孫俊芳 陳婷婷 王勛 柴家鳳 田斯赟

（北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100035）

0 引言

民用膜式表是目前國(guó)內(nèi)外燃?xì)庑袠I(yè)普遍使用的表型，是列入國(guó)家強(qiáng)制檢定計(jì)量器具目錄的產(chǎn)品。由于燃?xì)獗硎且环N機(jī)械儀表，采用體積式的計(jì)量原理，因此燃?xì)獗頊y(cè)量單元的材質(zhì)、移動(dòng)部件的機(jī)械磨損很可能受其使用期限的影響，繼而影響燃?xì)獗淼挠?jì)量性能。按照膜式燃?xì)獗頇z定規(guī)程JJG 577—2012《膜式燃?xì)獗怼芬螅畲罅髁啃∮诨虻扔?0 m3/h 的燃?xì)饽な奖碇蛔魇状螐?qiáng)制檢定，限期使用，到期更換，同時(shí)要求以天然氣為介質(zhì)的燃?xì)饽な奖硎褂闷谙抟话悴怀^(guò)10年。

伴隨著燃?xì)鈽I(yè)務(wù)的快速擴(kuò)張，對(duì)民用膜式表的需求大規(guī)模增加，北京地區(qū)在用的民用膜式表和以民用膜式表為基表的各式智能燃?xì)獗砜倲?shù)已超過(guò)650 多萬(wàn)臺(tái)?！耙蕴烊粴鉃榻橘|(zhì)的燃?xì)獗硎褂闷谙抟话悴怀^(guò)10 年”的規(guī)定最早見(jiàn)于JJG 577—94《膜式燃?xì)獗頇z定規(guī)程》，至今已過(guò)20 多年，在此期間，制造技術(shù)水平和材料性能得到了質(zhì)的提升，國(guó)內(nèi)燃?xì)獗韷勖玫搅溯^大延長(zhǎng)，根據(jù) GB/T 6968—2019《膜式燃?xì)獗怼樊a(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)規(guī)定，膜式燃?xì)獗淼哪途眯砸呀?jīng)由原來(lái)的2 000 h 提高到5 000 h，按膜式燃?xì)獗淼?.2 倍的最大流量1.2 m3/h 計(jì)算，燃?xì)獗砝碚撌褂昧靠梢赃_(dá)到6 000 m3，按照普通居民家庭的每戶每年的使用量為300 m3天然氣，燃?xì)獗淼脑O(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)20 年以上。

這意味著即使到達(dá)輪換周期后，仍然有大量在用燃?xì)獗碣|(zhì)量性能完好。這種“一刀切”式的更換規(guī)定，增加了舊表拆卸處理、新表購(gòu)置安裝等一系列繁重的工作，不僅人力、物力成本巨大，也不利于節(jié)能降耗。因此，民用膜式表在滿足首次檢定的計(jì)量性能要求后，仍有必要探討民用膜式表在長(zhǎng)達(dá)20 年的使用過(guò)程中，不同使用年限內(nèi)是否都能滿足檢定規(guī)程對(duì)其計(jì)量性能的要求，尤其是對(duì)于使用超過(guò)10 年以上的民用膜式表在其計(jì)量性能和安全性能方面的研究。

目前能查閱到的相關(guān)文獻(xiàn)資料，大多數(shù)都是針對(duì)使用年限在10 年以?xún)?nèi)民用膜式燃?xì)獗淼挠?jì)量性能的研究[1-3]。本文將通過(guò)對(duì)在用民用膜式表的抽樣檢測(cè)，并且重點(diǎn)抽取使用年限在10 年以上的民用膜式燃?xì)獗?，研究分析在用民用膜式表技術(shù)狀態(tài)的變化趨勢(shì)，尤其是計(jì)量性能的變化趨勢(shì)，以期確定民用膜式表的最佳工作年限，同時(shí)對(duì)北京地區(qū)超過(guò)10 年使用期限的在用民用膜式表的技術(shù)狀態(tài)有一個(gè)全面的掌握，為在用民用膜式表的技改周期提供技術(shù)決策支持。

1 在用民用膜式燃?xì)獗順颖镜某闃?/h2>

本研究以北京地區(qū)在用民用膜式燃?xì)獗頌槌闃訉?duì)象，經(jīng)過(guò)調(diào)研和篩選，針對(duì)不同使用年限的G4 型在用民用膜式燃?xì)獗磉M(jìn)行了簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣，抽取不同使用年限的膜式燃?xì)獗順颖究倲?shù)共計(jì)1 625 臺(tái)。不同使用年限的膜式燃?xì)獗沓闃訑?shù)量見(jiàn)表1。

表1 不同使用年限G4型膜式燃?xì)獗順颖痉植?/p>

2 在用民用膜式燃?xì)獗淼臏y(cè)試流程

本研究采用音速?lài)娮炝髁繙y(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)所有膜式燃?xì)獗磉M(jìn)行測(cè)試，測(cè)試設(shè)備為1 臺(tái)海鹽美捷測(cè)試儀器公司制造的12 工位音速?lài)娮烊細(xì)獗韺?zhuān)用檢測(cè)臺(tái)，該檢測(cè)臺(tái)系統(tǒng)不確定度為0.5。具體測(cè)試流程如圖1。

圖1 在用民用膜式燃?xì)獗頇z測(cè)流程圖

具體測(cè)試流程為：首先，從居民用戶家中拆下在用表，運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)，按類(lèi)型和品牌分類(lèi)放置。然后，逐一依次對(duì)每臺(tái)樣本表進(jìn)行吹掃、置換燃?xì)夂?，?yán)格按照J(rèn)JG 577—2012《膜式燃?xì)獗頇z定規(guī)程》的相關(guān)要求，依次進(jìn)行外觀檢驗(yàn)、密封性檢驗(yàn)。最后，對(duì)前兩項(xiàng)檢驗(yàn)合格的表通過(guò)檢測(cè)臺(tái)進(jìn)行流量點(diǎn)檢驗(yàn)，每只燃?xì)獗碓? 個(gè)流量點(diǎn)(qmin、0.2qmax、qmax)下分別進(jìn)行3 次檢驗(yàn)，并以3 次測(cè)量示值誤差的算術(shù)平均數(shù)作為燃?xì)獗硎局嫡`差統(tǒng)計(jì)分析的依據(jù)。

由于測(cè)試的樣本表是在用表，表內(nèi)容易殘留雜質(zhì)，因此在檢驗(yàn)過(guò)程中需要定期對(duì)測(cè)試裝置進(jìn)行維護(hù)。

3 在用民用膜式燃?xì)獗頊y(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析

依據(jù)JJG577—2012《膜式燃?xì)獗頇z定規(guī)程》規(guī)定的在用膜式燃?xì)獗砗细衤逝袛鄺l件[4-5]，本研究分別從3 個(gè)流量點(diǎn)(qmin、0.2qmax、qmax)下的示值誤差、外觀、密封性3 個(gè)方面判斷在用膜式燃?xì)獗砑夹g(shù)狀態(tài)，并按照GB/T 6968—2019《膜式燃?xì)獗怼泛蚃JG 577—2012《膜式燃?xì)獗頇z定規(guī)程》，根據(jù)使用中的B 級(jí)膜式燃?xì)獗淼牧髁縬 在qmin≤q ＜0.1qmax時(shí)其最大允許相對(duì)誤差為±6%，在0.1qmax≤q ≤qmax時(shí)其最大允許相對(duì)誤差為±3%，來(lái)判定在用民用膜式表的計(jì)量示值誤差的合格率。

在測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)對(duì)每一塊樣本表依次進(jìn)行吹掃燃?xì)庵脫Q、外觀檢驗(yàn)、密封性檢驗(yàn)、流量點(diǎn)檢驗(yàn)等測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，有密封性不嚴(yán)產(chǎn)生漏氣、過(guò)氣不走字等情況。

根據(jù)以上情況，本文將民用膜式表分為三類(lèi)，分別是可測(cè)試表（正?？梢陨暇€測(cè)試的表）、漏氣表、不走字表。具體數(shù)量分布如表2。

表2 不同類(lèi)型表不同使用年限具體數(shù)量分布匯總

根據(jù)表2 可以看出，不走字的表為20 臺(tái)，其中60%都是使用年限在20 年以上的。同時(shí)，通過(guò)密封性檢驗(yàn)，還發(fā)現(xiàn)密封性不嚴(yán)產(chǎn)生漏氣的表為137 臺(tái)。最后可測(cè)試表的樣本表為1 468 臺(tái)。

3.1 在用民用膜式燃?xì)獗淼陌踩阅?/h3>

本研究發(fā)現(xiàn)的漏氣表，是指在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行密封性實(shí)驗(yàn)時(shí)存在漏氣情況，而被拆之前在用戶家中并未發(fā)現(xiàn)漏氣，通過(guò)對(duì)漏氣的原因進(jìn)行分析，認(rèn)為這部分表應(yīng)該是在拆卸、搬運(yùn)過(guò)程中造成了密封性損壞。

從圖2 中可以看出，使用年限15 到20 年的漏氣表占比30%，使用20 年以上的漏氣表占比為55%，兩者合計(jì)占比85%。雖然拆表前在用戶家沒(méi)有發(fā)現(xiàn)漏氣，但是拆后使用15 年以上的表漏氣現(xiàn)象占比較多，說(shuō)明使用年限超過(guò)15 年以上的膜式燃?xì)獗恚浒踩匀孕枰M(jìn)一步檢驗(yàn)。

圖2 漏氣表隨使用年限的占比

3.2 在用民用膜式燃?xì)獗淼暮细衤?/h3>

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的伯努利大數(shù)定律，當(dāng)抽樣樣本數(shù)量足夠大時(shí)，可用事件的頻率近似代替事件出現(xiàn)的概率[6]。因此，在對(duì)1 625 只膜式燃?xì)獗磉M(jìn)行大樣本隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)的情況下，可認(rèn)為抽樣樣本中膜式燃?xì)獗淼暮细衤剩礄z驗(yàn)合格的燃?xì)獗淼臄?shù)量與相應(yīng)樣本總數(shù)之比）近似等于相應(yīng)情況下所有在用膜式燃?xì)獗淼暮细衤省?/p>

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，得到相應(yīng)情況下在用民用膜式燃?xì)獗淼? 個(gè)流量點(diǎn)的合格率。其中，使用時(shí)間分別為10 年以?xún)?nèi)、10 年（含10 年）到15 年、15 年（含15 年）到20 年、20 年（含20 年）以上的膜式燃?xì)獗淼暮细衤嗜绫? 所示。

表3 在用民用膜式表三個(gè)流量點(diǎn)的合格率統(tǒng)計(jì)分析

從圖3 可以發(fā)現(xiàn)，隨著燃?xì)饽な奖淼氖褂媚晗薜脑黾?，其qmax、0.2qmax、qmin流量點(diǎn)的合格率呈現(xiàn)逐漸降低。膜式燃?xì)獗碓谑褂?0 年內(nèi)，其各流量點(diǎn)的合格率都在90%以上。膜式燃?xì)獗碓谑褂?5 年后，其qmax、0.2qmax流量點(diǎn)的合格率降幅很大，其中qmax流量點(diǎn)的合格率由88.54%降到44.05%；0.2qmax流量點(diǎn)的合格率由89.32%降到65.68%。qmin流量點(diǎn)的合格率降幅不明顯。

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，得到不同使用年限下在用民用膜式燃?xì)獗? 個(gè)流量點(diǎn)全部合格的整體合格率如表4所示。

表4 在用民用膜式表不同使用年限的整體合格率

從圖4 可以看出，隨著使用年限的增加，在用民用膜式燃?xì)獗砀魇褂媚晗薅蔚恼w抽樣合格率在降低。當(dāng)使用年限超過(guò)15 年，合格率急劇下降。合格率由80.21%降低到35.41%。

圖4 在用民用膜式燃?xì)獗聿煌褂媚晗薜恼w合格率折線圖

3.3 在用民用膜式燃?xì)獗肀淼讛?shù)與平均示值誤差的關(guān)系

表底數(shù)為本次檢測(cè)的膜式燃?xì)獗砀髯缘睦鄯e流量，E 平均是指本次檢測(cè)各表所有檢測(cè)點(diǎn)示值誤差的算術(shù)平均值。膜式燃?xì)獗鞥 平均隨表底數(shù)變化關(guān)系如圖5 所示。

圖5 膜式燃?xì)獗鞥 平均隨表底數(shù)的變化規(guī)律

從圖5 可以看出，膜式燃?xì)獗淼谋淼讛?shù)主要集中6 000 m3以?xún)?nèi)，膜式燃?xì)獗鞥 平均主要集中在-6%到+6%之間。膜式燃?xì)獗碓诒淼讛?shù)8 000 m3以?xún)?nèi)，隨表底數(shù)的增加，E 平均擬合曲線基本維持在0 軸上。

3.4 在用民用膜式燃?xì)獗硐鄬?duì)示值誤差的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差

通過(guò)計(jì)算在用民用膜式燃?xì)獗硐鄬?duì)示值誤差的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差[3,6],得到不同使用年限的膜式燃?xì)獗? 個(gè)流量點(diǎn)的相對(duì)示值誤差的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差的最佳估值如表5 所示。

表5 不同使用時(shí)間的膜式燃?xì)獗硐鄬?duì)示值誤差的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差的最佳估值

從表5 可以看出，隨著燃?xì)饽な奖淼氖褂媚晗薜脑黾?，其相?duì)示值誤差的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差的最佳估值的絕對(duì)值都在增大，尤其是15 年到20 年區(qū)間的燃?xì)饽な奖?，其qmin流量點(diǎn)的σest 值到了41.94%，說(shuō)明其離散化很大了。其0.2qmax和qmax流量點(diǎn)的μest 值都超出了JJG 577—2012《膜式燃?xì)獗頇z定規(guī)程》規(guī)定的0.1qmax≤q ≤qmax時(shí)其最大允許相對(duì)誤差為±3%。

4 結(jié)論及建議

1）北京地區(qū)燃?xì)饩用窦彝ナ褂玫哪な饺細(xì)獗?，?jīng)過(guò)抽樣檢驗(yàn)試驗(yàn)，使用10 年內(nèi)的膜式燃?xì)獗?，其檢定合格率基本都在90%以上；膜式燃?xì)獗碓谑褂?0到15 年之內(nèi)，其檢定合格率基本都在80%以上，由此說(shuō)明80%的在用膜式表性能符合國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程的要求，可以繼續(xù)使用，如果全部更換，勢(shì)必造成極大浪費(fèi)。在用膜式燃?xì)獗碓谑褂?5 年以后，其檢定合格率下降幅度較大，接近70%的在用膜式表不符合國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程的要求，需要更換。

2）根據(jù)北京地區(qū)目前使用的膜式燃?xì)獗淼馁|(zhì)量水平及使用狀況，建議通過(guò)科學(xué)的抽樣統(tǒng)計(jì)方法，并結(jié)合居民用戶整體報(bào)修率及漏氣率，對(duì)表具進(jìn)行安全性評(píng)估，適當(dāng)延長(zhǎng)膜式燃?xì)獗淼妮啌Q周期，合理節(jié)約社會(huì)資源，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)“碳達(dá)峰”目標(biāo)做貢獻(xiàn)。