趙金凱

（臨沂市檢驗檢測中心，山東臨沂 276000）

0 引言

壓縮天然氣具有清潔、成本低的優(yōu)勢，在我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有廣泛的前景。在汽車壓縮天然氣加氣站系統(tǒng)中，加氣機計量的準(zhǔn)確性將直接影響天然氣輸出的質(zhì)效，并且與汽車使用者花費的燃料費用息息相關(guān)。做好壓縮天然氣加氣機計量檢定工作，確保其計量的準(zhǔn)確性與一致性，是進行量值傳遞或量值溯源的重要形式；是為國民經(jīng)濟建設(shè)提供計量保證的重要條件；是對全國計量實行國家監(jiān)督的一種手段。當(dāng)前用于壓縮天然氣加氣機中的計量儀表主要有質(zhì)量流量計、容積式流量計和渦輪流量計，介紹壓縮天然氣加氣機質(zhì)量法檢定以及標(biāo)準(zhǔn)法檢定的實施方法，并就提高壓縮天然氣加氣機計量檢定質(zhì)量提出建議。

1 壓縮天然氣加氣機結(jié)構(gòu)及工作原理

當(dāng)前我國各地普遍使用的壓縮天然氣（CNG）加氣機主要由測量變換器及電子計控器兩部分構(gòu)成，另外還包括拉斷閥、加氣槍等輔助裝置及附加裝置。壓縮天然氣加氣機實質(zhì)上是一個售氣計量系統(tǒng)，因此其計量的精準(zhǔn)性與真實性直接影響著加氣服務(wù)的質(zhì)效。

加氣機工作原理：壓縮天然氣經(jīng)加氣站輸送，并由高、中、低三路管線進入加氣機，如果為雙槍式壓縮天然氣加氣機，則壓縮天然氣從加氣機底部的管線分左右兩路進入加氣槍的電磁閥。打開相應(yīng)閥門開始進行一次燃料充裝時，壓縮天然氣先后通過開關(guān)閥、質(zhì)量流量計、加氣軟管、三通球閥、加氣槍進入汽車儲氣瓶。在此過程中，質(zhì)量流量計內(nèi)的傳感器會自動獲取氣流量、流速等信息，并將該信息傳遞給變送器，變送器將流量信息轉(zhuǎn)化為電流等電脈沖信號，經(jīng)由智能測控系統(tǒng)計算轉(zhuǎn)化為本次加氣的體積，并在顯示屏顯示金額等數(shù)據(jù)。同時，加氣過程中顯示屏上的金額、體積等數(shù)據(jù)會隨著加氣量的增加而變化。

當(dāng)?shù)蛪汗艿罋鈮毫εc汽車氣瓶內(nèi)氣壓達到平衡時，智能測控系統(tǒng)接收到來自變換器所提示的“低壓電磁閥流量低于設(shè)定值”的信號，系統(tǒng)將自動關(guān)閉低壓電磁閥，開啟中壓電磁閥，此時中壓管道氣壓力高于汽車氣瓶內(nèi)氣壓力，可由加氣槍將壓縮天然氣推送至氣瓶內(nèi)。當(dāng)中壓管道氣壓力與汽車氣瓶內(nèi)壓力達到平衡時，智能測控系統(tǒng)按照上述流程關(guān)閉中壓電磁閥，開啟高壓電磁閥進行加氣，直至達到汽車氣瓶容量上限。此時顯示屏上的金額數(shù)據(jù)不再跳動，顯示出最終的加氣金額。

2 影響壓縮天然氣加氣機計量準(zhǔn)確性的因素

影響壓縮天然氣加氣機計量準(zhǔn)確性的因素主要包括3 個方面：①質(zhì)量流量計的性能與運行可靠性。部分質(zhì)量流量計在長時間使用后會出現(xiàn)零點漂移、重復(fù)性等問題。零點漂移問題是指在沒有開始加氣時流量計便顯示出流量，會導(dǎo)致實際加氣金額小于顯示屏顯示的金額，繼而使汽車車主承擔(dān)經(jīng)濟損失。重復(fù)性問題是指在相同條件下，使用流量計對同一加氣量進行測量時最終的結(jié)果不統(tǒng)一，表明流量計進出口安裝管路存在質(zhì)量缺陷，但由于進出口安裝管路在流量計出廠時就已被確定，因此無法通過更換或改造的方式解決該問題；②質(zhì)量與體積的換算。我國大部分壓縮天然氣加氣機以體積單位為結(jié)算方式，因此要將質(zhì)量流量計顯示數(shù)值轉(zhuǎn)化為體積數(shù)值，雖然有標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換運算方式，但質(zhì)量、密度及儀表系數(shù)都會影響最終的計量準(zhǔn)確性；③密度值的準(zhǔn)確性。密度值需要結(jié)合壓縮天然氣的組成確定，但根據(jù)組成成分計算的密度值具有較大的波動性，并大于經(jīng)驗密度值，會引發(fā)加氣體積量計算的誤差。

3 壓縮天然氣加氣機計量檢定實施方法

3.1 質(zhì)量法檢定

質(zhì)量法檢定是壓縮天然氣加氣機計量檢定中常用的方法之一，其主要原理為：通過直接對比通過壓縮天然氣加氣機的氣體或體積質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)容器的氣體或體積質(zhì)量快速而準(zhǔn)確地得出計量檢定結(jié)果，可以評估壓縮天然氣加氣機計量的準(zhǔn)確性[1]。在實際應(yīng)用中，質(zhì)量法檢定（圖1）又分為體積量測量以及質(zhì)量測量兩種類型。

圖1 壓縮天然氣加氣機質(zhì)量法檢定示意

3.1.1 體積量測量

將加氣機調(diào)節(jié)為體積量狀態(tài)，此時被檢定的計量儀表示數(shù)為氣體體積値。準(zhǔn)備工作完成后，利用電子天平測量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，體積測量點設(shè)置為2 個，分別為3 kg 和5 kg，每一測量點分別檢驗3 次。

實施方法：①利用電子天平精準(zhǔn)測量空標(biāo)準(zhǔn)容器的質(zhì)量；②清零壓縮天然氣加氣機計數(shù)器示數(shù)；③連接加氣槍與空標(biāo)準(zhǔn)容器并開啟加氣機，當(dāng)空標(biāo)準(zhǔn)容器壓力達到20 MPa 時立即關(guān)閉加氣機，并取下加氣槍，利用電子天平精準(zhǔn)測量加氣后標(biāo)準(zhǔn)容器的質(zhì)量，與此同時，讀取壓縮天然氣加氣機體積值[2]；④對加氣機的示值誤差、重復(fù)性進行計算。

假設(shè)空標(biāo)準(zhǔn)容器質(zhì)量為M1i；加氣至壓力為20 MPa 時標(biāo)準(zhǔn)容器質(zhì)量為M2i，加氣機顯示的體積量為Vji，則可計算出：

在該時間段內(nèi)通過壓縮天然氣加氣機的氣體體積質(zhì)量為：Mi=M2i-M1i；讀取加氣機所采用的天然氣相對密度為ρi；則可以得出Mi對應(yīng)的體積評估為：；加氣機的示數(shù)誤差值為：Ei=；重復(fù)性為，其中dn為級差系數(shù)。

3.1.2 質(zhì)量測量

加氣機設(shè)置為質(zhì)量狀態(tài)，被檢儀表顯示氣體質(zhì)量。測量點設(shè)為3 kg 和5 kg 兩個稱量點，每個稱量點各檢驗3 次。首先精確測量空標(biāo)準(zhǔn)容器的質(zhì)量，然后加氣機計數(shù)器清零，將加氣槍接人標(biāo)準(zhǔn)容器，開啟加氣機加氣，當(dāng)容器質(zhì)量達到規(guī)定稱量點時關(guān)閉加氣槍，取下加氣槍，再次測量標(biāo)準(zhǔn)容器的質(zhì)量，同時讀取加氣機顯示氣體質(zhì)量。加氣機示數(shù)誤差及重復(fù)性計算依照體積量測量公式。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)法檢定

標(biāo)準(zhǔn)法檢定與質(zhì)量法檢定同屬于靜態(tài)法檢定，相對于動態(tài)法，即通過對加氣槍計數(shù)器進行信號取樣的計量檢定方法來說，靜態(tài)法檢定操作較為簡單，計量準(zhǔn)確性的評估能夠達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)法檢定基本原理：直接對比通過壓縮天然氣加氣機的氣體體積量與標(biāo)準(zhǔn)表中所呈現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)氣體體積量[3]。為保證壓縮天然氣加氣機計量檢定的質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)表盡量與加氣機內(nèi)計量儀表為同種類型。在采用標(biāo)準(zhǔn)法進行壓縮天然氣加氣機計量檢定時，首先需要確定測量點的個數(shù)以及每一測量點的檢驗頻次。本文將標(biāo)準(zhǔn)法檢定下的壓縮天然氣加氣機通過的氣體體積量測量點設(shè)置為2 個，分別為5 m3和15 m3，每個測量點各檢驗3 次。

實施方法：①設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的體積値，按照圖2 所示連接標(biāo)準(zhǔn)表、加氣槍、氣瓶，并清零加氣機計量器的示數(shù)；②開啟加氣機，向加氣機內(nèi)通過天然氣，密切關(guān)注加氣機體積示數(shù)，當(dāng)其通過氣體的體積量達到預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)后立即關(guān)閉加氣槍；③分別讀取加氣機氣體體積量示數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)表體積量；④按照質(zhì)量法檢定下體積量測量中加氣機示值誤差、重復(fù)性的計算流程與公式進行計算，以此為基礎(chǔ)對壓縮天然氣加氣機計量準(zhǔn)確性進行評估[4]。

圖2 壓縮天然氣加氣機標(biāo)準(zhǔn)法檢定示意

4 提高壓縮天然氣加氣機計量檢定質(zhì)量的對策

4.1 提高檢定人員綜合素質(zhì)

計量檢定人員的綜合素質(zhì)會影響壓縮天然氣加氣機計量檢定工作的效率與質(zhì)量，因此要不斷提高計量檢定人員綜合素質(zhì)。具體措施：①加強對計量檢定人員的培訓(xùn)，通過開展技能比拼、企業(yè)交流等活動，增強計量檢定人員的爭先意識，繼而促進其自覺提高計量檢定理論水平及實際操作技能；②要就計量檢定新規(guī)程做好宣傳教育工作，使計量檢定人員盡快熟悉新的工作內(nèi)容，掌握新的工作標(biāo)準(zhǔn)，并學(xué)會使用新型計量檢定儀；③計量檢定為一項嚴謹、細致的工作，因此要不斷提高計量檢定人員的思想覺悟，使其端正工作態(tài)度，樹立專業(yè)精神，不斷探索提高計量檢定工作質(zhì)量的路徑[5]；④落實績效考核，實行末位淘汰制。采用季度考核方式，第一次考核不合格的工作人員需要參加企業(yè)培訓(xùn)，提高專業(yè)能力；第三次考核仍未合格的工作人員則要接受懲罰，調(diào)離計量檢定崗位，以此來提高檢定人員意識，使其能夠積極投身于本職工作。

4.2 采用專業(yè)檢定APP

在檢定壓縮天然氣加氣機時，檢定人員需要記錄大量的數(shù)據(jù)，并完成復(fù)雜的多種計算。傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄方式不僅增加了檢定人員的工作工作量，還容易造成數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。因此，要保證檢定過程簡單化、檢定結(jié)果精準(zhǔn)化、檢定數(shù)據(jù)電子化，就需要基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，配合新檢定規(guī)程，利用專用檢定APP 實現(xiàn)電子記錄的管理模式。APP 的使用首先對檢定人員的資質(zhì)有了更高的要求，但能有效提高檢定人員的工作效率。同時，專用檢定APP 可與計量標(biāo)準(zhǔn)、檢定項目、檢定規(guī)程等信息進行有效聯(lián)動，保障信息的有效性。此外，專業(yè)檢定APP 能夠簡化檢定流程，提高計量檢定工作的信息化程度。

5 結(jié)束語

壓縮天然氣加氣機計量檢定方法主要包括質(zhì)量法檢定及標(biāo)準(zhǔn)法檢定。在應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)法檢定時要盡可能保證標(biāo)準(zhǔn)表與加氣機所用計量儀表類型的一致性。同時，在對壓縮天然氣加氣機進行計量檢定時，需要保證規(guī)范操作，降低計量檢定的誤差。此外，為提高壓縮天然氣加氣機計量檢定質(zhì)量，需要進一步提高檢定人員的綜合素質(zhì)、采用專業(yè)的檢定APP。