壓縮天然氣加氣機計量檢定實施方法分析

趙金凱

（臨沂市檢驗檢測中心，山東臨沂 276000）

0 引言

壓縮天然氣具有清潔、成本低的優勢，在我國新能源汽車產業發展中具有廣泛的前景。在汽車壓縮天然氣加氣站系統中，加氣機計量的準確性將直接影響天然氣輸出的質效，并且與汽車使用者花費的燃料費用息息相關。做好壓縮天然氣加氣機計量檢定工作，確保其計量的準確性與一致性，是進行量值傳遞或量值溯源的重要形式；是為國民經濟建設提供計量保證的重要條件；是對全國計量實行國家監督的一種手段。當前用于壓縮天然氣加氣機中的計量儀表主要有質量流量計、容積式流量計和渦輪流量計，介紹壓縮天然氣加氣機質量法檢定以及標準法檢定的實施方法，并就提高壓縮天然氣加氣機計量檢定質量提出建議。

1 壓縮天然氣加氣機結構及工作原理

當前我國各地普遍使用的壓縮天然氣（CNG）加氣機主要由測量變換器及電子計控器兩部分構成，另外還包括拉斷閥、加氣槍等輔助裝置及附加裝置。壓縮天然氣加氣機實質上是一個售氣計量系統，因此其計量的精準性與真實性直接影響著加氣服務的質效。

加氣機工作原理：壓縮天然氣經加氣站輸送，并由高、中、低三路管線進入加氣機，如果為雙槍式壓縮天然氣加氣機，則壓縮天然氣從加氣機底部的管線分左右兩路進入加氣槍的電磁閥。打開相應閥門開始進行一次燃料充裝時，壓縮天然氣先后通過開關閥、質量流量計、加氣軟管、三通球閥、加氣槍進入汽車儲氣瓶。在此過程中，質量流量計內的傳感器會自動獲取氣流量、流速等信息，并將該信息傳遞給變送器，變送器將流量信息轉化為電流等電脈沖信號，經由智能測控系統計算轉化為本次加氣的體積，并在顯示屏顯示金額等數據。同時，加氣過程中顯示屏上的金額、體積等數據會隨著加氣量的增加而變化。

當低壓管道氣壓力與汽車氣瓶內氣壓達到平衡時，智能測控系統接收到來自變換器所提示的“低壓電磁閥流量低于設定值”的信號，系統將自動關閉低壓電磁閥，開啟中壓電磁閥，此時中壓管道氣壓力高于汽車氣瓶內氣壓力，可由加氣槍將壓縮天然氣推送至氣瓶內。當中壓管道氣壓力與汽車氣瓶內壓力達到平衡時，智能測控系統按照上述流程關閉中壓電磁閥，開啟高壓電磁閥進行加氣，直至達到汽車氣瓶容量上限。此時顯示屏上的金額數據不再跳動，顯示出最終的加氣金額。

2 影響壓縮天然氣加氣機計量準確性的因素

影響壓縮天然氣加氣機計量準確性的因素主要包括3 個方面：①質量流量計的性能與運行可靠性。部分質量流量計在長時間使用后會出現零點漂移、重復性等問題。零點漂移問題是指在沒有開始加氣時流量計便顯示出流量，會導致實際加氣金額小于顯示屏顯示的金額，繼而使汽車車主承擔經濟損失。重復性問題是指在相同條件下，使用流量計對同一加氣量進行測量時最終的結果不統一，表明流量計進出口安裝管路存在質量缺陷，但由于進出口安裝管路在流量計出廠時就已被確定，因此無法通過更換或改造的方式解決該問題；②質量與體積的換算。我國大部分壓縮天然氣加氣機以體積單位為結算方式，因此要將質量流量計顯示數值轉化為體積數值，雖然有標準的轉換運算方式，但質量、密度及儀表系數都會影響最終的計量準確性；③密度值的準確性。密度值需要結合壓縮天然氣的組成確定，但根據組成成分計算的密度值具有較大的波動性，并大于經驗密度值，會引發加氣體積量計算的誤差。

3 壓縮天然氣加氣機計量檢定實施方法

3.1 質量法檢定

質量法檢定是壓縮天然氣加氣機計量檢定中常用的方法之一，其主要原理為：通過直接對比通過壓縮天然氣加氣機的氣體或體積質量與標準容器的氣體或體積質量快速而準確地得出計量檢定結果，可以評估壓縮天然氣加氣機計量的準確性[1]。在實際應用中，質量法檢定（圖1）又分為體積量測量以及質量測量兩種類型。

圖1 壓縮天然氣加氣機質量法檢定示意

3.1.1 體積量測量

將加氣機調節為體積量狀態，此時被檢定的計量儀表示數為氣體體積値。準備工作完成后，利用電子天平測量標準質量，體積測量點設置為2 個，分別為3 kg 和5 kg，每一測量點分別檢驗3 次。

實施方法：①利用電子天平精準測量空標準容器的質量；②清零壓縮天然氣加氣機計數器示數；③連接加氣槍與空標準容器并開啟加氣機，當空標準容器壓力達到20 MPa 時立即關閉加氣機，并取下加氣槍，利用電子天平精準測量加氣后標準容器的質量，與此同時，讀取壓縮天然氣加氣機體積值[2]；④對加氣機的示值誤差、重復性進行計算。

假設空標準容器質量為M1i；加氣至壓力為20 MPa 時標準容器質量為M2i，加氣機顯示的體積量為Vji，則可計算出：

在該時間段內通過壓縮天然氣加氣機的氣體體積質量為：Mi=M2i-M1i；讀取加氣機所采用的天然氣相對密度為ρi；則可以得出Mi對應的體積評估為：；加氣機的示數誤差值為：Ei=；重復性為，其中dn為級差系數。

3.1.2 質量測量

加氣機設置為質量狀態，被檢儀表顯示氣體質量。測量點設為3 kg 和5 kg 兩個稱量點，每個稱量點各檢驗3 次。首先精確測量空標準容器的質量，然后加氣機計數器清零，將加氣槍接人標準容器，開啟加氣機加氣，當容器質量達到規定稱量點時關閉加氣槍，取下加氣槍，再次測量標準容器的質量，同時讀取加氣機顯示氣體質量。加氣機示數誤差及重復性計算依照體積量測量公式。

3.2 標準法檢定

標準法檢定與質量法檢定同屬于靜態法檢定，相對于動態法，即通過對加氣槍計數器進行信號取樣的計量檢定方法來說，靜態法檢定操作較為簡單，計量準確性的評估能夠達到相關標準。

標準法檢定基本原理：直接對比通過壓縮天然氣加氣機的氣體體積量與標準表中所呈現的標準氣體體積量[3]。為保證壓縮天然氣加氣機計量檢定的質量，標準表盡量與加氣機內計量儀表為同種類型。在采用標準法進行壓縮天然氣加氣機計量檢定時，首先需要確定測量點的個數以及每一測量點的檢驗頻次。本文將標準法檢定下的壓縮天然氣加氣機通過的氣體體積量測量點設置為2 個，分別為5 m3和15 m3，每個測量點各檢驗3 次。

實施方法：①設定標準的體積値，按照圖2 所示連接標準表、加氣槍、氣瓶，并清零加氣機計量器的示數；②開啟加氣機，向加氣機內通過天然氣，密切關注加氣機體積示數，當其通過氣體的體積量達到預設的標準后立即關閉加氣槍；③分別讀取加氣機氣體體積量示數、標準表體積量；④按照質量法檢定下體積量測量中加氣機示值誤差、重復性的計算流程與公式進行計算，以此為基礎對壓縮天然氣加氣機計量準確性進行評估[4]。

圖2 壓縮天然氣加氣機標準法檢定示意

4 提高壓縮天然氣加氣機計量檢定質量的對策

4.1 提高檢定人員綜合素質

計量檢定人員的綜合素質會影響壓縮天然氣加氣機計量檢定工作的效率與質量，因此要不斷提高計量檢定人員綜合素質。具體措施：①加強對計量檢定人員的培訓，通過開展技能比拼、企業交流等活動，增強計量檢定人員的爭先意識，繼而促進其自覺提高計量檢定理論水平及實際操作技能；②要就計量檢定新規程做好宣傳教育工作，使計量檢定人員盡快熟悉新的工作內容，掌握新的工作標準，并學會使用新型計量檢定儀；③計量檢定為一項嚴謹、細致的工作，因此要不斷提高計量檢定人員的思想覺悟，使其端正工作態度，樹立專業精神，不斷探索提高計量檢定工作質量的路徑[5]；④落實績效考核，實行末位淘汰制。采用季度考核方式，第一次考核不合格的工作人員需要參加企業培訓，提高專業能力；第三次考核仍未合格的工作人員則要接受懲罰，調離計量檢定崗位，以此來提高檢定人員意識，使其能夠積極投身于本職工作。

4.2 采用專業檢定APP

在檢定壓縮天然氣加氣機時，檢定人員需要記錄大量的數據，并完成復雜的多種計算。傳統的紙質記錄方式不僅增加了檢定人員的工作工作量，還容易造成數據丟失等現象。因此，要保證檢定過程簡單化、檢定結果精準化、檢定數據電子化，就需要基于互聯網絡，配合新檢定規程，利用專用檢定APP 實現電子記錄的管理模式。APP 的使用首先對檢定人員的資質有了更高的要求，但能有效提高檢定人員的工作效率。同時，專用檢定APP 可與計量標準、檢定項目、檢定規程等信息進行有效聯動，保障信息的有效性。此外，專業檢定APP 能夠簡化檢定流程，提高計量檢定工作的信息化程度。

5 結束語

壓縮天然氣加氣機計量檢定方法主要包括質量法檢定及標準法檢定。在應用標準法檢定時要盡可能保證標準表與加氣機所用計量儀表類型的一致性。同時，在對壓縮天然氣加氣機進行計量檢定時，需要保證規范操作，降低計量檢定的誤差。此外，為提高壓縮天然氣加氣機計量檢定質量，需要進一步提高檢定人員的綜合素質、采用專業的檢定APP。