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JJG1114-2015《液化天然氣加氣機檢定規程》解讀

發布時間:2017-11-22

一、引言

液化天然氣(LNG)加氣機為近年來新出現的超低溫計量器具,其產品涉及低溫設備的安全檢測和貿易結算的公平性,只有強制達到通用技術、計量性能等要求,才有可能滿足安全防護、貿易結算等方面的使用要求。目前,全國已有上百家LNG加氣機生產企業,已有近3千座LNG加氣站投入使用,有約20萬輛LNG汽車投入運營。但由于加氣機目前尚無頒布的國家計量檢定規程,我國各質監技術機構無技術依據對其開展現場計量監督工作,這對于貿易交接的公平性來說是嚴重的問題。因此有必要制定LNG加氣機國家計量檢定規程,以更好地規范加氣機的生產和計量監督工作,以促進LNG加氣機產業的發展。

根據國家質檢總局的工作安排,規程起草小組歷時4年時間,終于完成了該規程的制定。JJG1114-2015《液化天然氣加氣機檢定規程》于2015年6月15日發布,并自2015年9月15日起實施。

二、主要內容解析

1.引言

JJG1114-2015為首次制定和發布。規程以GB50156《汽車加油站加氣站設計與施工規范》、GB/T20368《液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運》、GB/T25986《汽車用液化天然氣加注裝置》以及國際法制計量組織(OIML)的國際建議R81:2006(E)《低溫液體的動態測量設備及系統》(Dynamic measuring devices and systems for cryogenic liquids)為技術依據,結合我國LNG加氣機行業現狀和技術水平制定。本規程在主要的技術指標上與國際建議、國家標準等效。

2.范圍

JJG1114-2015適用于液化天然氣(LNG)加氣機(以下簡稱“加氣機”)的首次檢定、后續檢定和使用中檢查。加氣機生產廠家也可參照本規程內容開展產品的出廠檢驗。

3.術語和計量單位

(1)加氣機

加氣機提供LNG加注服務,一般由低溫流量計、調節閥、加氣槍、回氣槍、加氣軟管、回氣軟管以及電子計控器、輔助裝置等組成一個完整的液化天然氣累積量測量系統。JJG1114-2015中規定加氣機名稱為液化天然氣(LNG)加氣機。本規程實施后,LNG加液機、LNG加注機等不規范的名稱不能再使用。

(2)低溫流量計

加氣機中用于測量低溫液化氣體(介質溫度一般≤-100℃,如液氮、LNG等)的流量計。包括測量加氣量的液相流量計和用于測量回氣量的氣相流量計。加氣機中的低溫流量計種類包含科里奧利質量流量計、差壓流量計等多種類型可用于測量低溫液化氣體的流量計。

(3)標準表法低溫液體流量標準裝置

以低溫液化氣體(如液氮或LNG)為試驗介質,在相同的時間間隔內連續通過標準流量計和被檢流量計,用比較的方法確定被檢流量計的計量性能的流量標準裝置。裝置一般由流體源、試驗管路系統、標準流量計、流量調節閥以及輔助設備等組成??紤]到干擾影響、LNG現場排放、安全防護、環境污染等因素,加氣機的現場檢定通常采用標準表法低溫液體流量標準裝置,即LNG加氣機檢定裝置。

(4)計量單位

加氣機中采用千克為唯一的質量單位,符號為kg;采用千克每立方米為唯一的密度單位,符號為kg/m3;加氣機中采用千克每分鐘為唯一的流量單位,符號為kg/min。

4.構造及原理

用于貿易結算的加氣機,回氣管路必須安裝氣相流量計用于計量回收的儲氣容器余氣。加氣機在加注前或者加注過程中,可以根據現場情況,回收用戶儲氣容器的余氣。隨著加氣站建站技術標準的提高,回收的余氣也可充分利用。為了體現公平貿易和環境保護的原則,按照規程要求,用于貿易結算的只有液相流量計的加氣機必須進行改造,加裝氣相流量計用于計量回收的儲氣容器余氣;不用于貿易結算的只有液相流量計的加氣機可以不強制改造。

5.計量性能要求

(1)最大允許誤差和重復性

加氣機的最大允許誤差為±1.5%,測量重復性不超過0.5%。匯總全國主要生產廠家的技術資料,加氣機銘牌標注的最大允許誤差普遍為±1.0%和±1.5%,通過試驗驗證,99%以上的加氣機均能滿足±1.5%的要求。同時參照國際建議,國外加氣機最大允許誤差普遍為±1.5%和±2.0%,考慮到我國民生計量的現實情況,加氣機的最大允許誤差最終確定為±1.5%。目前,銘牌標注最大允許誤差為±1.0%的加氣機,經檢定合格后,也只能出具符合MPE±1.5%的檢定證書。

(2)流量范圍

加氣機的質量流量≤80kg/min,量程比不小于4∶1。通過匯總全國主要加氣機生產廠家的技術資料可知,加氣機銘牌標注的流量范圍普遍≤80kg/min;通過試驗驗證,95%以上的加氣機現場實際流量范圍為(20~70)kg/min。同時低溫引起的氣化現象使得量程比不可能大。目前,銘牌標注質量流量超過80kg/min的加氣機,經檢定合格后,也只能出具質量流量為(10~80)kg/min的加氣機的檢定證書。

(3)最小質量變量

加氣機的最小質量變量應不大于0.01kg,即加氣機的顯示面板上的質量指示值不少于兩位小數。

(4)付費金額誤差

加氣機顯示面板的付費金額只能小于或等于面板上單價和示值的乘積。由于有效數字的原因,顯示面板的付費金額與單價和示值的乘積有可能不一致。

6.通用技術要求

(1)低溫流量計

加氣機所用的低溫流量計應銘牌清晰、標識齊全,計量準確度等級不低于0.5級,流量范圍、溫度范圍、壓力范圍、使用介質等應符合加氣機使用要求。目前,加氣機采用的低溫流量計計量準確度等級通常為0.15級或0.2級。

(2)誤差調整和封印設置

由于加氣機存在循環流程等特殊的工作原理,規程中明確規定誤差調整裝置或關鍵部件應配備帶機械封印的防護裝置,如低溫流量計、電子計控器、流量系數調整設備接口處、預冷旁通管路上的控制閥等。當機械封印不能阻止對測量結果有影響的重要參數被更改時,應施加電子封印。為確保加氣機的參數不能隨意被更改,技術機構應對加氣機的計量誤差調整功能和封印設置進行有效監管。

(3)密封性

加氣機在檢定現場最大工作壓力下保持5min,加氣機及附屬裝置各部件連接處,不允許泄漏現象發生。

(4)緊急停機裝置

加氣機應具備緊急停機功能。緊急停機裝置設在加氣機明顯位置并標示其功能,同時具有保護措施,防止誤動作。緊急信號觸發后,應經人工確認后才能復位。

(5)拉斷閥

考慮到可能存在汽車加氣時忘記拔下加氣槍或回氣槍就行駛的情況,規程中規定加氣機的加氣軟管和回氣軟管上都應配備拉斷閥,在額定拉脫力作用下可以斷開成兩段。本規程實施后,沒有在加氣軟管和回氣軟管上配備拉斷閥的加氣機,須改造為滿足本規程要求的加氣機。

7.計量器具控制

(1)檢定裝置

標準表法低溫液體流量標準裝置(液化天然氣(LNG)加氣機檢定裝置,以下簡稱“檢定裝置”)的擴展不確定度應不大于被檢加氣機最大允許誤差絕對值的1/3。目前廣泛使用的檢定裝置的擴展不確定度為U=0.3%(k=2)。同時檢定裝置應配備有效的校準證書,并滿足防爆要求,具備有效期內的防爆合格證;主標準器為低溫流量計,應配備有效的檢定證書,其準確度等級不低于0.15級,壓力范圍和流量范圍應與被檢加氣機相適應;檢定裝置輔助裝置(壓力表、安全閥等)應具備有效期內的檢定證書或檢測報告。檢定裝置還需通過建標考核,取得計量標準考核證書和社會公用計量標準證書方可開展檢定工作。

(2)檢定項目

首次檢定、后續檢定、使用中檢查的項目如表1所示。


<CTSM> 表1 首次檢定、后續檢定、使用中檢查的項目 注:“+”表示需檢定或檢查;“-”表示不必檢定或檢查。</CTSM>

(3)流量調節

檢定流量點q1和q2、實際流量范圍及最大允許誤差如表2所示。規程中對流量范圍數值的確定,是經過理論計算和試驗結合以及參照加氣站實際運營情況,綜合考慮后確定的,體現了規程實施的可行性和經濟性。LNG加氣站都配備有大容量LNG儲氣容器,因此加氣機的實際加注流量一般在1~2天內基本保持相對穩定值。同時,加氣站由于運營管理、安全等因素,一般不允許頻繁調節加氣機的加氣流量,因此,現場可通過調整加氣站低溫泵輸出壓力或降低LNG儲罐內壓力、檢定裝置加氣管路末端處安裝調節閥等多種方式實現對加氣機加注流量的調節。加氣機更小流量點的檢定,將在加氣機的型式評價大綱中詳細規定。


<CTSM> 表2 檢定流量點、實際流量范圍及最大允許誤差</CTSM>

(4)安全防護

檢定完畢后的氣體泄放應符合GB/T20368和GB50156中天然氣放散的規定。檢定人員應遵守被檢單位安全管理制度(如消除火種火源并準備滅火器具等)。檢定時應使用防沖擊面罩或安全護目鏡以保護面部,佩戴具有低溫防護功能的皮手套或膠手套。每次加氣前,應使用壓縮空氣或氮氣吹掃加氣槍、加氣口、回氣槍和回氣口等易結霜部件表面。

(5)檢定步驟

檢定裝置應可靠接地,通電預熱時間不少于30min。加氣機和檢定裝置進行循環流程:將加氣機與檢定裝置采用快裝方式相串接,加氣機的加氣槍插到檢定裝置的加氣口上,檢定裝置的加氣槍插到加氣機的循環口上(見圖1),開啟加氣機加氣,期間觀察檢定裝置顯示的LNG流體狀態參數(流量、溫度、密度等),同時調整流量。當觀察到循環流程的流量值滿足某流量點對應的實際流量范圍,且滿足溫度、密度等檢定條件時,在流量點q1和q2至少完成3次液相流量計單獨檢定,即加氣機不連接回氣管路,直接循環加氣完成液相流量計單獨檢定。


<CTSM> 圖1 循環流程(液相流量計單獨檢定)原理圖</CTSM>

完成液相流量計單獨檢定后,在流量點q1至少完成3次加氣機整機檢定。檢定前根據現場需要將檢定裝置與儲氣容器采用快裝方式相串接,檢定裝置的回氣槍插到儲氣容器的回氣口上,加氣機的回氣槍插到檢定裝置的回氣口上,回收儲氣容器的余氣?;厥沼鄽饨Y束后,按圖2的方式將加氣機的加氣槍插到檢定裝置的加氣口上,檢定裝置的加氣槍插到儲氣容器的加氣口上,其余連接不變。用檢定裝置完成加氣機整機檢定。LNG依次流經加氣機和檢定裝置,最后加注入儲氣容器。加注過程中,少量回氣從儲氣容器經回氣管路的氣相流量計計量后返回加氣站LNG儲罐。


<CTSM> 圖2 整機檢定原理圖</CTSM>

(6)數據采集

采用檢定裝置對加氣機檢定時,考慮到要盡量減少數據采集系統不同步帶來的不確定度分量,單次檢定時需進行3次數據采集,每次間隔約1min,因此規定加氣機單次連續加注時間不應少于3min。數據采集采用照相的方式,當檢定裝置顯示的LNG流體狀態參數(流量、溫度、密度等)滿足檢定條件時,對某時刻加氣機面板顯示的累積流量示值進行數據采集,至少間隔1min后,再次采集數據,將前后兩次數據采集的累積流量示值之差與同步時間內檢定裝置的累積流量示值進行比較。動態法主要檢測加氣機中間加氣過程的計量性能,靜態法檢測加氣機加氣全過程的計量性能,推薦采用動態法,加氣機的單次測量示值相對誤差Eij。即


式中:Eij――qi流量點第j次測量的單次示值相對誤差,%;(mJ1)ij――qi流量點第j次測量時第一次數據采集的加氣機累積流量示值,kg;(mJ2)ij――qi流量點第j次測量時第二次數據采集的加氣機累積流量示值,kg;(mB)ij――qi流量點同步時間內檢定裝置的累積流量示值,kg。

(7)誤差計算

式中:Ei――qi流量點的示值誤差,%;n――測量次數,n=3。

qi流量點3次測量完成后,取3次示值相對誤差的平均值作為該流量點的示值誤差Ei,見(2)式。每個流量點取3次示值相對誤差的平均值作為該流量點的示值誤差,液相流量計單獨檢定和整機檢定時示值誤差絕對值最大的值作為加氣機的示值誤差。液相流量計單獨檢定和整機檢定時重復性最大的值作為加氣機的重復性。

7.檢定周期

考慮到加氣機主標準器――低溫流量計的零點和長期穩定性問題,與壓縮天然氣加氣機一致,加氣機的檢定周期一般不超過6個月。

8.質量法低溫液體流量標準裝置

質量法低溫液體流量標準裝置以低溫液化氣體(如液氮或LNG)為試驗介質,采用質量法原理的流量標準裝置。裝置一般由流體源、試驗管路系統、標準器以及輔助設備等組成,該裝置可以直接溯源到質量基準,檢定裝置也可通過質量法低溫液體流量標準裝置直接溯源到質量基準。

JJG1114-2015附錄A中給出了質量法低溫液體流量標準裝置的檢定方法,該方法主要用于裝置溯源和型式評價,也可用于現場仲裁和產品出廠測試,質量法的數據采集均采用靜態法。采用質量法時,由于現場影響因素較多,實際誤差可能較大,不安全、不環保、不經濟(現場檢定后LNG的安全排放難以解決),不推薦現場檢定時采用該方法。


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