油氣回收裝置對燃油加油機(jī)計(jì)量性能的影響

/ 上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院

0 引言

隨著環(huán)境保護(hù)越來越得到政府及民眾的廣泛關(guān)注，大氣污染物減排與治理成為當(dāng)前各行各業(yè)的熱門話題。加油機(jī)油氣回收裝置是一種附加于加油機(jī)之中、可將機(jī)動(dòng)車油箱加注汽油時(shí)產(chǎn)生的油氣，通過密閉方式收集進(jìn)入埋地油罐的裝置。通過這種回收操作可減少加油過程中產(chǎn)生的揮發(fā)油氣對大氣造成的污染，并且回收的油氣在油罐中又液化成燃油，節(jié)約了加油站的成本[1,2]。但按JJG 443-2015《燃油加油機(jī)檢定規(guī)程》[3]及GB/T 9081-2008《燃油加油機(jī)》中對加油機(jī)的計(jì)量性能的要求，“其最大允許誤差不超過±0.3%，重復(fù)性不超過0.1%”。安裝油氣回收裝置后，加油機(jī)的計(jì)量性能是否受到影響，其他技術(shù)指標(biāo)是否有所改變，本文通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法對上述問題進(jìn)行了探究。

1 油氣回收裝置的工作原理

1.1 油氣回收系統(tǒng)的組成及工作原理

從宏觀上說，油氣回收裝置應(yīng)該是整個(gè)油氣回收系統(tǒng)的一個(gè)組成部分[4]。加油站的油氣回收主要分為三個(gè)階段，如圖1所示。

1）油罐車向加油站地罐中卸油時(shí)，在油罐車與地罐之間形成封閉的油氣回收系統(tǒng)。作用是將地罐中的油氣（主要為地罐上部的汽油蒸汽與空氣混合物）收集到油罐車，這是所謂第一階段油氣回收。

2）加油機(jī)對機(jī)動(dòng)車油箱加油時(shí)，配置油氣回收裝置的加油槍可以將加油時(shí)在機(jī)動(dòng)車油箱內(nèi)產(chǎn)生的油蒸汽通過油槍、油氣分離接頭、回氣管組成的鏈路重新抽回到地罐之中儲(chǔ)存，這是第二階段的油氣回收[5]。

圖1 油氣回收系統(tǒng)原理

3）通過物理方法，目前主要是指膜式冷凝方法，將地下油罐內(nèi)或油罐車內(nèi)的油蒸汽重新液化為汽油再利用，這是油氣回收的第三階段。

1.2 加油機(jī)油氣回收裝置的組成及工作原理

在給機(jī)動(dòng)車加油時(shí)，帶油氣回收功能的加油槍將加油過程中產(chǎn)生的揮發(fā)油氣與懸浮于機(jī)動(dòng)車油箱上部的油氣收集。回收的油氣與汽油通過反向同軸膠管一同輸送至油氣分離接頭，并通過該接頭完成氣路與油路的分離，而后收集的油氣經(jīng)封閉氣路回收至埋地油罐?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)氣液比例閥的方法，調(diào)整油槍氣液比至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。其工作原理如圖2所示。

圖2 加油機(jī)油氣回收裝置原理

油槍氣液比（A/L）是加油機(jī)油氣回收裝置的重要技術(shù)指標(biāo)，表征加油時(shí)回收到的油氣與空氣混合氣體體積與加注到機(jī)動(dòng)車油箱內(nèi)油料體積的比值。

為使油氣回收裝置正常運(yùn)行，需合理設(shè)定A/L的取值范圍[6,7,8]。當(dāng)前，國際通用做法是控制A/L值在1附近變化，我國 GB 20952-2007要求運(yùn)行中加油機(jī)的A/L值在1.0～1.2之間。德國TUV現(xiàn)場測試結(jié)果表明：真空輔助式油氣回收裝置的回收效率與A/L值正相關(guān)，即在一定范圍內(nèi)，A/L值越大，裝置回收效率越高。當(dāng)A/L值為1時(shí)，回收效率為75%～80%，此后回收效率隨A/L值增大而增大，當(dāng)A/L值達(dá)到1.3時(shí)，回收效率達(dá)到最大值95%，并保持。所以油氣回收裝置回收效率的理論值可達(dá)95%，但考慮加油站與加油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，目前油氣回收裝置的實(shí)際回收率在85%～95%之間變化。

加油機(jī)油氣回收系統(tǒng)按動(dòng)力來源可分為平衡輔助式和真空泵式兩種。在進(jìn)行加油操作時(shí)，機(jī)動(dòng)車油箱內(nèi)為正壓，埋地儲(chǔ)油罐內(nèi)為負(fù)壓，平衡輔助式油氣回收裝置利用機(jī)動(dòng)車油箱與埋地儲(chǔ)油罐間的壓差來回收加油過程中產(chǎn)生的油氣，此類型裝置要求加油槍油管口面板與機(jī)動(dòng)車注油口之間嚴(yán)格密封。平衡輔助式油氣回收裝置的油槍與加油機(jī)之間由一根同軸膠管連接，利用膠管中心層進(jìn)行油料輸送，而膠管的外層完成油氣回收，兩種過程同時(shí)進(jìn)行，并在探入式導(dǎo)管的輔助下，整個(gè)油氣回收鏈路形成了密閉系統(tǒng)，提供了油氣平衡的條件。該類型裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是對整個(gè)鏈路密封程度要求高，油槍笨重。同時(shí)由于無外力輔助，該系統(tǒng)達(dá)到油氣平衡時(shí)間較長，加油速度低、效率低。

真空輔助式油氣回收裝置，利用外置真空泵提供油氣回收的動(dòng)力，在加油時(shí)，產(chǎn)生1 200～1 400 Pa的真空壓強(qiáng)，將散逸的油氣通過回收管與加油槍回收至埋地油罐中。該類型油氣回收裝置同樣要求油槍與加油口密封良好，但是不需要探入式導(dǎo)管輔助連接。目前上海地區(qū)加油站的油氣回收加油機(jī)采用的為真空輔助式回收系統(tǒng)。

而真空輔助式油氣回收的加油機(jī)配置的真空泵有兩種，一種為普通的真空泵，真空泵提供的真空度不隨流速的變化而變化，其氣液比隨著加油的流速變小而增大；另外一種為變頻真空泵，當(dāng)加油流速變化時(shí)，真空泵相應(yīng)改變頻率，保證真空度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，氣液比基本穩(wěn)定。

2 油氣回收裝置對加油機(jī)計(jì)量性能的影響試驗(yàn)

為討論油氣回收裝置是否對加油機(jī)的計(jì)量性能有影響，課題組做了如下數(shù)組替代液與實(shí)液試驗(yàn)。

2.1 普通軟管和帶油氣回收功能的軟管對照試驗(yàn)

按JJG 443-2015中的方法使用普通軟管的加油機(jī)和帶油氣回收功能的軟管對加油機(jī)進(jìn)行示值誤差試驗(yàn)，并且實(shí)驗(yàn)組和對照組（帶油氣回收功能的軟管加油機(jī)設(shè)定為實(shí)驗(yàn)組，普通軟管加油機(jī)為對照組）的加油機(jī)均配置普通真空泵，其他試驗(yàn)條件相同。使用二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器作為主標(biāo)準(zhǔn)器，試驗(yàn)介質(zhì)為D80。所用加油機(jī)的最大加流量均為45 L/min，檢定流量點(diǎn)為40 L/min，16 L/min，5 L/min，試驗(yàn)結(jié)果如表1及表2所示。

比較兩組試驗(yàn)結(jié)果，示值誤差沒有明顯偏差，重復(fù)性實(shí)驗(yàn)組略高于對照組。但由于示值誤差指標(biāo)在檢定規(guī)程要求的±0.3%之內(nèi)，重復(fù)性指標(biāo)也在檢定規(guī)程要求的0.1%之內(nèi)，所以可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)組和對照組試驗(yàn)結(jié)果不存在明顯偏差，即具有油氣回收功能的軟管沒有對加油機(jī)計(jì)量性能造成影響。

表1 實(shí)驗(yàn)組（配油氣分離軟管）的加油機(jī)示值誤差與重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

表2 對照組（配普通軟管）的加油機(jī)示值誤差與重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

3.2 加油槍氣液比對加油機(jī)計(jì)量性能的影響

該組試驗(yàn)仍按照J(rèn)JG 443-2015中規(guī)定的加油機(jī)計(jì)量性能檢定方法進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)組為不帶油氣回收功能的加油機(jī)，以及對照組1油槍氣液比為A/L=1.4的加油機(jī)和對照組2油槍氣液比為A/L= 0.9的加油機(jī)，所有三組加油機(jī)均為配變頻真空泵的加油機(jī)，其他試驗(yàn)條件相同。仍使用二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器作為主標(biāo)準(zhǔn)器，試驗(yàn)介質(zhì)為D80。所用加油機(jī)的最大加流量均為45 L/min，檢定流量點(diǎn)為40 L/min，20 L/min。試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4和表5所示。

表3 實(shí)驗(yàn)組（無油氣回收功能）加油機(jī)示值誤差與重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

表4 對照組1（油槍氣液比為A/L = 1.4）加油機(jī)示值誤差與重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

表5 對照組2（油槍氣液比為A/L = 0.9）加油機(jī)示值誤差與重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果分析，三種油槍氣液比的加油機(jī)示值誤差與重復(fù)性幾乎完全一致，即試驗(yàn)結(jié)果表明油槍氣液比指標(biāo)對加油機(jī)的計(jì)量性能沒有影響。

2.3 油氣回收系統(tǒng)綜合試驗(yàn)

為綜合評價(jià)整個(gè)油氣回收系統(tǒng)對加油機(jī)計(jì)量性能的實(shí)際影響。課題組又選擇運(yùn)營中的加油站，以及汽油實(shí)液（93#汽油），做了如下4組綜合性試驗(yàn)。分別考察加油站實(shí)液條件下：1）油槍氣液比對加油機(jī)性能的影響；2）普通真空泵加油機(jī)與變頻真空泵加油機(jī)的計(jì)量性能差異。所有試驗(yàn)均以二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器作為主標(biāo)準(zhǔn)器。所用加油機(jī)的最大加流量均為45 L/min，檢定流量點(diǎn)為40 L/min，20 L/min。試驗(yàn)結(jié)果如表6～表9所示。

表6 無油氣回收功能的普通真空泵的加油機(jī)示值誤差與重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

表7 油槍氣液比為A/L = 1.0的普通真空泵的加油機(jī)示值誤差與重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

表8 無油氣回收功能的變頻真空泵的加油機(jī)示值誤差與重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

表9 油槍氣液比為A/L=1.0的變頻真空泵的加油機(jī)示值誤差與重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

從現(xiàn)場試驗(yàn)的4組測試結(jié)果分析無論是有無油氣回收功能，還是加油機(jī)選擇的是變頻真空泵或者是普通真空泵，上述變量對加油機(jī)的計(jì)量性能均未造成影響，可以得出的結(jié)論是油氣回收裝置對加油機(jī)的計(jì)量性能沒有影響。

3 油氣回收裝置對加油機(jī)其他性能的影響

課題組實(shí)驗(yàn)人員在現(xiàn)場油氣回收系統(tǒng)綜合試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)選用一臺不帶油氣回收功能的加油機(jī)，工況下現(xiàn)場達(dá)到的最大流量為40 L/min，量程比為10∶1，最小流量為4 L/min?，F(xiàn)場加裝油氣回收裝置，現(xiàn)場獲得的實(shí)際最大流量為38 L/min，最大流量減小，說明油氣回收裝置的加入對加油系統(tǒng)產(chǎn)生了一定的阻尼作用，降低了加油機(jī)實(shí)際使用時(shí)的最大流量。所以加油機(jī)生產(chǎn)商在制造帶油氣回收裝置的加油機(jī)時(shí)應(yīng)考慮到油氣回收裝置對現(xiàn)場實(shí)際使用時(shí)最大流量的影響，對加油機(jī)所用的流量計(jì)合理選型，重點(diǎn)是符合實(shí)際流量的通用需求。

4 結(jié)語

帶油氣回收功能燃油加油機(jī)的應(yīng)用，在減少油氣外排的同時(shí)提高了油品的利用率，是一項(xiàng)成功的技術(shù)提升和應(yīng)用開發(fā)。通過實(shí)驗(yàn)證明，此種改進(jìn)不會(huì)對燃油加油機(jī)原始的計(jì)量性能造成不良的影響，所以加油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該對這項(xiàng)技術(shù)予以重視，并大力推廣。

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