液化天然氣加氣機(jī)檢定現(xiàn)狀及解決措施

戚毅敏

漳州市計量所（363000）

0 前言

隨著社會快速發(fā)展，資源問題已經(jīng)成為各國最為關(guān)注的問題之一，各國都在積極開發(fā)全新能源。其中液化天然氣（LNG）由于具有運(yùn)輸便利、成本低、無污染、 儲存能量大等優(yōu)勢得到了非常廣泛的應(yīng)用。 LNG 實際應(yīng)用中最主要的形式之一就是通過加氣機(jī)注入到LNG 汽車中，所以LNG 加氣機(jī)計量的準(zhǔn)確性直接影響著液化天然氣的發(fā)展。

1 LNG 加氣機(jī)的概述

1.1 LNG 加氣機(jī)的基本組成

一般情況下LNG 加氣機(jī)主要包括：LNG 質(zhì)量流量計；機(jī)殼、閥門和管路系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)3 個部分等。其中機(jī)殼、閥門和管路系統(tǒng)相對復(fù)雜，包括低溫氣動閥、低溫安全閥、低溫截止閥、低溫緊急切斷閥、金屬軟管、加氣槍、回氣槍、低溫工藝管道等等，而電氣系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及防爆電源等。

1.2 LNG 加氣機(jī)的基本原理

LNG 加氣機(jī)是通過測量流體質(zhì)量來進(jìn)行的，所測量的液體為LNG 加氣機(jī)充入到儲氣瓶當(dāng)中的LNG 液量。 同時，LNG 加氣機(jī)利用現(xiàn)代化的測控技術(shù)對于計量過程實施自動控制，利用計算機(jī)進(jìn)行管理，并通過顯示屏顯示相應(yīng)信息，包括LNG 流量、單價、金額、加氣量等，同時能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程通信[1]。LNG 加氣機(jī)的控制原理如圖1 所示。

2 LNG 加氣機(jī)檢定現(xiàn)狀分析

近些年，社會各方對節(jié)能環(huán)保重視程度不斷提高，液化天然氣因為其無污染的特點(diǎn)已經(jīng)成為今后的發(fā)展方向。 LNG 加氣機(jī)是液化天然氣貿(mào)易最主要的設(shè)備之一，其計量檢定準(zhǔn)確性直接影響企業(yè)和消費(fèi)者的利益，同時也為企業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 但現(xiàn)階段的LNG 加氣機(jī)檢定還存在一些問題。

圖1 LNG 加氣機(jī)的控制原理

2.1 LNG 加氣機(jī)檢定中存在的技術(shù)問題

現(xiàn)階段我國的LNG 加氣機(jī)主要采用的是低溫加氣機(jī)，非常容易受到溫度的影響。 尤其是在液化天然氣儲存溫度低于零下160 ℃的情況下，LNG 加氣機(jī)的加氣管道會存在較大溫差。 在夏季外部環(huán)境較高的情況下，加氣管內(nèi)外溫差較大，甚至超出200℃，會造成LNG 加氣機(jī)檢定過程中發(fā)生液化天然氣的氣化問題。

2.2 LNG 加氣機(jī)檢定中的回氣問題

目前我國LNG 加氣機(jī)在計量時，主要是利用雙管計量裝置進(jìn)行的，就是利用兩個質(zhì)量流量計對加氣及回氣分別檢測，之后計算出兩個質(zhì)量流量計所得結(jié)果的差值，從而得到LNG 加氣機(jī)最終的檢定結(jié)果。 此種檢定方式受到LNG 儲氣瓶容量的影響，但是我國LNG 儲氣瓶無法將氣態(tài)液化天然氣轉(zhuǎn)變成為液態(tài)，這就造成了液化天然氣檢定時一定要利用兩個槍頭計量器來進(jìn)行，導(dǎo)致了LNG 加氣機(jī)計量檢定成本相對較高。 若是采用單流量計的方式，LNG的回氣不進(jìn)行計量，LNG 加氣機(jī)顯示加氣量和實際加氣量會存在一定差距。 從我國測試技術(shù)研究院的數(shù)據(jù)可知，此種差值在5%～15%，從而加大了LNG加氣站運(yùn)營管理的困難度[2]。

2.3 LNG 科里奧利質(zhì)量流量計問題

LNG 加氣機(jī)的主要部件之一就是LNG 流量計，而現(xiàn)階段LNG 加氣機(jī)最為常用的是LNG 科里奧利質(zhì)量流量計。 此種流量計是非常精密的測量儀器，其兩根回彎部位相同的振動管道并排連接，在計量檢定過程中會發(fā)生輕微的振動，造成振動管的合并及張開，這樣就可以有效處理低溫條件下對液化天然氣計量所產(chǎn)生的偏差。 但是LNG 加氣機(jī)在加液過程中由于內(nèi)外溫差大而發(fā)生氣化，從而產(chǎn)生一定量氣體，氣液兩相同時存在在一定程度上影響了科里奧利質(zhì)量流量計計量準(zhǔn)確性，所以氣相流量計計量準(zhǔn)確性對于加氣機(jī)整體計量準(zhǔn)確性提升起到了非常大的作用。 但是現(xiàn)階段液相計量準(zhǔn)確性為±0.1%，而氣相計量準(zhǔn)確性為±0.35%，所以在LNG 加氣機(jī)的計量檢定準(zhǔn)確性方面，提升氣相流量計的準(zhǔn)確性非常重要。

3 LNG 加氣機(jī)檢定優(yōu)化措施研究

3.1 檢定設(shè)備

質(zhì)量法實施過程中所采用的檢定設(shè)備按照功用不同可以分成主標(biāo)準(zhǔn)器及輔助設(shè)備，其中主標(biāo)準(zhǔn)器主要是指電子天平，要確保其量程能夠達(dá)到最大稱量值的2 倍，其準(zhǔn)確度要在II 級以上。 輔助設(shè)備主要為儲氣瓶及標(biāo)準(zhǔn)砝碼，在對LNG 加氣機(jī)實施檢定過程中一定要保證這些設(shè)備滿足安全性和防爆標(biāo)準(zhǔn)要求。 另外，在檢定中所用的儲氣瓶一定要滿足低溫絕熱壓力容器在液化天然氣儲存方面的要求，并且技術(shù)指標(biāo)能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)（主要包括GB 24159、GB 18442）的要求[3]。

3.2 計量檢定的相應(yīng)流程

一般情況下，采用質(zhì)量法進(jìn)行LNG 加氣機(jī)檢定需要遵照以下流程進(jìn)行。

1）將電子天平設(shè)置在較為平坦的區(qū)域，調(diào)整好之后進(jìn)行通電預(yù)熱，一定時間后可以通過標(biāo)準(zhǔn)的砝碼實施校準(zhǔn)，確保誤差控制在允許范圍內(nèi)。

2）將儲氣瓶放置在天平的托盤之上，同時對天平進(jìn)行調(diào)整，確保其示值為零。

3）將LNG 加氣機(jī)中加氣槍連接到循環(huán)口實施循環(huán)操作，確保完全預(yù)冷之后將LNG 加氣機(jī)和儲氣瓶進(jìn)行連接。對LNG 加氣機(jī)調(diào)零，啟動LNG 加氣機(jī)實施加氣，確保液化天然氣可以利用LNG 加氣機(jī)輸入到儲氣瓶當(dāng)中。

4）確保加氣持續(xù)一定時間（一般在2min 以上）后停止加氣，并且斷開連接。

3.3 準(zhǔn)確性問題

在準(zhǔn)確記錄天平顯示值和LNG 加氣機(jī)單次累積流量示值的基礎(chǔ)上， 計算出LNG 加氣機(jī)的單次示值相對誤差。 在此基礎(chǔ)上，分別在高、低不同流量區(qū)實施LNG 加氣機(jī)的整機(jī)檢定（分別進(jìn)行3 次），在得到單次的示值誤差后計算平均值，最終求出兩個不同流量區(qū)示值誤差的最大絕對值。

對于高、低兩個流量區(qū)來說，不同區(qū)域的準(zhǔn)確度等級存在一定差別，其中高流量區(qū)的準(zhǔn)確度等級設(shè)定為1.0，低流量區(qū)的準(zhǔn)確度等級設(shè)定為1.5，同時要控制高流量區(qū)的最大允許誤差＜1.0%， 控制低流量區(qū)的最大允許誤差＜1.5%。

3.4 重復(fù)性問題

在進(jìn)行不同流量區(qū)最大重復(fù)值計算時可以參照如下公式來進(jìn)行，具體為：

其中，Emax表示規(guī)定測量點(diǎn)中最大示值相對誤差，Emin表示規(guī)定測量點(diǎn)中最小示值相對誤差，ddn表示極差系數(shù)。 在獲取兩個流量區(qū)最大重復(fù)值之后將其當(dāng)作LNG 加氣機(jī)精確度等級的控制指標(biāo)，要有效控制其≤最大允許誤差絕對值的50%。

3.5 計量檢定之后LNG 的回收

正常情況下，液化天然氣檢驗充裝過程中難免存在一定量液化天然氣排放到外部環(huán)境當(dāng)中，不但造成了液化天然氣的浪費(fèi)，還容易引發(fā)嚴(yán)重的安全問題。 所以一定要確保儲氣罐降壓之后再和LNG氣瓶實施連接，這樣就能夠利用壓差方式進(jìn)行液化天然的回收[4]。

一般情況下，LNG 儲罐的主安全閥開啟時會產(chǎn)生較大壓力，所以為了確保檢定的安全性一定要保證儲氣罐充裝壓力低于LNG 儲罐開啟壓力， 并且完成連接之后確保LNG 儲氣瓶和儲氣罐進(jìn)行有效接地。 需要注意的是，在回充過程中一定要保證LNG儲氣瓶的穩(wěn)定性（確?；貨_速度≤40 kg/min），同時按照儲罐壓力實施調(diào)壓器的相應(yīng)調(diào)整。 另外，在回充過程中一定要認(rèn)真觀察天平的數(shù)值變化情況，完成液化天然氣的回充之后需要斷開連接，對液化天然氣實施降壓處理，確保其能夠降低到0.3 MPa。

4 結(jié)語

近些年，隨著液化天然氣的大規(guī)模應(yīng)用，我國的LNG 加氣機(jī)也有了較快發(fā)展。 但是有關(guān)LNG 加氣機(jī)的檢定還存在某些問題，需要進(jìn)行有效解決。