液化天然气加气机计量检测技术

王丽

[摘    要]天然气相对于其他石油产品来说，具有价格低廉、纯度高等优点，正在逐步替代石油产品，成为一种越来越普遍的能源。液化天然气加气机是一种专门用于将液化气体装入汽车中的测量仪器。因其兼具计量、定价、交易核算等特点，被列为国家强制检验的计量器具名录，对于开展有效的计量检定工作具有十分重要的意义。随着我国技术的进步，液化天然气加气机的技术水平得到了进一步的发展，应用领域也越来越广。文章通過对液化天然气加气机的装置、工作原理进行了总结，对目前国内液化天然气加气机计量检定的现状进行了分析，并对液化天然气加气机的计量检定方法进行了借鉴。

[关键词]液化天然气;加气机;计量检测技术

[中图分类号]U473.8 [文献标志码]A [文章编号]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 我国LNG汽车和加气机发展现状及趋势

1.1 LNG汽车发展现状及趋势

目前，在25个试点城市开展了节能汽车示范，并通过财政补助鼓励民间购置新能源汽车，推动了新能源汽车的发展。汽车工业由LNG驱动。到2019年末，LNG汽车的数量大约为3 075台。其中，重卡、城际客车、公交车是主要的交通工具，LNG汽车的发展势头较好。

1.2 LNG汽车加气机发展现状及趋势

对LNG车辆发展的影响最大的是配套LNG加气机的建设。到2020年末，国内已建成20个LNG加气机。随着我国LNG车辆的迅速发展，LNG加气机的需求量越来越大。

1.3 LNG加气机计量检测介质的选择

目前，国内和国际上的LNG生产厂家都使用液氮作为液化天然气加气机的出厂试验。通过对液化天然气与液氮的物理特性进行了比较，结果表明，液化天然气和液氮的饱和蒸气压力、温度范围相近，但其密度有很大差异。在安全、技术上，可以采用液氮置换法对LNG加气机、流量计进行检测。NIST采用了水和液氮作为测量媒介，对传统的涡轮流量计进行了标定。

①在试验介质中，流量系数随流量增大而降低。②液氮作为实验介质时，在40 %～90 %的相对流量下，其流动系数的变化幅度明显降低，存在谷点。在流量大于90 %的情况下，其变化率又增加了。在试验介质中，流量系数随流量增大而增大。用液氮作为试验介质时，其流动系数随流量增大而降低。用水作试验介质时，其流量系数比用液氮作介质时的偏差要大[1]。实验中，液氮流量对流动系数的影响较为复杂。29CB9F56-C8DB-4AF1-BD92-CFD383F2406D

1.4 欧洲LNG计量研究项目

从2010年开始，欧盟国家计量研究所联合会和欧盟将LNG计量研究项目正式列入欧洲计量研究计划，并开始对LNG计量项目进行研究。LNG计量工程团队包括荷兰国家计量研究所、VSL、英国TUVNEL、德国PTB等12个技术单位。由于交易的不确定性，使得交易的公平性得到了保障。①将LNG质量方法中的第一个标准流速设置为5～25 m3/h，并以0.05 %的目标不确定性值（K=2）。②研究中小型工业尺度流量计的标准设计，流量在25～200 m3/h，

以0.07 %的不确定度作为指标。③设计标准的工业流量设备，其流量在100～7 000 m3/h之间，其不确定度高于0.15 %（K=2）。设备使用重量测量，其膨胀不确定度为1.07 %（K=2）。很明显，该装置的测量精度和目标值有很大差距，有待进一步提高。当仪器的技术指标达到标准后，小组将会对不同的试验介质（LNG、液氮、水）的质量效应进行分析，并建立量化的影响模式，以确定技术上可行的、经济合理的标定方法。

1.5 我国LNG加气机计量研究现状

目前国内仅有少数单位对LNG加气机的计量测试进行了初步研究。根据标准表的方法，开发出一种计量精度高，结构简单，操作方便，扩展不确定度为0.3 %（K=2）的LNG计量设备。设备包括加液管道、回气管道、通风管道和数据收集系统4个部分。通过现场验证，该设备运行较为平稳，既能独立校验整体LNG和液相流量计，又能对同类产品進行校验。

2 液化天然气加气机的构成及使用原理

液化天然气加气机是专门用于膨胀的。通过测定，可以测定出气体的容积和质量。公司的业务范围以LNG业务为主。这种仪器随着技术的发展而不断更新，已完全达到了计量和价格的统一。它在各种加油站中都有广泛的应用，是天然气交易计算的重要装置。LNG加气机在中国尚处在发展的初期，近几年，由于技术的发展，设备也在不断更新。然而，在实际应用中仍有一些问题。为了改善和提高，必须不断地更新观念，发展新的技术。

2.1 构成

LNG加气机主要包括三大类：LNG质量流量计，阀门，本体、管路系统，防爆电源、数据采集系统。LNG仪器中最关键的部件是质量流量计，它的主要功能是检测LNG的质量，因此LNG计量的准确性依赖于计量技术的不断进步。

2.2 使用原理

通常各加气机都会配备一台LNG加气机，以推动LNG行业的发展。利用加气机进行科学的计量，能准确地确定燃气容量，确保计算和价格同步。但是不同的加气机型号、厂商所制造的产品，可能会造成一些差别，整体来说它们具有相同的特性。在这些模型中，使用最多的是单流风加气机。其主要特点是费用低廉、使用简便，因此在市场上广为传播，有很大的推广价值。采用双流量加气机，既能保证气体流量的相对性，又能科学地测定气体的回收率，通过细微的变化，可以测出气体的流量与气体的总量之差，从而精确地减少背气。液化天然气加气机是一种自动化的装置。但必须指出，虽然加气机的测量准确度很高，但其投入也很大，因此在市场上的推广并不尽如人意。

3 液化天然气加气机存在的问题

LNG计量仪器是国内使用最多的仪器，LNG仪器的核心部分是质量流量计。在质量流量计中，可以使用静态校准的方法。在计量时，首先要对液化天然气加气机进行质量检测，保证不会出现任何差错，并将LNG加气后的数值与以前的数据进行比较。LNG的计量都是在现场进行，因此现有的技术很容易受环境因素的影响，准确率不高，再加上运输不便，使得现有的计量手段有很多不足之处[2]。

（1）技术问题。目前，由于各区域的经济发展水平不一，所选用的加气机型号也不尽相同，这就导致了LNG计量中的问题。由于天然气加气机是在户外进行的，因此在灌装时燃气的温度难以得到有效的控制。加气机在温度较低的情况下工作，最大限度地低于-160℃。在温度较高的地方，加气管内、外温度的变化会很大，会导致汽化问题的出现，应及时采取相应的措施，避免引起充气质量的改变，从而产生测量误差。

（2）液化天然气质量流量计。流量计的重要性不可低估，为了确保计量精度，确保计量费用的合理利用。流量技术是目前应用最广、最广泛的一种，它能对液体的质量进行直接、精确的检测，并能有效地提高测量的准确性。对于流量表来说，最重要的部分就是要用两根管子并排地连接起来，在相反的手肘位置，互相轻轻振动，以使振动管道保持同步。在此基础上，通过对测量技术的正确运用，可以有效地解决温度测量不精确的问题，并使其达到精确的测量效果。LNG加气机在加气机的加液过程中会产生一定数量的气体，而采用气象流量的测量可以持续地改善整个加气机的测量精度，为下一步的评估工作奠定基础。

（3）液化天然气加气机的返气问题。国内现有的LNG加注设备多采用双管式计量，即用两个质量流量计进行充气和回气，并以两个流量的差值为最终的测试结果。为了使液化气计量的准确性持续得到改善，国内LNG加气机在选择过程中仍将继续使用双管式计量，以确保计量准确度和以充气为主要目的。对两种测量数据进行一次分析，将两种测量数据的差值作为最后的检测结果，从而使测量的科学性得到进一步的优化。无论使用何种方法，汽车气瓶的实际状况对试验结果的精确度影响很大。由于LNG加气机不能将液化天然气转换成可利用的液体，这就给检测带来了困难。在此条件下，在进行试验时，应该选用双管式流量计。为了确保测试结果的准确、有效地减少测试费用和改善实际应用效果，必须加强LNG加气机的回气测试技术。

4 液化天然气加气机计量检定方法

4.1 标准表法

标准计量，以性能最佳的流量计为基准，对其他流量计进行检测，并通过对比确定其他流量计的误差。该方法的原理是以流体力学的连续性为基础，将其他的条件都控制在相同的条件下，如管径、时间间隔等，并将流量计与标准流量计连接起来，测量液体，记录和显示，进行比较，并按每一次的数据进行比较得出平均，从而减小误差，使测量结果更为精确。与计量相比，标准方法最大的不同之处在于，它具有更高的效率、更精确、更易于使用、节约了大量的费用。由于其满足了需要，在未来的发展中肯定会有很大的优势。29CB9F56-C8DB-4AF1-BD92-CFD383F2406D

4.2 液化天然气加气机的计量检定流程

（1）前期工作。在使用LNG加气机前，应将所有必需的部件都准备好。首先要知道LNG加气机的标定设备，即所谓的标尺，实际上是一种更精确的质量流量计。用同样质量的液化气对检验设备的精确度进行评价，对比数据时，很容易发现误差，从而增加了精确度。从加气机LNG储罐起，依次与加液机、输送系统、LNG储罐及检测设备连接。

（2）大循环。液化天然气加注装置和液化天然气试验台应串联使用。把加气嘴置于控制器的枪管上，把加气机的喷嘴置于枪后，把各部分连接起来，然后按下预冷键，就可以启动大循环了。同时，严密监控流量表的温度、水量，并做好记录，持续观察，发现缺陷，充分讨论，全面启动试车工作，正式进行预冷。在整个大周期内，要注意检查是否有漏气等現象，同时要注意安全，因此要特别注意易燃、爆炸的东西远离工地，避免发生意外。

（3）加气。加气是最后要做的一个环节，这个过程是可以被测量的，因此它是整个过程的核心。首先，点击“加气”键进行加气。液化天然气由加气机和加气机检验设备送入油罐车。整个流程包括灌装设备的记录。测量结果由检定仪记录，由有关人员进行显示，并在结束后再进行记录，以便于对多个数据进行对比，发现有规律或数值太大的值。采集数据的时间为3～5 min，充气结束后，数据采集结束。通过计算，得出了气体加气机的测量误差。整个测试流程都完成了，这就是液化天然气加气机的全部标准测试[3]。

5 结束语

为了推动LNG加气机产业的健康、有序地发展，文章提出了一项新的研究方向，即在LNG加气机的测试与测试中，对LNG加气机的计量和测试技术进行深入的探讨。LNG具有低温、低温、易燃易爆等特点，其检测与测试往往是困难的。美国国家标准化技术研究院、荷兰国际计量研究院在LNG计量方面处于世界领先地位。国内的试验技术研究主要围绕着标准设备的研发和技术规范展开，并取得了一些成果。根据LNG加气机精度等级为1.0的实际情况，仍然需要采用液氮、LNG作为试验介质，在标准流量大于0.3 %（K=2）时，应采用操作基准设备。并且，一次质流准则的不确定性比0.10 %好。目前，低温流速测量设备的测量精度通常在0.2 %左右（K=2），因而在技术上存在较大的困难。同时，对LNG组成的计量体系进行改进，以降低其密度、热值计算中的不确定性，并对其进行优化。因此，在我国LNG加气机的价值转移和追踪系统的建设中，仍需要严格、有序、高起点、高水平的基础研究。目前，国内LNG加气机的发展很快，但由于其检测方法、校准装置和相关的国家标准规定等方面的规定不够健全，致使其检测工作中出现了许多问题，制约了其创新。因此，要对LNG加气机计量校准的现状及问题进行分析，制订相关的校准方法与程序，并对其进行持续的创新与发展，以推动我国液化天然气加气机及天然气工业的稳定、健康发展。

参考文献

[1] 戚毅敏.液化天然气加气机计量检测技术现状探讨[J].技术与市场，2016，23（6）：251.

[2] 吴昊.液化天然气加气机计量检测技术现状分析[J].环球市场，2018（26）：369.

[3] 张茂添.浅谈现代液化天然气加气机计量检定方法[J].科学与信息化，2017（8）：76-77.29CB9F56-C8DB-4AF1-BD92-CFD383F2406D