我國液化天然氣加氣機量傳體系的建設

趙普俊 熊茂濤 楊修杰 雷 勵 羅雁飛 楊 照

(中國測試技術研究院)

我國液化天然氣加氣機量傳體系的建設

趙普俊 熊茂濤 楊修杰 雷 勵 羅雁飛 楊 照

(中國測試技術研究院)

隨著我國液化天然氣(LNG)加氣站和LNG汽車的不斷增加，LNG加氣機日益得到廣泛的應用。為此，以LNG加氣機的原理為切入點，介紹LNG加氣機國家檢定規程及型評大綱的制定工作，分析LNG加氣機的量值溯源和傳遞，展望我國LNG加氣機產業的發展趨勢，這對促進我國LNG加氣機產業的健康有序發展、加快LNG加氣機量傳體系的建設和研究工作具有重要的指導意義。

LNG加氣機 量傳體系 國家檢定規程 量值溯源和傳遞

液化天然氣(LNG)是天然氣經過濾、脫硫、冷卻液化等一系列過程處理，溫度達到-162 ℃的低溫液體，其壓力約為0.1 MPa、密度約為426 kg/m3、外觀無色透明，如普通自來水，體積為氣態天然氣的1/625，體積能量密度約為汽油的72%。LNG具備較多的優點，是優質的傳統能源替代品，是目前能量需求中全球增長最快的一次能源，與傳統的石油類燃料及壓縮天然氣(CNG)相比，LNG具有便于運輸、儲存方便、運行壓力低、更清潔環保的優點[1-2]。

LNG加氣機主要是由低溫流量計、加氣槍、回氣槍、加氣軟管、回氣軟管以及電子計控器、輔助裝置等組成的完整的LNG累積量測量計量系統。經過多年的持續研究和發展，目前國內LNG加氣機技術已經日趨成熟，相關產業鏈已經形成。本文詳細分析了我國LNG加氣機量傳體系的建設和研究工作，這將有助于促進我國LNG的公平貿易，引導平衡能源消費結構。

1 LNG加氣機的原理

目前，主流的LNG加氣機工作原理如圖1所示。LNG進入加氣機后，根據加氣工作狀態確定LNG流向：當加氣機進行內部預冷循環時，LNG通過控制閥1回流到LNG儲罐，加氣機不計量；當加氣機進行加氣流程時，LNG通過控制閥2及加氣軟管、加氣槍給儲氣容器加氣。加氣過程中根據需要，將加氣機的回氣槍插到儲氣容器的回氣口上，儲氣容器中的余氣通過氣相流量計回流到LNG儲罐，降低儲氣容器內部壓力，保證LNG能夠順利加注到儲氣容器中。加氣機的電子計控器自動控制加氣過程，并根據流量計輸出的流量信號進行運算，加注到儲氣容器中的LNG質量為液相流量計的計量值和氣相流量計的計量值之差，加氣機顯示屏顯示最終計量值。

2 LNG加氣機的量傳體系

2.1技術現狀

理論上，LNG處于標準壓力下，其溫度為-162 ℃，但在實際使用中，由于LNG的低溫特性，與大氣環境存在較大的溫差，在使用過程中存在升溫升壓現象。目前，LNG加氣機加注出來的LNG溫度一般為-140 ℃、壓力為1 MPa左右。LNG加氣機的計量檢定具有重大意義。由于，LNG的低溫特性造成LNG加氣機在加氣過程中，加氣管路內外溫差較大，在一些極端情況，如新疆等地夏天時的加氣管路內外溫差甚至可以達到200 ℃，加氣機在工作時，加氣過程中管路容易出現氣化現象，形成氣液混合的兩相流的情況。類似于多相流的兩相流的存在，要準確計量，一直是困擾流量專家的難點?？评飱W利質量流量計號稱能計量含少量氣的液體，針對LNG加氣情況，在氣液混合比達到一定程度后，計量誤差顯著增大。因此，LNG加氣機的量傳體系建立的重點在于加氣機技術的研究，優化加氣流程、制定國家檢定規程及型式評價大綱、完善量值溯源和傳遞體系建設[3-6]。

2.2國家檢定規程及型式評價大綱

根據《計量法》中關于公平貿易的原則，涉及貿易交接的計量器具應依附列入強制檢定管理范圍，LNG加氣機是加氣站銷售LNG的主要計量器具，涉及貿易交接，因此需要強檢管理。在強檢管理過程中，需要對LNG加氣機進行型式評價、首次檢定、后續檢定和使用中檢驗。LNG加氣機產業迅速發展，但是由于目前LNG加氣機尚無國家檢定過程和國家相關標準，處于監管空白區，因此急需解決。

目前，企業生產的LNG加氣機主要依據GB/T 20368-2006《液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運》和NB/T 1001-2011《液化天然氣(LNG)汽車加氣站技術規范》以及各企業制定的企業標準。缺乏國家層面對LNG加氣機統一的標準，如部分加氣機只配備了單流量計，對回氣不計量、主計量標準器因工作流程存在回液管路、主標準器也分科里奧利質量流量計和文丘里管兩種等，造成產品良莠不齊。同時，由于LNG加氣機國家檢定規程的缺失，計量檢定技術機構沒有相關標準依據來開展強制檢定工作，難以實現貿易交接公平性的監督作用。中國測試技術研究院等單位經過大量研究和試驗，已經完成了LNG加氣機國家檢定規程及型式評價大綱的編寫，預計2014年上半年待國家相關部門批準后正式實施。有關LNG加氣機國家標準已在2013年5月由國家標準委批準，由中國測試技術研究院等單位負責起草實施，目前該工作正按計劃進行中。以下就加氣機幾個關鍵技術要求做簡要說明。

(1) 計量準確度：LNG加氣機準確度等級要求不低于1.0級，從目前的現場測試結果來看，90%以上的加氣機都滿足指標要求。

(2) 流量范圍：按照LNG加氣機的加注流量，把加氣機流量范圍分為低流量區和高流量區，10 kg/min≤低區加注流量<20 kg/min，20 kg/min≤高區加注流量<80 kg/min。檢定流量點的選取應滿足流量區加注流量的要求。加氣機應至少在低流量區和高流量區的檢定流量點下分別檢定3次。

(3) 付費單位：LNG加氣機的付費單位只能采用質量計費，即千克，這樣才能與加氣站上游供氣部門的計量單位相統一。

(4) 周期檢定方法：周期檢定大部分在各加氣站現場進行，考慮到現場的安全性和可操作性，推薦采用標準表法加氣機檢定裝置。

(5) 雙流量計加氣機：據測算，回氣計量最大可達到加氣量的10%～20%，加氣機的準確度為1.0級，因此不推薦無回氣計量的單流量加氣機。用于貿易結算的加氣機，回氣管路必須安裝用于計量回氣的氣相流量計。

(6) 誤差調整：加氣機應具備計量誤差調整功能。對能改變計量性能的重要參數，應采用機械或電子封印以確保加氣機參數不能被隨意更改。

(7) 檢定周期：參照CNG加氣機的檢定規程，LNG加氣機的檢定周期不超過半年。

2.3量值溯源和傳遞

2.3.1計量測試介質

目前，國內外LNG加氣機生產廠家一般采用液氮進行LNG加氣機出廠試驗。對比分析LNG和液氮的理化性質可知，二者飽和蒸汽壓、溫度范圍較為接近，而密度則差異較大。從安全性和技術可操作性方面而言，應用液氮替代法檢測LNG加氣機和流量計是可行的。但由于液氮和LNG兩種介質的理化性質并不完全相同，可能會引起流量計流量測量方面的誤差。因此，需要嚴格控制溫度、壓力等狀態參數，并構建數學模型，以便對測量結果進行修正[7]。

2.3.2原級標準裝置

國外，自2010年開始，荷蘭國家計量院(NMI)、VSL、德國PTB等12家流量檢測技術領先的技術機構組成聯合研究小組，開展了LNG計量項目研究工作，計劃建立LNG質量法流量原級標準裝置，流量范圍為5～25 m3/h，目標不確定度為0.05%(k=2)；原級標準裝置已于2011年8月在荷蘭建成，采用稱重法，擴展不確定度為1.07%(k=2)，原理見圖2。顯然，該裝置不確定度與目標值相距甚遠，目前正在作進一步改進[7]。

國內，中國測試技術研究院也正在實施類似荷蘭原級標準裝置的質量法低溫液體流量標準裝置的研制，該裝置建成后，將用于LNG加氣機的溯源問題，可對LNG加氣機檢定裝置和LNG流量計開展檢定和校準工作。

2.3.3量值溯源和傳遞框圖

中國測試技術研究院計劃建設的LNG加氣機的最高標準為質量法低溫液體流量標準裝置，其測量范圍≤150 kg/min，不確定度U=0.1%(k=2)，可對LNG加氣機檢定裝置和LNG流量計開展采用低溫介質的檢定和校準工作；次級標準及工作標準為LNG加氣機檢定裝置，其測量范圍≤80 kg/min，不確定度U=0.3%(k=2)，可在現場對LNG加氣機開展檢定和校準工作。量值溯源和傳遞框圖見圖3。內蒙古、山東等地已出臺了LNG加氣機的地方檢定規程，四川、江蘇、貴州等也建立了LNG加氣機的計量標準，加氣機的檢定工作已在全國逐步開展。

3 LNG加氣機的發展趨勢

3.1LNG加氣機的法規化管理

由于LNG加氣機相關國家標準的缺失，LNG加氣機的銘牌標識以及命名等方面存在相對混亂的現象，為了規范市場，急需解決。根據國家有關部門的規劃，即將制定LNG加氣機法制管理的技術文件。

3.2LNG流量計的國產化

LNG加氣機產業發展迅速，科里奧利質量流量計作為加氣機的核心部件，由于技術原因，目前主要被國外公司壟斷，如艾默生公司生產的CMF系列質量流量計和Endress+Hauser公司生產的83F低溫型質量流量計，由于其價格較貴，限制了LNG加氣機在我國的推廣應用。因此，對低溫流量計的研制有著十分重要的意義，目前國內一些單位正在積極研制適應于低溫介質的流量計。

3.3LNG加氣機的強制檢定

LNG加氣機屬于貿易交接的計量器具。隨著LNG加氣機國家檢定規程出臺，LNG加氣機也必然會列入需要強制檢定的工作計量器具目錄，對LNG加氣機依法開展強制檢定，將會進一步促進該產業的快速健康發展。

4 結 語

LNG加氣機產業目前尚屬起步階段，跟蹤國際LNG流量計量研究前沿技術，開展LNG加氣機量傳體系的建設和研究工作、研制各級標準裝置、制定相關技術法規成為當前計量科研工作者相當迫切的研究課題?？偟膩碚f，建立我國LNG加氣機量值傳遞和溯源體系的任務還十分艱巨，要克服的技術難題還很多，需要廣大計量工作者長期而艱辛的努力，才能促進我國計量科技事業的不斷發展。

[1] 敬加強，梁光川，蔣宏業，等. 液化天然氣技術問答[M]. 北京：化學工業出版社，2007，第一版.

[2] 顧安忠，魯雪生，金國強，等. 液化天然氣技術手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2010，第一版.

[3] 熊茂濤，趙普俊，張宗平，等. 中國LNG加氣機的市場、技術現狀與發展方向[J]. 天然氣工業，2011，31(6)：1-5.

[4] 趙普俊，熊茂濤，楊修杰，等. 我國液化天然氣加氣機的發展現狀與展望[J]. 現代化工，2012，32(2)：9-12.

[5] 趙普俊，熊茂濤， 尹保來，等. 液化天然氣加氣機計量檢定方法的研究[J]. 中國測試，2010，37(5)：24-27.

[6] 張福元,王勁松,孫青峰,等.液化天然氣的計量方法及其標準化[J].石油與天然氣化工,2007,36(2):157-161.

[7] 馬立強. 淺析我國液化天然氣加氣機量傳體系的建立[J].工業計量，2013，23(4)：11-15.

Constructionofquantity-transfersystemofLNGdispensersinChina

ZhaoPujun,XiongMaotao,YangXiujie,LeiLi,LuoYanfei,YangZhao

(NationalInstituteofMeasurementandTestingTechnology,Chengdu610021,Sichuan,China)

With the rapid increase of the LNG gas stations and the LNG vehicles, the LNG dispensers are increasingly available. The working principle of LNG dispensers as the starting point, the national verification regulation and the program for pattern evaluation of LNG dispensers are introduced. The traceability and transfer of quantity of LNG are analyzed. The developing tendency of LNG dispensers in China is prospected. The research results of the paper will promote the development and study of LNG dispensers industry.

LNG dispensers, quantity-transfer system, national verification regulation, traceability and transfer of quantity

TE626.7

：ADOI: 10.3969/j.issn.1007-3426.2014.01.018

2013-08-16；

2013-09-29；編輯：鐘國利

趙普俊(1965-)，男，四川閬中人，研究員，碩士，主要從事流量計量科研工作。地址：(610021)四川省成都市玉雙路10號中國測試技術研究院流量研究所。電話：028-84403582。E-mail：zhaopj@vip.sina.com