戚毅敏

漳州市計(jì)量所（363000）

0 前言

隨著社會(huì)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(chǔ)存能量大等優(yōu)勢得到了非常廣泛的應(yīng)用。 LNG 實(shí)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(jì)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(jì)；機(jī)殼、閥門和管路系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)3 個(gè)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(dòng)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(chǔ)氣瓶當(dāng)中的LNG 液量。 同時(shí)，LNG 加氣機(jī)利用現(xiàn)代化的測控技術(shù)對于計(jì)量過程實(shí)施自動(dòng)控制，利用計(jì)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(jià)、金額、加氣量等，同時(shí)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(huì)各方對節(jié)能環(huán)保重視程度不斷提高，液化天然氣因?yàn)槠錈o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(jì)量檢定準(zhǔn)確性直接影響企業(yè)和消費(fèi)者的利益，同時(shí)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(chǔ)存溫度低于零下160 ℃的情況下，LNG 加氣機(jī)的加氣管道會(huì)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(huì)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(jì)量時(shí)，主要是利用雙管計(jì)量裝置進(jìn)行的，就是利用兩個(gè)質(zhì)量流量計(jì)對加氣及回氣分別檢測，之后計(jì)算出兩個(gè)質(zhì)量流量計(jì)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(chǔ)氣瓶容量的影響，但是我國LNG 儲(chǔ)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(shí)一定要利用兩個(gè)槍頭計(jì)量器來進(jìn)行，導(dǎo)致了LNG 加氣機(jī)計(jì)量檢定成本相對較高。 若是采用單流量計(jì)的方式，LNG的回氣不進(jìn)行計(jì)量，LNG 加氣機(jī)顯示加氣量和實(shí)際加氣量會(huì)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(jì)問題

LNG 加氣機(jī)的主要部件之一就是LNG 流量計(jì)，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(jì)。 此種流量計(jì)是非常精密的測量儀器，其兩根回彎部位相同的振動(dòng)管道并排連接，在計(jì)量檢定過程中會(huì)發(fā)生輕微的振動(dòng)，造成振動(dòng)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(jì)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(shí)存在在一定程度上影響了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性，所以氣相流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性對于加氣機(jī)整體計(jì)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(jì)量準(zhǔn)確性為±0.1%，而氣相計(jì)量準(zhǔn)確性為±0.35%，所以在LNG 加氣機(jī)的計(jì)量檢定準(zhǔn)確性方面，提升氣相流量計(jì)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(shí)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(chǔ)氣瓶及標(biāo)準(zhǔn)砝碼，在對LNG 加氣機(jī)實(shí)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(chǔ)氣瓶一定要滿足低溫絕熱壓力容器在液化天然氣儲(chǔ)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(jì)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(shí)間后可以通過標(biāo)準(zhǔn)的砝碼實(shí)施校準(zhǔn)，確保誤差控制在允許范圍內(nèi)。

2）將儲(chǔ)氣瓶放置在天平的托盤之上，同時(shí)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(shí)施循環(huán)操作，確保完全預(yù)冷之后將LNG 加氣機(jī)和儲(chǔ)氣瓶進(jìn)行連接。對LNG 加氣機(jī)調(diào)零，啟動(dòng)LNG 加氣機(jī)實(shí)施加氣，確保液化天然氣可以利用LNG 加氣機(jī)輸入到儲(chǔ)氣瓶當(dāng)中。

4）確保加氣持續(xù)一定時(shí)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(jì)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(shí)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(jì)算平均值，最終求出兩個(gè)不同流量區(qū)示值誤差的最大絕對值。

對于高、低兩個(gè)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(shí)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(jì)算時(shí)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(gè)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(jì)量檢定之后LNG 的回收

正常情況下，液化天然氣檢驗(yàn)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(chǔ)氣罐降壓之后再和LNG氣瓶實(shí)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(chǔ)罐的主安全閥開啟時(shí)會(huì)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(chǔ)氣罐充裝壓力低于LNG 儲(chǔ)罐開啟壓力， 并且完成連接之后確保LNG 儲(chǔ)氣瓶和儲(chǔ)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(chǔ)氣瓶的穩(wěn)定性（確保回沖速度≤40 kg/min），同時(shí)按照儲(chǔ)罐壓力實(shí)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(shí)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。