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 技术论文


LPG加气机现场检定方法概述

王东伟
(中国计量科学研究院     北京     100013 )

引       言

    液化石油气(LPG)是一种新型能源,可以代替汽油、柴油作为燃料,广泛用于石油、化工、冶金、交通、供热等各个领域。随着世界能源消 耗的逐年增加,能源危机日益加深,作为交通工具的传统能源汽油和柴油的价格不断飙升,使得交通工具业主的经济压力越来越大。此外,近年来,世界各国越来越重视环境保护,关注城市的空气污染问题,几乎所有的国家都对汽车的尾气排放制定了严格的标准。为了使空气污染日趋严重的城市大气能够恢复它的洁净,我们国家正在大力推广使用LPG和压缩天然气(CNG)作为汽车发动机的燃料,同时在北京、上海、重庆、成都、深圳等一些城市建立了加气站 。目前北京已经建成70座LPG加气站和一些CNG加气站,上海已经建成了100座LPG加气站。国内的LPG加气机的应用发展非常迅速,而LPG加气机的国家计量检定规程和国家标准也将于今年年底或明年年初颁布实施。
    我国目前对于LPG加气机的在线检定的手段和方法还处于摸索、积累阶段,计量部门的一些科研院所也在不同程度地进行着研究,但经验还不足,技术还不成熟。在国外,解决LPG加气机的在线检定方法有容积罐法、质量罐法、标准表法等。澳大利亚、意大利等一些国家已经具备了较成熟的技术和丰富的经验。

现场检定方法概述

    目前在现场检定LPG加气机的方法有原始法和标准表法, 原始法又分质量法、容积法和质量容积法;标准表法里一般采用质量流量计法或容积式流量计法,也有用速度式流量计的。这些方法各有优缺点,具体选择时,应考率到建设成本、操作方便程度、不确定度的大小、现场使用条件、维护、溯源、寿命、便携程度(体积和重量)等各方面,扬长避短,全面分析。

一、 质量流量计法

    1. 概述
相对来说,质量流量计法是目前国内应用较普遍,实现起来比较容易的方法之一。
采用质量流量计法,方法简单、操作方便、易于实现,可以测量及显示质量、体积、密度、温度等多种参数,适用于对不同种类加气机的在线检定。
    2. 结构
质量流量计法LPG在线检定装置的结构如图1所示,该装置主要由质量流量传感器、显示仪表、指针式压力计、流量调节阀和连接管路组成。其中,质量流量计采用Fisher-Rosemount公司生产的EIite型表,防爆类型为本安型,可用于加气机现场。显示仪表对质量流量计采集的信号进行处理,可以显示:累积质量流量、累积体积流量(工况下)、瞬时质量流量、瞬时体积流量(工况下)、密度(工况下)、温度。加气枪1为本装置所配,加气枪2为现场加气机上的加气枪,考虑到目前加气枪在连接方式上有螺纹式和卡套式两种,本装置在入口 和出口设计有过渡接头。
    3. 主要技术指标和工作原理
          流量测量范围:(0~57)kg/min

          质量流量准确度:     (1)

           对于LPG加气机,常用流量为(5.5~12.5)kg/min,零点稳定性为0.0027kg/min,计算得质量流量准确度不大于0.15%
           密度测量范围:(0~5)kg/L
           密度测量准确度:±0.0005 kg/L
           密度测量范围:(-240~204)℃
           温度测量准确度:±1℃
    质量流量计的温度测量的准确度是不够的,因此应另配防爆温度传感器,其准确度为±0.2℃。
    在LPG加气机现场,将加气机上的加气枪连接到本装置的入口处,将本装置的加气枪连接到①汽车上;或②加气机的回流口上。这样,标准装置与LPG加气机就组成了一条串联管路,通过比较二者之间的数值即可确定LPG加气机的示值误差。如果加气机可以测量并显示累积质量流量,则用累积质量流量值进行比较;如果加气机只能显示累计体积流量,则用累积体积流量值进行比较,这 时应注意加气机的体积示值是工况下还是标况下,应测量或计算出相应的标准密度值,以便计算出标准累计体积流量值。

          
    4. 装置的不确定度分析
    1) 用累计质量流量进行比较时:
           质量流量的使用范围是(2.6~29)kg/min,按(1)式计算,对应的精度为0.109% ~0.204%,按均匀分布,uc=0.06% ~0.12%,U=0.12% ~0.24%(K=2)。
    2) 用累计体积流量进行比较时:
           ①与工况体积流量比较

             

           质量流量Qm的标准不确定度为u1=0.063%~0.118%
           密度ρ的标准不确定度为u2=
           体积流量Qv的合成标准不确定度为uc=0.09%~0.13%
           U=0.18%~0.26% (k=2)
           ② 与标况体积流量比较

            

           质量流量Qm的标准不确定度为u1=0.063%~0.118%
           密度ρ的标准不确定度为
           温度测量引起的不确定度为
           体积流量Qvo的合成标准不确定度为uc=0.10%~0.14%
           U=0.20%~0.28% (k=2)
    5. 优缺点
    1) 优点
    ....准确度高:
    ....原理简单、实用:
    ....可以显示各种参数,适用于不同种类的LPG加气机:
    ....结构简单、操作方便、省时省力;不影响加气站的工作;
    ....可以自循环,不必等待加气车辆;
    ....连接部件少,不易发生泄露,安全性好。
    2) 缺点
    ....成本高;
    ....溯源较复杂。

二. 容积式流量计法

    1. 概述
    容积式流量计法实现起来也比较容易。与质量流量计法不同的是,容积式流量计本身不能测量介质密度,因此必须配备测量LPG的专用密度计,但总的来说,这种方法原理简单、操作方便、易于实现。
    2. 优缺点
    1) 优点:
    ....准确度较高;
    ....原理简单、实用;
    ....结构简单、操作方便、省时省力;不影响加气站的工作;
    ....可以自循环,不必等待加气车辆;
    ....连接部件,不易发生泄露,安全性好。
    2) 缺点
    ....成本较高;
    ....体积较大、重量较重;
    ....流量计性能受介质粘度影响。

三. 速度式流量计法

    1. 概述
    速度式流量计具有结构简单、体积轻巧、流量范围宽、信号处理数字化等优点。但大多数速度式流量计的准确度受流场的均匀性和稳定性的影响,而在现场保证良好的安装条件是比较困难的,因此应选择对上、下游 直管段无严格要求的流量计。如美国某公司生产的双转子涡轮流量计在保证了高准确度测量的前提下,对上述问题有所突破,这种流量计对前后直管段长度不敏感,准确度达±0.15%,重复性为0.05%,量程比为1:100,带有温度 、压力补偿,有自校功能,可以很方便地进行计算机数据处理。
    2. 优缺点
    1) 优点
    ....准确度较高;
    ....直接采用容积比较,数据处理比较简单,不确定度因素少;
    ....结构轻巧,整套装置重量可控制在5Kg以内,一人可轻松完成全部操作;
    ....轻松实现自动检定及数据处理,避免人员操作误差引入的不确定度因素;
    ....标准表的自校及标定也极为简单方便;
    ....不影响加气站的工作;
    ....连接部件少,不易发生泄露,安全性好。
    2) 缺点
    ....成本较高;
    ....流量计性能受介质粘度影响;
    ....如果长期频繁使用,不仅使流量计系数明显漂移,也会影响流量计的使用寿命。

四. 质量法

    1. 概述
    该方法是原始法中比较常用而且在所有现场检定方法中准确度最高的方法。由于电子秤的准确度很高,在研制过程中,只要适当控制好密度测量、温度测量和附加误差等因素,该装置将达到很高的水平。这种方法有可能成为今后诸多种针对LPG现场检定方法中技术仲裁所使用的方法。
    特别应注意的是,用该方法时必须配备密度计。
    2. 优缺点
    1) 优点:
    ....准确度高。
    2) 缺点
    ....成本较高;
    ....结构复杂、操作复杂;
    ....影响加气站正常工作;
    ....稳流有一定困难。

五. 质量容积法

    1. 概述
    质量容量法需要配备有一台高准确度电子秤和一个标准量器。该装置提供的质量值和容积值都可以达到很高的准确度。但是这种方法结构最为复杂,操作也不方便。
    2. 优缺点
    1) 优点
    ....准确度较高。
    2) 缺点
    ....结构复杂、操作复杂;
    ....影响加气站正常工作;
    ....稳流有一定困难。

六. 容积法

    1. 概述
    容积法的基本原理是容积测量加密度测量。虽然这种装置结构比较复杂,操作不太方便,但是成本却比较低,是目前实际使用的现场检定的方法之一。
    2. 结构与操作原理
    该装置主要由加压泵、标准量器、快速接头、三通阀、温度计、压力表、安全阀、液相阀、密度计组成。工作时将加气机输出LPG注入到标准量器中,用标准量器指示值经温度、密度换算得出标准状态下液体 标准体积值,与加气机体积值进行比较。注意,在进行密度测量时,其温度应与标准量器内的温度一致,否则,会引起附加误差。
    3. 优缺点
    1)优点
    ....成本低;
    ....准确度较高。
    2)缺点
    ....结构复杂、操作复杂;
    ....影响加气站正常工作;
    ....稳流有一定困难。

LPG加气机各种现场检定方法的比较

    综合以上各种方法,不难看出,无论使用那种方法,质量、容积、密度这3个量至少要测量其中2个量,这是因为LPG的组分是变化的,再同一温度下,它的密度值最多会有10%~20%的变化,因此,测量或计算出工况下的LPG的密度是必须的步骤,否则会带来较大的误差。
    下面列表对上述几种方法做一个综合比较,见图一。

图一   LPG 加气机各种现场检定方法的比较

序号
方法
分类
精度
原理
结构
操作
对加气站的正常工作
稳定流量
成本
备注
1
质量流量计法
标准表法
简单
简单
简单
无影响
容易
2
容积式流量计法
标准表法
较高
简单
简单
简单
无影响
容易
不高
需密度计
3
速度式流量计法
标准表法
较高
简单
简单
简单
无影响
容易
不高
需密度计
4
质量法
原始法
复杂
复杂
复杂
有影响
不易
不高
需密度计
5
质量容积法
原始法
复杂
复杂
复杂
有影响
不易
6
容积法
原始法
复杂
复杂
复杂
有影响
不易
不高
需密度计

     这几种方法各有其长处,如果补考虑溯源难易的因素,应选择标准表法:如果不考虑成本的高低,应选择质量流量计法或质量容积法;如果现场加气工作量较大,为了不影响加气站的正常工作,就不能选择原始法;为了提高检定效率,应尽量采用标准表法。
    我国对LPG加气机的计量研究工作刚刚开始2~3年,尚有许多工作和课题需要开展和研究。本人对LPG加气机的研究还不够深入,衷心希望能够得到大家的帮助和指正。

 


 
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