m3，這顯然無法反映天然氣的真實(shí)狀況，從而無法保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。

3.3 密度的影響

上文中提到，天然氣密度不穩(wěn)定，難以現(xiàn)場檢測。壓縮天然氣加氣機(jī)檢定裝置中需要手動(dòng)輸入被檢天然氣密度，從而計(jì)算被檢天然氣的體積，與加氣機(jī)體積示值對比，計(jì)算誤差。然而，針對某一批次的天然氣，加氣機(jī)可能根據(jù)氣質(zhì)報(bào)告更改了密度，但是，檢定裝置依然使用固定的經(jīng)驗(yàn)密度值，也可能檢定時(shí)檢定裝置更改了密度，但加氣機(jī)中的密度未更改，這就導(dǎo)致了計(jì)量的不準(zhǔn)確。根據(jù)式（2）可得出，以加氣機(jī)設(shè)定經(jīng)驗(yàn)密度值0.7000kg/m3為例，如果檢定裝置密度改變0.01kg/m3，計(jì)量誤差就會(huì)改變1.4%左右，已超過加氣機(jī)的最大允許誤差。

選取一加氣站穩(wěn)定計(jì)量的壓縮天然氣加氣機(jī)一臺，在不改變其他因素的情況下，改變加氣機(jī)中的密度參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，檢定裝置中，天然氣的密度統(tǒng)一設(shè)定為0.7000kg/m3，試驗(yàn)結(jié)果如表1～3所示。

表1 加氣機(jī)中密度設(shè)置0.6900kg/m加氣機(jī)示值誤差表

由試驗(yàn)可得出，密度改變0.01kg/m3，加氣機(jī)的示值誤差變化1.35%左右，與式（2）理論計(jì)算得出的誤差變化值接近。可見密度對加氣機(jī)示值誤差影響較大。

3.4 溫度和壓力的影響

壓縮天然氣的密度是溫度為20℃，大氣壓力值為101.325kPa下統(tǒng)一狀態(tài)的密度。密度隨著溫度的升高而降低，隨著壓力的升高而升高。在一般情況下，溫度和壓力不會(huì)對質(zhì)量流量計(jì)產(chǎn)生影響，而環(huán)境溫度和壓力改變時(shí)，會(huì)對壓縮天然氣的密度產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致其密度與提前輸入至加氣機(jī)中的密度值存在偏差。但在壓縮天然氣加氣機(jī)檢定過程中，加氣機(jī)的壓力和溫度與檢定裝置的壓力和溫度基本一致，此處可忽略壓力和溫度變化對檢定結(jié)果的影響。但是，溫度變化對天然氣的計(jì)量影響較大，特別是在冬季低溫時(shí)，加氣站計(jì)量問題的投訴次數(shù)明顯增加。溫度對天然氣體積的影響如式（3）所示：

表2 加氣機(jī)中密度設(shè)置0.7000kg/m3加氣機(jī)示值誤差表

表3 加氣機(jī)中密度設(shè)置0.7100kg/m3加氣機(jī)示值誤差表

式中，Vg為測量條件下天然氣的體積；Vb為基準(zhǔn)氣體溫度下的體積；Tb為測量條件下的天然氣溫度(tg+273.15k)；Tg為基準(zhǔn)氣體熱力學(xué)溫度293.15K（20℃）。

以0℃時(shí)為例，天然氣體積較20℃時(shí)減少7.3%，在質(zhì)量一定的情況下，此時(shí)的密度比20℃時(shí)增加7.3%。在不改變加氣機(jī)密度設(shè)置的情況下，加氣機(jī)無法滿足計(jì)量要求。但因加氣機(jī)檢定裝置的工況溫度與加氣機(jī)相近，無法實(shí)際檢測出此時(shí)的計(jì)量超差。

3.5 人為因素的影響

加氣機(jī)計(jì)量誤差是通過天然氣密度和當(dāng)量系數(shù)來調(diào)整的，個(gè)別加氣站人員通過私自調(diào)整密度和當(dāng)量系數(shù)獲取不當(dāng)利益，從而造成計(jì)量監(jiān)管的風(fēng)險(xiǎn)。

4 對壓縮天然氣加氣機(jī)檢定監(jiān)管的建議

4.1 提高加氣機(jī)自身準(zhǔn)確度

加氣站經(jīng)營者須定期對加氣機(jī)進(jìn)行維保，保證加氣機(jī)各部位合格。通過每次的強(qiáng)制檢定數(shù)據(jù)，制作加氣機(jī)穩(wěn)定性折線圖，以觀測加氣機(jī)的穩(wěn)定性和重復(fù)性。定期對加氣機(jī)內(nèi)的質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢定、校準(zhǔn)，保證加氣機(jī)核心部件的準(zhǔn)確度。

4.2 改變計(jì)價(jià)方法

計(jì)量單位與結(jié)算單位不一致可通過修改計(jì)價(jià)單位和計(jì)價(jià)方式來解決。如浙江省已于2015年將壓縮天然氣加氣機(jī)結(jié)算單位由（m3）改為（kg），消除密度的影響。也可使用目前大力推廣的能源計(jì)量。天然氣的價(jià)值所在是其蘊(yùn)含的發(fā)熱量，因此，能量計(jì)量法要比體積計(jì)量法和質(zhì)量計(jì)量法更能體現(xiàn)天然氣的本質(zhì)價(jià)值，也更公平合理。

4.3 及時(shí)更新密度參數(shù)

應(yīng)針對每批次氣源，根據(jù)氣質(zhì)報(bào)告，及時(shí)更新加氣機(jī)中的密度參數(shù)。

在進(jìn)行計(jì)量檢定時(shí)，首先，應(yīng)根據(jù)氣質(zhì)報(bào)告檢查加氣機(jī)中的密度參數(shù)是否正確；其次，在檢定裝置中輸入氣質(zhì)報(bào)告中的密度，消除密度設(shè)置不統(tǒng)一帶來的影響。

4.4 增加溫補(bǔ)裝置

溫度對加氣機(jī)計(jì)量的影響較大，檢定裝置也處在相同工況下，無法將溫度的影響計(jì)算進(jìn)去。可參照目前的溫補(bǔ)膜式燃?xì)獗恚诩託鈾C(jī)計(jì)控器和加氣機(jī)檢定裝置上加入溫度補(bǔ)償，根據(jù)式（3）計(jì)算，可降低溫度對計(jì)量的影響。

4.5 加強(qiáng)計(jì)量監(jiān)管

加氣機(jī)密度的輸入必須由法定計(jì)量檢定部門進(jìn)行統(tǒng)一管理，如果加氣站需要調(diào)整密度，必須向法定計(jì)量檢定部門申請，由檢定人員統(tǒng)一做出密度調(diào)整，并將加氣機(jī)主板、調(diào)整機(jī)構(gòu)加鉛封，經(jīng)檢定合格后方可使用。

5 結(jié)語

本文介紹了加氣機(jī)的工作原理和檢定方法，根據(jù)壓縮天然氣加氣機(jī)檢定中發(fā)現(xiàn)的問題，分析了加氣機(jī)計(jì)量檢定的影響因素，并提出了合理化的對策建議。但是，要想改變加氣機(jī)計(jì)量檢定存在的問題根源，必須推進(jìn)加氣機(jī)貿(mào)易結(jié)算單位的改革，最終才能解決密度因素帶來的計(jì)量問題。