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一种提高质量法低温液体流量标准装置计量准确度的方法


一种提高质量法低温液体流量标准装置计量准确度的方法,质量法低温液体流量标准装置是一种用于试验低温流量计 (如液化天然气加气机、标准表法液化天然气加气机检定装置等) 示值误差的计量检测装置。文章通过对储气容器进行改装, 在储气容器上加装电磁阀, 形成类似于换向阀的结构, 以求解决被检流量计的计量与储气容器充装动作的启停同步问题, 从而提高质量法液体流量标准装置计量准确度。

液化天然气 (LNG) 是目前全球增长*快的一次能源, 与传统的石油类燃料及压缩天然气 (CNG) 相比, 具有便于运输、储存能量大、运行压力低、更清洁、更环保等优点。LNG加气机是一种提供LNG燃料充装服务, 并带有计量和计价等功能的专用计量设备。
质量法低温液体流量标准装置是一种以低温液化气体 (如液氮或LNG) 为试验介质, 采用质量法原理的流量标准装置, 用于试验低温流量计或低温流量装置 (测量系统) 示值误差的计量检测装置, 目前主要应用于液化天然气 (LNG) 加气机和标准表法液化天然气加气机检定装置的检测。国家技术规范JJF 1524—2015《液化天然气加气机型式评价大纲》[4]中明确规定进行LNG加气机型式评价试验的主要设备为质量法低温液体流量标准装置;标准表法液化天然气加气机检定装置 (以下简称“加气机检定装置”) 的溯源也要用到质量法低温液体流量标准装置。
由于液氮和LNG的饱和蒸汽压与温度范围较为接近, 从安全性和技术可操作性方面考虑, 目前质量法低温液体流量标准装置多以液氮为介质[5]。
1 LNG加气机、加气机检定装置构成及工作原理
LNG加气机 (以下简称“加气机”) 是一种用于提供LNG加注服务的完整的液化天然气累积量测量系统。一般由低温流量计、调节阀、加**、回气、加气软管、回气软管以及电子计控器、辅助装置等组成。其工作原理如图1所示。
                               
                                          图1 液化天然气加气机工作原理图   
LNG在加气机内根据工作状态确定LNG流向:当流程需要进行内部预冷循环时, LNG通过控制阀回流到LNG储罐, 加气机不计量;当加气机预冷完加气时, LNG通过控制阀及加气软管、加气给储气容器加气。
加气前根据需要, 可将加气机的回气插到储气容器的回气口上, 储气容器中的余气通过气相流量计回流到LNG储罐, 降低储气容器内部压力, 保证LNG能够顺利加注。
加气时加气机可只连接加气管路直接加气, 也可同时连接加气管路和回气管路加气。加气机的电子计控器自动控制加气过程, 并根据流量计输出的流量信号进行运算, 加注到储气容器中的LNG质量为液相流量计的计量值和气相流量计的计量值之差 (加气机不连接回气管路时, 气相流量计的计量值为零) , 加气机面板显示*终的计量值。
加气机检定装置结构和原理图[6]基本同加气机, 但缺少调节阀、计控器与部分辅助装置。
2 质量法低温液体流量标准装置构成及工作原理
质量法低温液体流量标准装置 (以下简称“标准装置”) 由流体源 (一般用液氮) 、试验管路系统、标准器 (电子天平) 以及辅助设备等组成。质量法低温液体流量标准装置工作原理图2所示。
        
                                  图2 质量法低温液体流量标准装置工作原理图   
检测前, 先对标准装置、储气容器、被测试机进行预冷;检测时, 标准装置的专用软管与被测试机相连接, 被测试机的加**连接到储气容器的加气口上, 液氮经过潜液泵加压后被输送到被测试机中, 再通过加气计量后加注到储气容器中, 电子天平称重储气容器充气前后质量, 计算机处理示值误差。
3 标准装置改造方案提出的技术背景
前面提到, 标准装置一般由流体源、试验管路系统、标准器 (电子天平) 以及辅助设备等组成。其中很重要的一个辅助设备便是储气容器, 即一个用来储存试验流体介质 (一般为液氮) 的真空绝热深冷压力容器。目前市面上生产加工的储气容器上一般都有进气口、回气口及放散口, 特别是进气口设计的是一个单向阀, 一旦加**插到储气容器上, 产生一定的压力差, 该阀门便立即打开开始充装。
在进行试验时, 将空的储气容器去皮称重后, 再将加**插到储气容器的进气口。由于储气容器中接近真空, 压力低, 而加**端压力高, 当加**连接到储气容器时, 软管中的液氮就已经充装到储气容器中, 从而导致储气容器皮重发生变化。换句话说, 储气容器中已经开始充气, 而被测试机还未开始计量。如被测试机为加气机检定装置, 因检定装置上没有控制加气操作的控制阀, 需通过控制潜液泵进行加气操作, 则发生上述现象更为明显。经试验, 此部分液氮质量甚至可能达到5kg以上。当被测试机停止加气时, 由于加**不可能立即脱离储气容器, 也存在同样的问题。因此这部分附加的充装质量将对检测结果造成很大的影响。
以上情况虽然可以通过严格控制系统中温度、压力或是大量的试验对这部分质量进行估算, 但由于加气机到加**的软管较长, 容易气化, 温度压力控制较为困难, 而附加充装的质量跟管中液体的状态等相关, 很难做到准确的估算。这也是导致目前在实际的质量法检测中重复性较差的重要因素。故如何解决被测试机的计量与储气容器充装动作的启停同步问题, 是解决采用标准装置检测的关键问题之一。
4 标准装置改造技术方案
为解决被测试机的计量与储气容器充装动作的启停同步问题, 尽量减少液氮气化对计量结果带来的影响, 文章提出了一种换向阀式质量法低温液体流量标准装置。
与常规的质量法低温液体流量标准装置相比, 文章对储气容器进行了改造, 在储气容器上增加了3个低温电磁阀, 一个循环口以及一端可跟循环口相连、一端可与标准装置上回液口相连的回液枪及管路。这3个低温电磁阀分别安装在加气口、回气口以及在加气口和循环口之间增加的一条循环管路上。改装后标准装置如图3所示。
          
                                                图3 改装后标准装置示意图   
改装后的试验流程及步骤如下:
1) 储气容器预冷。连接加气至储气容器的加气口, 通过不断的充装液氮、放空液氮对储气容器进行预冷。
2) 称皮重。储气容器预冷结束后, 关掉泵及被测试机上的加气开关, 取下储气容器上的加气, 用压缩空气吹扫加气、加气口、回气和回气口等易结霜部件表面, 对空的储气容器称重。
3) 加气循环流程。将加气和回液枪分别插在储气容器的加气口和循环口上, 回气插在储气容器回气口上, 连接电磁阀电缆线, 启动泵及被测试机上的加气开关, 打开循环电磁阀, 对被测试机、管路进行再预冷, 同时调节流量达到预设流量。
4) 充装加液。当被测试机的状态达到试验要求时关闭循环电磁阀, 打开液相电磁阀和气相电磁阀开始充装, 同时记录被测试机起始数据。加注过程中, 少量回气从储气容器经回气管路的气相流量计计量后, 返回到标准装置液氮储罐内。充装量达到要求后关闭液相电磁阀和气相电磁阀并停泵, 同时记录被测试机的停止数据, 迅速取下储气容器上的加气、回液枪和回气, 断开电磁阀。
5) 称重加液后的储气容器, 并处理数据。
5 标准装置改造前后试验结果比较
对一台加气机检定装置在中流量点进行了初步试验。
标准装置改造前、后试验数据分别如表1和表2所示。

                   

                                            表1 标准装置改造前试验数据  
                   
                                            表2 标准装置改造后试验数据
从试验数据来看, 标准装置改造后其试验重复性大大提高, 说明这种技术改造方案可有效提高标准装置的计量准确度。
6 结束语
通过对储气容器进行改装, 提出了一种类似于换向阀结构的质量法低温液体流量标准装置。从初步的试验结果来看, 这种技术改装方案可有效提高被测试机 (特别是加气机检定装置) 的计量准确度。由于质量法低温液体流量标准装置所用介质比较特殊, 极易气化, 相比于其它常规的质量法装置影响其计量性能的因素更多。文章仅从一个方面对其影响因素进行了控制, 且所做试验有限, 故还需要进行进一步的探索, 采取有效措施对影响标准装置计量性能的其它因素 (如介质温度、压力控制等) 进行控制, 来进一步提高标准装置计量准确度。

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