压缩天然气加气机检定中存在的问题及对策建议

陈帅，司新华，付学斌，范连新

（1.滨州市检验检测中心；2.滨州市知识产权维权援助中心，山东 滨州 256606）

压缩天然气加气机属于强制检定的计量器具，其计量准确度直接关系到贸易公平，影响经营方与消费者的实际利益，是计量管理的重要对象，所以压缩天然气加气机的检定工作受到社会的高度关注。压缩天然气加气机的计量检定结果的准确、可靠，更体现了计量检定的公正性和法治性。

1 压缩天然气加气机简介

压缩天然气加气机是为汽车储气容器充装压缩天然气，并带有计量和计价等装置的专用设备。

1.1 压缩天然气加气机构造

压缩天然气加气机由质量流量计、电子计控器、拉断阀、快速切断阀、加气枪等主要部分组成的一个完整的压缩天然气累积量测量系统。

1.2 压缩天然气加气机工作原理

气源中的天然气进入加气机后，经过进气阀、气体过滤器、电磁阀，进入质量流量计进行计量，然后经过快速切断阀、拉断阀、高压软管和加气枪注入储气容器，完成加气工作。电子计控器控制加气过程，并根据流量计输出的流量信号和限压传感器输出的压力信号等进行运算、显示和控制电磁阀。图1为压缩天然气加气机的工作原理图。

图1 带限压保护功能加气机的工作原理图

2 压缩天然气加气机检定方法

根据JJG996-2012《压缩天然气加气机》检定规程，压缩天然气加气机的最大允许误差为±1.0%。示值误差的计算公式如式（1）所示。

式中，E为测量的示值误差，%；MJ测量时加气机的示值，kg；MS为测量时标准装置的示值，kg。

根据计量法规定，强制检定计量器具的检定执行检定规程，检定规程中压缩天然气加气机的检定方法分为质量法和标准表法。

2.1 质量法

质量法是一种静态检定法，质量法气体流量标准装置选用高准确度等级的电子天平作为主标准器，将电子天平的示值作为标准值，加气机的读数作为测量值，通过式（1）计算得到该加气机的示值误差，判定是否合格（图2）。

图2 质量法气体流量标准装置工作原理图

2.2 标准表法

标准表法是一种动态检定法。标准表法气体流量标准装置选用准确度高的高压气体质量流量计作为标准表。将标准装置串联在加气机与储气瓶之间，连通后标准装置清零加气，天然气经过加气枪进入标准装置，再加入储气瓶。以标准装置的读数作为标准值，加气机的读数作为测量值，通过公式（1）计算得到误差，判定是否合格（图3）。

图3 标准表法气体流量标准装置工作原理图

3 影响压缩天然气加气机检定结果的因素

3.1 加气机自身的影响

加气机的核心部件是质量流量计，加气机内质量流量计的准确度难以保证。但加气站一般不拆卸质量流量计进行检定、校准，只按照检定规程对加气机整机进行检定，所以会影响加气机计量的稳定性和重复性。同时，电磁阀、电磁计控器、拉断阀、快速切断阀也会磨损老化，影响加气机的计量准确度。

3.2 计量单位的影响

目前各法检定机构多数以标准表法进行检定，市场使用的压缩天然气加气机和各法定计量机构的检定装置，皆采用质量流量计计量，即计量单位为（kg），但物价部门以（m3）计价。要实现计量单位到结算单位的转换，需要在电子计控器上引入天然气密度参数，利用式（2）进行单位换算，达到计价的目的。

式中，V为天然气体积，m3；m为天然气质量，kg；ρ为天然气密度，kg/m3；K为加气机当量系数。

由式（2）可得，影响天然气体积的因素分别为质量、密度、加气机当量系数。质量可由质量流量计测量，可准确控制；当量系数为加气机安装完成后设置，可通过对当量系数的微调控制加气机的误差。密度为人工输入加气机中的参数。加气站的气源不固定，不同气源的密度不同，即使同一气源的天然气，密度也难以保证不变。目前的做法是将压缩天然气密度固定在一个经验值，即0.7000kg/m3，这显然无法反映天然气的真实状况，从而无法保证计量的准确性。

3.3 密度的影响

上文中提到，天然气密度不稳定，难以现场检测。压缩天然气加气机检定装置中需要手动输入被检天然气密度，从而计算被检天然气的体积，与加气机体积示值对比，计算误差。然而，针对某一批次的天然气，加气机可能根据气质报告更改了密度，但是，检定装置依然使用固定的经验密度值，也可能检定时检定装置更改了密度，但加气机中的密度未更改，这就导致了计量的不准确。根据式（2）可得出，以加气机设定经验密度值0.7000kg/m3为例，如果检定装置密度改变0.01kg/m3，计量误差就会改变1.4%左右，已超过加气机的最大允许误差。

选取一加气站稳定计量的压缩天然气加气机一台，在不改变其他因素的情况下，改变加气机中的密度参数进行试验，检定装置中，天然气的密度统一设定为0.7000kg/m3，试验结果如表1～3所示。

表1 加气机中密度设置0.6900kg/m加气机示值误差表

由试验可得出，密度改变0.01kg/m3，加气机的示值误差变化1.35%左右，与式（2）理论计算得出的误差变化值接近。可见密度对加气机示值误差影响较大。

3.4 温度和压力的影响

压缩天然气的密度是温度为20℃，大气压力值为101.325kPa下统一状态的密度。密度随着温度的升高而降低，随着压力的升高而升高。在一般情况下，温度和压力不会对质量流量计产生影响，而环境温度和压力改变时，会对压缩天然气的密度产生影响，从而导致其密度与提前输入至加气机中的密度值存在偏差。但在压缩天然气加气机检定过程中，加气机的压力和温度与检定装置的压力和温度基本一致，此处可忽略压力和温度变化对检定结果的影响。但是，温度变化对天然气的计量影响较大，特别是在冬季低温时，加气站计量问题的投诉次数明显增加。温度对天然气体积的影响如式（3）所示：

表2 加气机中密度设置0.7000kg/m3加气机示值误差表

表3 加气机中密度设置0.7100kg/m3加气机示值误差表

式中，Vg为测量条件下天然气的体积；Vb为基准气体温度下的体积；Tb为测量条件下的天然气温度(tg+273.15k)；Tg为基准气体热力学温度293.15K（20℃）。

以0℃时为例，天然气体积较20℃时减少7.3%，在质量一定的情况下，此时的密度比20℃时增加7.3%。在不改变加气机密度设置的情况下，加气机无法满足计量要求。但因加气机检定装置的工况温度与加气机相近，无法实际检测出此时的计量超差。

3.5 人为因素的影响

加气机计量误差是通过天然气密度和当量系数来调整的，个别加气站人员通过私自调整密度和当量系数获取不当利益，从而造成计量监管的风险。

4 对压缩天然气加气机检定监管的建议

4.1 提高加气机自身准确度

加气站经营者须定期对加气机进行维保，保证加气机各部位合格。通过每次的强制检定数据，制作加气机稳定性折线图，以观测加气机的稳定性和重复性。定期对加气机内的质量流量计进行检定、校准，保证加气机核心部件的准确度。

4.2 改变计价方法

计量单位与结算单位不一致可通过修改计价单位和计价方式来解决。如浙江省已于2015年将压缩天然气加气机结算单位由（m3）改为（kg），消除密度的影响。也可使用目前大力推广的能源计量。天然气的价值所在是其蕴含的发热量，因此，能量计量法要比体积计量法和质量计量法更能体现天然气的本质价值，也更公平合理。

4.3 及时更新密度参数

应针对每批次气源，根据气质报告，及时更新加气机中的密度参数。

在进行计量检定时，首先，应根据气质报告检查加气机中的密度参数是否正确；其次，在检定装置中输入气质报告中的密度，消除密度设置不统一带来的影响。

4.4 增加温补装置

温度对加气机计量的影响较大，检定装置也处在相同工况下，无法将温度的影响计算进去。可参照目前的温补膜式燃气表，在加气机计控器和加气机检定装置上加入温度补偿，根据式（3）计算，可降低温度对计量的影响。

4.5 加强计量监管

加气机密度的输入必须由法定计量检定部门进行统一管理，如果加气站需要调整密度，必须向法定计量检定部门申请，由检定人员统一做出密度调整，并将加气机主板、调整机构加铅封，经检定合格后方可使用。

5 结语

本文介绍了加气机的工作原理和检定方法，根据压缩天然气加气机检定中发现的问题，分析了加气机计量检定的影响因素，并提出了合理化的对策建议。但是，要想改变加气机计量检定存在的问题根源，必须推进加气机贸易结算单位的改革，最终才能解决密度因素带来的计量问题。