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CNG加气站计量状况浅析

国家原油大流量计量站成都天然气流量分站 丘逢春
中国测试技术研究院热工研究所 赵普俊 雷励


  
随着科学技术和经济的发展,环境污染问题和能源的综合利用越来越受到人们的关注。为了减少城市交通给环境带来的污染,提高天然气的利用率,我国部分城市,特别是拥有丰富天然气资源的四川和重庆地区,许多城市和郊县都开始推广使用经济环保的压缩天然气(以下简称CNG)作为城市和郊县交通车辆的燃料。随着西气东输工程的建立,我国CNG的用量将大幅度的增加,其计量问题也更加突出,已引起政府和广大用户的重视。

   由于CNG销售在我国还处于初级阶段,加气站的计量技术和计量管理还不规范,各加气站所采用的计量方式和计量操作中还存在一些问题值得探讨。本文将对加气站存在的计量问题提出我们粗浅看法,仅供大家共同探讨。

1、 CNG加气站的计量状况
目前我国的CNG加气站的计量主要有两种形式,即质量法和体积法(示表法)两种。

1、1 质量法
质量法是CNG加气站首选的计量方式。采用质量法的加气机一般由科里奥利式质量流量计、电磁阀组、气路系统、显示系统、充气开关组成。该原理加气机所测参量为质量,当以体积显示时,其密度须通过气分析,定期输入加气机。但是,由于这类加气机具有操作方便,计量准确可靠,无人为因素,如同燃油加油机一样,成为CNG加气站首选和技术监督部门首推的计量设备。

1、2 体积法
体积法是较原始的计量方法,它是由一组压力表和阀门组成。其计量方法是在已知气瓶体积的情况下计量充气前后气瓶内气体的压差,再计算出充入气瓶气体的体积。这种计量方法由于没有进行温度和压缩因子补偿,计量误差非常大,加之该方法主要是人工计量操作,存在一定的人为因素。因此,在2001年7月,成都市质量技术监督局已发文取消这种计量方式,在四川省其余地方,这种不合理的计量方式正逐步被淘汰。

2、CNG 加气机存在的计量问题探讨

2、1 加气机密度输入接口不合理
为确保加气机量值的准确可靠,重庆市和四川省先后发布了地方检定规程。四川省于2001年6月由中测院和成都市计量所分别建立了社会公用计量标准,有成都市计量所负责大成都行政范围内加气机的检定工作,中测院负责全省其余州市县的检点工作,目前,这一工作正在进行中。由于CNG加气机属高新技术产品,其发展历史也不长,CNG加气机的国家标准和国家检定规程还未制定出来,导致加气机的设计、生产还不规范。从目前在用加气机来看,进口和国产分为两种。国外产品如意大利、澳大利亚等,国内如北京长空、重庆巨创、省内金星宏意、遂宁川中等,其质量较为可靠。但是,关系计量准确度的密度输入接口都存在问题,或者是其密度更改没有加密,加气站就能任意修改,或者是通过POS机更改,但由于加气机所使用的计量核心部件质量流量计种类较多,如美国罗斯蒙特、丹麦丹佛斯、德国E&H、中测院所产流量计等,对其密度修改的POS机又不一样,计量部门也不可能配备较多的POS机,导致对密度控制的管理难度加大。

2、2 天然气密度对加气机计量准确度的影响
由于用质量流量计测量得到的是质量,而CNG加气机的结算方式是按体积进行结算的,那么天然气的密度就成为两者转换的一个重要参数。如果天然气密度不准,质量流量计再准也不能得到准确的计量结果。目前很多CNG加气站对天然气的密度不重视,部分加气机上所使用的密度不是建站初期的天然气密度,就是机器出厂时输入的密度,根本不能代表所使用天然气的真实密度,甚至在同一站,各加气机的密度也不一致,在检点过程中,发现由此引入的误差高达10%。目前市场上的天然气在线密度检测仪价格是30---60万元,没有适合加气站使用且价廉物美的密度仪,故建议加气站委托计量技术机构定期取样分析天然气组成并计算其密度,确保计量准确可靠。

2、3 CNG加气机的计量准确度
国际法制计量组织正在制定的标准《交通工具用压缩气体燃料测量系统》中将CNG加气机准确度等级确定为1.0、2.0、3.0三种,而我国目前市面上销售和使用的CNG加气机的准确度大多是0.5级和1.0级。我们认为准确度0.5级确定过高,在实际应用中最多只能达到1.0级。从CNG加气机的原理分析,加气机的误差主要由质量流量计的测量误差和天然气密度测量误差,其总不确定度U为;


 式中;

 U质量流量计-------质量流量计的不确定度

 U密度 ---------密度的不确定度

    由于我国目前还没有满足CNG计量专用质量流量计检定的高压天然气实流检定标准装置,所有质量流量计都是用水标准装置检定的,即上式中的U质量流量计是用水为介质检测时得到的不确定度。从荷兰计量院(NederIands Meetinstiuut)对美国罗斯蒙特的Micro Motion CMF100CMF200CMF300三种类型的质量流量计分别用水和天然气进行了检测,发现用天然气为介质检测的不确定度比用水检测的要大(见表一)。由于所进行的实验还不充分,这一工作还需进一步研究。           

   表一、  用不同介质检定质量流量计的结果对比

   流量范围

用天然气检测得到的不确定度

用水检测得到的不确定度

 Qmin~0.2Q max

2.0%   

1.3%

  0.2Qmax~Qmax

1.0%

0.3%

      目前,中测院热工所和成都市计量所建立的0.2CNG加气机在线检定标准装置(仅对质量流量进行检定)。从下面列出的两种具有代表性的加气机的检定情况来看(见表二、表三),示值误差较大,也比较分散。从原因上分析,一是我们检定时的用气量不够,一个字的差异带来的示值误差为0.14%;二是由科里奥利力氏质量流量计的特性所决定,由于其基本误差为一喇叭口型,在小流量时误差比较大。加气机检定过程中,随着储气瓶气压的升高,充气流量由大到小再到零,若小流量持续时间长,无疑最终测量出的误差就比较大,因此,应尽量避免在小流量下来检定加气机。对中测院所生产质量流量计,经验估计其流量不应低于1Kg/min

   表二、 CNG(进口质量流量计)加气机检定情况

   测量次数

  示值误差(%

备注

1

0.75

加气机为重庆流量检测技术研究所标准器厂生产,采用美国罗斯蒙特的Micro Motion质量流量计,型号规格为JQJ-DH-II,出厂编号101004(右)。

2

0.77

3

0.57

4

0.89

5

0.60

6

0.44

7

0.67

8

0.29

9

0.23

10

0.56

 
表三、
   CNG(国产质量流量计)加气机检定情况

测量次数

示值误差  %

备注

1

0.59

加气机为遂宁市迪电工控设备有限公司生产,采用中国测试技术研究院技术开发公司质量流量计,型号规格DJQJ-25/20,出厂编号2001001

2

0.14

3

0.00

4

0.14

5

0.55

6

0.14

7

0.13

 就密度而言,实际应用中的密度不是在线分析测得,而是按国标〈天然气测量技术规范〉的要求每季分析更新一次密度参数,那么密度的不确定度主要取决于气源天然气组成波动情况。从近来某干线气天然气组成数据的统计图可以看出,天然气组成波动造成其密度季变化在0.8%之内。  

     因此,我们认为,从现在加气机的技术水平来看,加气机的准确度等级确定过高,建议参照国际法制计量组织(OIML)的相关标准来确定加气机的准确度。对质量流量进行检定的加气机,其准确度可定位0.5级、1.0级、1.5级。