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CNG加气站压缩天然气的计量


CNG 加气站压缩天然气的计量
(2010-06-25 10:39:14)

标签:
cng 加气站 压缩天然气 计量 汽车

分类:CNG 技术交流

CNG 加气站压缩天然气的计量
刘 锡 麟

原发表于《计量技术》杂志 2001 年第六期
百度《秋林红似火

》 百度《秋林红似火》



要:本文论述了天然气的计量特点,常用的计量方法和仪器。提出了 CNG 加气站中压

缩天然气的计量原则和提高售气机计量准确度的方法,具有一定的实用价值。

关键词:CNG 加气站 压缩天然气 计量

一、压缩天然气计量的特点
⒈天然气和其它气体一样,在标准状态下(我国为 0.1Mpa 20℃),其质量、体积和密度 存在着简单的正比例关系,亦可近似用理想状态方程处理;

⒉压缩天然气(CNG)体积和质量的关系除了与密度有关外,还受到温度、压力、以及压 缩因子和气体组份等因素的影响;

⒊压缩天然气(CNG)计量时一般要换算成标准状态,还要依据温度、压力进行必要的补 偿修正;

⒋压缩天然气(CNG)的计量过程中,气体的温度和压力,尤其是压力处在不停的变化中, 人工很难进行补偿修正,必须依靠自动化程度较高的在线测量系统进行;

⒌压缩天然气(CNG)的气体组分经常变化,引起气体密度的变化,若采用体积进行计量 时,必然引起计量准确度的变化;

⒍在售气机现场的高压状态下进行天然气密度 (指标准状态下的密度) 的分析测量比较困难, 一般都只能近似采用长输管线末站采样计算的密度值;

二、天然气的常用计量方法和仪器
⒈用压力表计算法

这种计量方法,在我国许多地方的 CNG 加气站都可以见到。其计量装置非常简单,在加气 管道上有一个压力表,表的前后各有一个阀门。给汽车加气时,依据车载气瓶的容积和加气 前后的压力差,经计算求得所加气的体积数。

这种计量方法误差很大。 是夏天加气还是冬天加气, 是通过储气瓶组冷加气还是由压缩机直 接热加气,尽管压力差相同,但由于温度影响很大,所加的气体体积实际上大不相同。

⒉以科里奥利质量流量计进行计量

目前各国 CNG 加气站绝大多数都使用这种类型的售气机。其中的科里奥利质量流量计是一 种 80 年代才发展起来的新型流量测量仪器。

科里奥利质量流量计, 是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用为原理, 实现质量流量 的测量。同时具有根据温度参数对质量流量和密度测量进行补偿、修正的功能。除可直接测 量流体的质量流量外,还可直接测量流体的密度和温度。

⒊以音速文丘利质量流量计进行天然气计量

主要在城市天然气管网中,作为低压天然气用气量的计量。音速文丘利质量流量计量,属于 间接式测量方法,当天然气流经该流量计时,取得天然气的压力、差压及温度变化信号,经 能流量仪的检测和运算,即可实现流量计量。

用在 CNG 加气站中的这种流量计,工作压力要高达 25Mpa。 ⒋涡轮式流量计量法

这是利用测量流体流速来测量流量的速度式流量计量法 (也属于体积流量计量法) 中的一种, 主要用在 CNG 加气站进气管线中的低压天然气的流量测量。

三、影响 CNG 计量准确度的主要因素
⒈售气机所选流量计的类型

售气机的计量传感器, 即流量计有体积流量计也有质量流量计; 有间接测量法也有直接测量 法,每一种的工作原理和结构型式都不同,适用范围和测量准确度也不相同,必然造成售气 机的计量准确度也不一样。

⒉售气机中 CNG 压力的变化 售气机给汽车加气的过程,是 CNG 压力不断变化的过程。从开始的最大流量,到加气结束 时的零流量,相应的压力从几乎 0.1Mpa,逐步到达最大压力 20Mpa。由于天然气在不同压 力下的压缩因子是变化的,必然影响经过计量并换算成标准状态下的气体体积数的准确度。

⒊售气机附近环境温度的变化

天然气和所有气体一样,对温度的变化比较敏感。随着环境温度的变化,所测出的气体体积 数误差很大,尤其在夏天和冬天尤为突出。另外,售气机的气体来自地面储气瓶组(温度较 低),还是直接来自正在运行中的压缩机(温度较高),这个压缩热也会对计量体积造成较 大的影响。

⒋天然气密度值的变化

当用体积作为计量单位时, 密度值的变化引起的影响是不容忽视的。 一般天然气的组分报告 都是在气田或长输管线的末站采样, 它所得的出的气体密度与售气机计量时的压缩天然气密 度(换算成标准状态)有着较大误差。因为售气机计量的天然气,是经过脱水干燥、脱硫、 混油除油、分离部分高碳烃后的压缩天然气,其密度必然要发生变化。最好的办法是在售气 机后取样,测出密度用于校准计量仪器。

⒌标准计量器具的准确度

标定售气机时所用标准计量器具的准确度, 对售气机的计量准确度的影响是显而易见的。 按 照常识,校准用的标准计量器具的精度,应远远高于被校准的计量设备。然而我们时常在现 场可见到,一些用户用一般的台秤(计量误差至少在 5%以上)来校准售气机,这个售气机 的计量准确度就可想而知了。

⒍计量标准温度的设定

天然气计量时所采用的标准状态,各个国家都有不同的规定,主要是标准温度不同。例如, 美国、英国、加拿大、和澳大利亚等国为 15℃;俄罗斯为 0 或 20℃;法国、德国、日本等 国为 0℃;我国国标为 20℃(GB1314-77);ISO7504 标准则规定为 0℃。标准温度不同, 密度值则不同, 依据质量流量计测量出的天然气的质量, 经计算所得到的标准状态下的体积 数必然不同。所以进口售气机在我国应用时一定要注意这一点。

四、提高售气机计量准确度的方法
从前面的分析可知,实现气体的精确测量是比较困难的。天然气,尤其是压缩天然气,由于 其自身的特点, 不可能象液体甚至固体那样获得很高的计量准确度。 因此各国都从实际出发

给出了比较合适的精度等级标准。如美国标准规定售气机的系统计量准确度为 1.5~2%,我 国标准规定为 1%(CJJ844-2000 《汽车用燃气加气站技术规范》)。 如何在现有的条件下,尽可能地提高 CNG 售气机的计量准确度,我们的经验是: ⑴选择合适的售气机。比如,若用体积为计量单位时,应选用带有温度和压缩热补偿功能, 并能通过修改密度的方法进行校准的售气机比较合适;

⑵若采用进口售气机,应要求外商按我国标准温度进行设定或计算;

⑶由于天然气的组分经常变化, 引起密度值的变化, 因此有条件的地方至少一年应通过计量 监管部门将售气机校准一次;

⑷用称重法在现场校准售气机。这种方法比较方便,但应注意几点:

①所用的称重器具的精度应远远高于要校准的售气机。 作为标准计量器具, 其计量准确度值 至少小于售气机准确度值的 1/3,如售气机为 1%,称重秤则不要超过 0.3%; ②用气瓶充气称重时,每称一次后应将气体放掉再充气,若采用累加充气的方法,由于气体 温度的影响,可能引起较大的误差。

③测量现场不要有阳光直射,也不要有风,以免影响测量结果。

五、售气机的标定试验
我们以美国 ANGI 公司生产的售气机为例来介绍售气机的标定方法。 ⒈称重器具,我们选用了一台高精度电子衡,满量程 50 kg ,显示值为 00.000kg,由于小数 点后第三位数不稳定,所以有效数位为 0.01 即 10g,最小读数只能为 5 g ,计量准确度为 0.02%; ⒉盛装容器, 我们用了一个 50L 水容积的复合材料气瓶, 工作压力 20Mpa, 大约可盛装 20Mpa 的压缩天然气 7.4kg;

⒊标定步骤:

⑴将用户所提供的最近一次测出的管输天然气密度值输入售气机;

⑵先用电子衡称出瓶重,再充装天然气,并记录售气机显示的体积数,取小数点后三位;

⑶用毛重减去瓶重得到所装天然气的净重(该电子衡也可自动减去气瓶皮重得到净重),取 小数点后三位;

⑷用显示的体积数和输入的密度值,求得所测天然气的计算质量;

⑸由下式求得相对误差:

计算质量-净重

相对误差= ———————— ×100% ≤ 1% 净 重

⑹将瓶中的气体放掉,再将上述步骤重复两次,得到三个相对误差值,并求出平均误差值;

⑺若平均相对误差大于 1%(我国有关标准规定值),依据平均误差的偏离情况(+值或- 值),对设定的密度值进行修改调整;

⑻再重复上述步骤三次,看平均误差值是否不大于 1%,否则继续进行上述步骤,直到满足 要求为止。

⒋这种方法实际上是通过迭代法(逐步逼近法),使售气机中所设定的密度值,尽可能的接 近售气机输出的天然气密度的真实值, 同时还可以消除售气机的系统误差, 从而提高售气机 的计量准确度。

⒌下表是一次现场标定时的测量数据,以供参考。

枪 号测 设 定 密 显示体 计 算 测 量 气 体 质 量 (kg) 相 对 平均误 量 积数 质 量 误 差 差值 %) ( 3 值 (m ) 次 数 度 充气前 充气后 净 重 kg) (kg) ( %) 3 (kg/m ) A1.1 0.759 3.368 2.556 40.254 42.749 2.495 2.44 A1.2 0.759 3.334 2.531 41.367 43.891 2.524 2.77 2.77 A1.3 0.759 4.052 3.075 41.563 44.546 2.983 3.10 A2.1 0.740 5.342 3.979 41.025 45.040 4.015 -0.89 A2.2 0.740 6.123 4.562 40.985 45.610 4.625 -1.36 -1.19 A2.3 0.740 4.234 3.154 40.564 43.760 3.196 -1.31 A3.1 0.745 3.567 2.657 41.327 43.964 2.637 0.77 0.97 A3.2 0.745 2.985 2.224 41.123 43.321 2.198 1.18 A3.3 0.745 3.487 2.600 40.456 43.031 2.575 0.97

CNG 加气站在我国的发展时间还比较短,压缩天然气的计量还难免存在着这样或那样的问 题,比如售气机的标定和计量监管还没有标准可依,计量单位还不统一,就是售气机上加气 枪的接口标准也都五花八门,给天然气车辆的加气带来许多不便。当然,这些都会随着事业 的发展逐步得到有效的解决。


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