液化天然氣加氣機計量檢測技術

王麗

[摘? ? 要]天然氣相對于其他石油產(chǎn)品來說，具有價格低廉、純度高等優(yōu)點，正在逐步替代石油產(chǎn)品，成為一種越來越普遍的能源。液化天然氣加氣機是一種專門用于將液化氣體裝入汽車中的測量儀器。因其兼具計量、定價、交易核算等特點，被列為國家強制檢驗的計量器具名錄，對于開展有效的計量檢定工作具有十分重要的意義。隨著我國技術的進步，液化天然氣加氣機的技術水平得到了進一步的發(fā)展，應用領域也越來越廣。文章通過對液化天然氣加氣機的裝置、工作原理進行了總結，對目前國內液化天然氣加氣機計量檢定的現(xiàn)狀進行了分析，并對液化天然氣加氣機的計量檢定方法進行了借鑒。

[關鍵詞]液化天然氣;加氣機;計量檢測技術

[中圖分類號]U473.8 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）04–0–03

Discussion on Measurement and Detection Technology of LNG Dispenser

Wang Li

[Abstract]The global natural resources continue to be depressed， especially the non renewable resources， such as oil， are close to depletion. In the global market， the trading of crude oil is also rising. The rise in gasoline prices has made natural gas widely accepted. Compared with other petroleum products， natural gas has the advantages of low price and high purity. It is gradually replacing petroleum products and becoming a more and more common energy. Liquefied natural gas dispenser is a measuring instrument specially used to load liquefied gas into vehicles. Because it has the characteristics of measurement， pricing and transaction accounting， it is listed in the list of measuring instruments subject to national compulsory inspection， which is of great significance for carrying out effective measurement verification. With the progress of China's technology， the technical level of LNG dispenser has been further developed， and its application field is becoming wider and wider. This paper summarizes the device and working principle of LNG dispenser， analyzes the current situation of metrological verification of LNG dispenser in China， and draws lessons from the metrological verification method of LNG dispenser.

[Keywords]liquefied natural gas; gas dispenser; measurement and detection technology

1 我國LNG汽車和加氣機發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1.1 LNG汽車發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

目前，在25個試點城市開展了節(jié)能汽車示范，并通過財政補助鼓勵民間購置新能源汽車，推動了新能源汽車的發(fā)展。汽車工業(yè)由LNG驅動。到2019年末，LNG汽車的數(shù)量大約為3 075臺。其中，重卡、城際客車、公交車是主要的交通工具，LNG汽車的發(fā)展勢頭較好。

1.2 LNG汽車加氣機發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

對LNG車輛發(fā)展的影響最大的是配套LNG加氣機的建設。到2020年末，國內已建成20個LNG加氣機。隨著我國LNG車輛的迅速發(fā)展，LNG加氣機的需求量越來越大。

1.3 LNG加氣機計量檢測介質的選擇

目前，國內和國際上的LNG生產(chǎn)廠家都使用液氮作為液化天然氣加氣機的出廠試驗。通過對液化天然氣與液氮的物理特性進行了比較，結果表明，液化天然氣和液氮的飽和蒸氣壓力、溫度范圍相近，但其密度有很大差異。在安全、技術上，可以采用液氮置換法對LNG加氣機、流量計進行檢測。NIST采用了水和液氮作為測量媒介，對傳統(tǒng)的渦輪流量計進行了標定。

①在試驗介質中，流量系數(shù)隨流量增大而降低。②液氮作為實驗介質時，在40 %～90 %的相對流量下，其流動系數(shù)的變化幅度明顯降低，存在谷點。在流量大于90 %的情況下，其變化率又增加了。在試驗介質中，流量系數(shù)隨流量增大而增大。用液氮作為試驗介質時，其流動系數(shù)隨流量增大而降低。用水作試驗介質時，其流量系數(shù)比用液氮作介質時的偏差要大[1]。實驗中，液氮流量對流動系數(shù)的影響較為復雜。29CB9F56-C8DB-4AF1-BD92-CFD383F2406D

1.4 歐洲LNG計量研究項目

從2010年開始，歐盟國家計量研究所聯(lián)合會和歐盟將LNG計量研究項目正式列入歐洲計量研究計劃，并開始對LNG計量項目進行研究。LNG計量工程團隊包括荷蘭國家計量研究所、VSL、英國TUVNEL、德國PTB等12個技術單位。由于交易的不確定性，使得交易的公平性得到了保障。①將LNG質量方法中的第一個標準流速設置為5～25 m3/h，并以0.05 %的目標不確定性值（K=2）。②研究中小型工業(yè)尺度流量計的標準設計，流量在25～200 m3/h，

以0.07 %的不確定度作為指標。③設計標準的工業(yè)流量設備，其流量在100～7 000 m3/h之間，其不確定度高于0.15 %（K=2）。設備使用重量測量，其膨脹不確定度為1.07 %（K=2）。很明顯，該裝置的測量精度和目標值有很大差距，有待進一步提高。當儀器的技術指標達到標準后，小組將會對不同的試驗介質（LNG、液氮、水）的質量效應進行分析，并建立量化的影響模式，以確定技術上可行的、經(jīng)濟合理的標定方法。

1.5 我國LNG加氣機計量研究現(xiàn)狀

目前國內僅有少數(shù)單位對LNG加氣機的計量測試進行了初步研究。根據(jù)標準表的方法，開發(fā)出一種計量精度高，結構簡單，操作方便，擴展不確定度為0.3 %（K=2）的LNG計量設備。設備包括加液管道、回氣管道、通風管道和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)4個部分。通過現(xiàn)場驗證，該設備運行較為平穩(wěn)，既能獨立校驗整體LNG和液相流量計，又能對同類產(chǎn)品進行校驗。

2 液化天然氣加氣機的構成及使用原理

液化天然氣加氣機是專門用于膨脹的。通過測定，可以測定出氣體的容積和質量。公司的業(yè)務范圍以LNG業(yè)務為主。這種儀器隨著技術的發(fā)展而不斷更新，已完全達到了計量和價格的統(tǒng)一。它在各種加油站中都有廣泛的應用，是天然氣交易計算的重要裝置。LNG加氣機在中國尚處在發(fā)展的初期，近幾年，由于技術的發(fā)展，設備也在不斷更新。然而，在實際應用中仍有一些問題。為了改善和提高，必須不斷地更新觀念，發(fā)展新的技術。

2.1 構成

LNG加氣機主要包括三大類：LNG質量流量計，閥門，本體、管路系統(tǒng)，防爆電源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。LNG儀器中最關鍵的部件是質量流量計，它的主要功能是檢測LNG的質量，因此LNG計量的準確性依賴于計量技術的不斷進步。

2.2 使用原理

通常各加氣機都會配備一臺LNG加氣機，以推動LNG行業(yè)的發(fā)展。利用加氣機進行科學的計量，能準確地確定燃氣容量，確保計算和價格同步。但是不同的加氣機型號、廠商所制造的產(chǎn)品，可能會造成一些差別，整體來說它們具有相同的特性。在這些模型中，使用最多的是單流風加氣機。其主要特點是費用低廉、使用簡便，因此在市場上廣為傳播，有很大的推廣價值。采用雙流量加氣機，既能保證氣體流量的相對性，又能科學地測定氣體的回收率，通過細微的變化，可以測出氣體的流量與氣體的總量之差，從而精確地減少背氣。液化天然氣加氣機是一種自動化的裝置。但必須指出，雖然加氣機的測量準確度很高，但其投入也很大，因此在市場上的推廣并不盡如人意。

3 液化天然氣加氣機存在的問題

LNG計量儀器是國內使用最多的儀器，LNG儀器的核心部分是質量流量計。在質量流量計中，可以使用靜態(tài)校準的方法。在計量時，首先要對液化天然氣加氣機進行質量檢測，保證不會出現(xiàn)任何差錯，并將LNG加氣后的數(shù)值與以前的數(shù)據(jù)進行比較。LNG的計量都是在現(xiàn)場進行，因此現(xiàn)有的技術很容易受環(huán)境因素的影響，準確率不高，再加上運輸不便，使得現(xiàn)有的計量手段有很多不足之處[2]。

（1）技術問題。目前，由于各區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展水平不一，所選用的加氣機型號也不盡相同，這就導致了LNG計量中的問題。由于天然氣加氣機是在戶外進行的，因此在灌裝時燃氣的溫度難以得到有效的控制。加氣機在溫度較低的情況下工作，最大限度地低于-160℃。在溫度較高的地方，加氣管內、外溫度的變化會很大，會導致汽化問題的出現(xiàn)，應及時采取相應的措施，避免引起充氣質量的改變，從而產(chǎn)生測量誤差。

（2）液化天然氣質量流量計。流量計的重要性不可低估，為了確保計量精度，確保計量費用的合理利用。流量技術是目前應用最廣、最廣泛的一種，它能對液體的質量進行直接、精確的檢測，并能有效地提高測量的準確性。對于流量表來說，最重要的部分就是要用兩根管子并排地連接起來，在相反的手肘位置，互相輕輕振動，以使振動管道保持同步。在此基礎上，通過對測量技術的正確運用，可以有效地解決溫度測量不精確的問題，并使其達到精確的測量效果。LNG加氣機在加氣機的加液過程中會產(chǎn)生一定數(shù)量的氣體，而采用氣象流量的測量可以持續(xù)地改善整個加氣機的測量精度，為下一步的評估工作奠定基礎。

（3）液化天然氣加氣機的返氣問題。國內現(xiàn)有的LNG加注設備多采用雙管式計量，即用兩個質量流量計進行充氣和回氣，并以兩個流量的差值為最終的測試結果。為了使液化氣計量的準確性持續(xù)得到改善，國內LNG加氣機在選擇過程中仍將繼續(xù)使用雙管式計量，以確保計量準確度和以充氣為主要目的。對兩種測量數(shù)據(jù)進行一次分析，將兩種測量數(shù)據(jù)的差值作為最后的檢測結果，從而使測量的科學性得到進一步的優(yōu)化。無論使用何種方法，汽車氣瓶的實際狀況對試驗結果的精確度影響很大。由于LNG加氣機不能將液化天然氣轉換成可利用的液體，這就給檢測帶來了困難。在此條件下，在進行試驗時，應該選用雙管式流量計。為了確保測試結果的準確、有效地減少測試費用和改善實際應用效果，必須加強LNG加氣機的回氣測試技術。

4 液化天然氣加氣機計量檢定方法

4.1 標準表法

標準計量，以性能最佳的流量計為基準，對其他流量計進行檢測，并通過對比確定其他流量計的誤差。該方法的原理是以流體力學的連續(xù)性為基礎，將其他的條件都控制在相同的條件下，如管徑、時間間隔等，并將流量計與標準流量計連接起來，測量液體，記錄和顯示，進行比較，并按每一次的數(shù)據(jù)進行比較得出平均，從而減小誤差，使測量結果更為精確。與計量相比，標準方法最大的不同之處在于，它具有更高的效率、更精確、更易于使用、節(jié)約了大量的費用。由于其滿足了需要，在未來的發(fā)展中肯定會有很大的優(yōu)勢。29CB9F56-C8DB-4AF1-BD92-CFD383F2406D

4.2 液化天然氣加氣機的計量檢定流程

（1）前期工作。在使用LNG加氣機前，應將所有必需的部件都準備好。首先要知道LNG加氣機的標定設備，即所謂的標尺，實際上是一種更精確的質量流量計。用同樣質量的液化氣對檢驗設備的精確度進行評價，對比數(shù)據(jù)時，很容易發(fā)現(xiàn)誤差，從而增加了精確度。從加氣機LNG儲罐起，依次與加液機、輸送系統(tǒng)、LNG儲罐及檢測設備連接。

（2）大循環(huán)。液化天然氣加注裝置和液化天然氣試驗臺應串聯(lián)使用。把加氣嘴置于控制器的槍管上，把加氣機的噴嘴置于槍后，把各部分連接起來，然后按下預冷鍵，就可以啟動大循環(huán)了。同時，嚴密監(jiān)控流量表的溫度、水量，并做好記錄，持續(xù)觀察，發(fā)現(xiàn)缺陷，充分討論，全面啟動試車工作，正式進行預冷。在整個大周期內，要注意檢查是否有漏氣等現(xiàn)象，同時要注意安全，因此要特別注意易燃、爆炸的東西遠離工地，避免發(fā)生意外。

（3）加氣。加氣是最后要做的一個環(huán)節(jié)，這個過程是可以被測量的，因此它是整個過程的核心。首先，點擊“加氣”鍵進行加氣。液化天然氣由加氣機和加氣機檢驗設備送入油罐車。整個流程包括灌裝設備的記錄。測量結果由檢定儀記錄，由有關人員進行顯示，并在結束后再進行記錄，以便于對多個數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)有規(guī)律或數(shù)值太大的值。采集數(shù)據(jù)的時間為3～5 min，充氣結束后，數(shù)據(jù)采集結束。通過計算，得出了氣體加氣機的測量誤差。整個測試流程都完成了，這就是液化天然氣加氣機的全部標準測試[3]。

5 結束語

為了推動LNG加氣機產(chǎn)業(yè)的健康、有序地發(fā)展，文章提出了一項新的研究方向，即在LNG加氣機的測試與測試中，對LNG加氣機的計量和測試技術進行深入的探討。LNG具有低溫、低溫、易燃易爆等特點，其檢測與測試往往是困難的。美國國家標準化技術研究院、荷蘭國際計量研究院在LNG計量方面處于世界領先地位。國內的試驗技術研究主要圍繞著標準設備的研發(fā)和技術規(guī)范展開，并取得了一些成果。根據(jù)LNG加氣機精度等級為1.0的實際情況，仍然需要采用液氮、LNG作為試驗介質，在標準流量大于0.3 %（K=2）時，應采用操作基準設備。并且，一次質流準則的不確定性比0.10 %好。目前，低溫流速測量設備的測量精度通常在0.2 %左右（K=2），因而在技術上存在較大的困難。同時，對LNG組成的計量體系進行改進，以降低其密度、熱值計算中的不確定性，并對其進行優(yōu)化。因此，在我國LNG加氣機的價值轉移和追蹤系統(tǒng)的建設中，仍需要嚴格、有序、高起點、高水平的基礎研究。目前，國內LNG加氣機的發(fā)展很快，但由于其檢測方法、校準裝置和相關的國家標準規(guī)定等方面的規(guī)定不夠健全，致使其檢測工作中出現(xiàn)了許多問題，制約了其創(chuàng)新。因此，要對LNG加氣機計量校準的現(xiàn)狀及問題進行分析，制訂相關的校準方法與程序，并對其進行持續(xù)的創(chuàng)新與發(fā)展，以推動我國液化天然氣加氣機及天然氣工業(yè)的穩(wěn)定、健康發(fā)展。

參考文獻

[1] 戚毅敏.液化天然氣加氣機計量檢測技術現(xiàn)狀探討[J].技術與市場，2016，23（6）：251.

[2] 吳昊.液化天然氣加氣機計量檢測技術現(xiàn)狀分析[J].環(huán)球市場，2018（26）：369.

[3] 張茂添.淺談現(xiàn)代液化天然氣加氣機計量檢定方法[J].科學與信息化，2017（8）：76-77.29CB9F56-C8DB-4AF1-BD92-CFD383F2406D