在膜式燃氣表中使用溫壓修正技術以減少輸差和促進燃氣公平貿易的探討

摘 要

摘要：本文主要探討了在膜式燃氣表中引入溫壓修正技術的必要性、可行性、技術現狀和發展趨勢。分析了運用該技術后對燃氣公司輸差管控、以及對促進燃氣公平貿易結算的影響。關
摘要：本文主要探討了在膜式燃氣表中引入溫壓修正技術的必要性、可行性、技術現狀和發展趨勢。分析了運用該技術后對燃氣公司輸差管控、以及對促進燃氣公平貿易結算的影響。
關鍵詞：膜式燃氣表；溫壓修正；輸差；公平貿易
1 引言
 膜式燃氣表由于具有成本低廉，性能穩定和量程比寬等特點，在低壓、小流量用戶(流量小于160m3/h)的燃氣計量中得到廣泛的推廣和使用，是當前使用最多的燃氣計量儀表。燃氣表從誕生至今經過近200年的發展歷程，近年來，隨著氣體計量技術的進步，特別機械溫度修正技術以及溫壓修正二次儀表在膜式燃氣表中的運用，膜式燃氣表正面臨著繼本世紀初以來最大的技術升級。這種變化對整個氣表產業、燃氣用戶和燃氣供應商正產生不可忽略的影響。
2 在膜式燃氣表中引入溫壓修正技術的必要性
2.1 當前燃氣貿易結算的方式
    當前，我國和世界上大多數國家，在低壓小流量仍然采用工況體積進行貿易結算，這是受限于燃氣計量技術和使用的計量設備，而終端用戶使用燃氣，是利用燃氣燃燒后釋放的熱量，也就是燃氣熱值。雖然國外較早就開始研究天然氣的能量計量，在天然氣能量測定標準化方面，美國于1996年制定了AGA 5號報告，國際標準化組織(ISO)于1998年開始制定《天然氣能量測定》標準，并于2007年出版正式標準IS015112：2007，我國也于2008頒布了國家標準GB/T 22723—2008《天然氣能量的測定》，但是目前國內只有中海油輸香港中華電力的天然氣，以及已經投產的廣東和福建LNG項目使用能量流量計量方式。在低壓、特別是在居民燃氣貿易方面還沒有能量用于結算的先例，因此在低壓小流量燃氣的貿易的結算中，在相當長的時期內，燃氣貿易仍然將保持體積結算的方式。
2.2 燃氣的體積特性
    根據理想氣體狀態方程和波義耳定律，燃氣具有以下體積特性：
    P1V1/T1=P2V2/T2    (1)
    單位質量的燃氣體積與溫度成正比，與壓力成反比；由于燃氣具有這些體積特性，要準確進行體積計量，就必須要規定計量的溫度和壓力。
2.3 世界上對燃氣體積貿易結算中溫度和壓力的規定
    國際標準IS0 13443規定天然氣的參比條件為101.325kPa和288.15K(15℃)。
    美國天然氣計量的參比條件為14.73psig；(101.56kPa)和60華氏度(15.56℃)。
    我國國家標準GB/T19025—2008規定天然氣的參比條件為101.325kPa和293.15K(20℃)。
由上述3種不同的對比條件，可計算出
VAGA=0.9826VCH (2)
VISO=0.9829VCH    (3)
式中VCH采用我國標準的天然氣標準狀況體積，m3；
    VAGA采用美國標準的天然氣標準狀況體積，m3；
    VISO采用IS0標準的天然氣標準狀況體積，m3。
    由公式(2)、(3)可知，因參比條件不同而產生的誤差就相當可觀。
2.4 燃氣公司面臨的燃氣結算困局
    燃氣公司與上游供應商之間的結算采用的流量計一般都具有溫度壓力修正的功能，或者通過外接二次儀表實現溫度壓力的修正，因此，屬于標況計量。而燃氣公司在與居民用氣結算方面，一般采用工況結算，這種結算方式受制于現有的計量技術、以及選用的計量器具性能、價格等因素。
2.5 燃氣輸差產生的原因分析
    (1) 工況計量與標況計量的差異
    根據公式(1)可以算出，燃氣上下游結算壓力每相差1kPa，相對誤差帶來約1%；結算溫度每相差1℃，相對誤差約帶來0.34%。
    (2) 產品選型的影響
    居民用氣從煲湯到使用熱水器，量程跨度很大，特別是餐廳，其可能有多個灶具，這就進一步加大了用氣的流量范圍，因此，這些地方一定要選用寬量程的計量器具。
    (3) 設備設施的維護影響
    過濾設備的定期清潔，特別是部分需要定期保養的計量器具的維護隋況，管道的跑冒滴漏，也是輸差產生的一個因素。
    (4) 上下游統計時間的差異，以及隨著新的管網的不斷鋪設，管道容積存量等方面的差異等，也在一定程度上影響著燃氣的輸差。
    綜上因素，要控制輸差，首先必須統一計量條件，因此在低壓、小流量燃氣計量領域的膜式燃氣表上引入溫壓修正技術就顯得非常必要，同時，這也是貿易公平的基本原則的體現。
3 在低壓、小流量燃氣計量領域的膜式燃氣表上引入溫壓修正技術的可行性和技術現狀分析
3.1當前已有的技術和嚴品
3.1.1機械式溫度修正
    機械式溫度修正燃氣表通過溫度敏感材料改變燃氣表的回轉體積，從而修正燃氣體積隨溫度發生的變化，保持燃氣計量后的體積滿足罔家標準GB/T19025—2008規定的天然氣的參比條件中溫度為293.15K(20%)的要求。

3.1.2電子式溫度壓力修正
    電子式溫壓修正膜式燃氣表采用溫度壓力傳感器、并通過單片機處理計算后顯示標況體積和工況體積，基于成本、防爆、電源供電、單顯和雙顯的技術爭議、生產檢測標準等方方面面的原因，目前在國內還沒有看到在家用膜式燃氣表中的運用，只是在工商業燃氣表中有部分廠家在嘗試研發。
3.1.3在膜式燃氣表上增加溫壓修正二次儀表，見圖3
   在膜式燃氣表上增加溫壓修正二次儀表，在我國哈爾濱等多數城市已經有長期成功運用，基于成本和可靠性的因素，目前主要是一些國外的產品，國內的企業和技術機構應加強這方面的研發。

3.2 國內外標準對產品的要求
    在本文的2.3中，談到了國內外對燃氣體積貿易結算中溫度和壓力規定的要求，隨著計量技術的進步，這些要求已經能夠實現，特別是帶有內置機械式溫度修正裝置的膜式燃氣表，相應的產品在國外已經普遍使用，在歐美等發達國家已經將其作為燃氣表的標準配置，這種產品當前在國內也開始試用，國內外的產品標準已經對其生產和檢測試驗提出了具體要求。
    新國標GB/T6968報批稿要求：新國標在附錄D(規范性附錄)中，單獨對內置機械式氣體溫度轉換裝置的燃氣表提出了生產和檢測試驗的要求。
    國際法制計量組織(QIML)R137—2006的規定：在4.3.1條款中做出了規定。
    歐洲標準EN1359：2006的規定：其在附錄B(標準)隔膜式氣表，備有內裝的氣體溫度機械轉換裝置一章中做出了規定。
    綜合以上產品及標準化信息，在膜式燃氣表中采用機械溫度修正的技術和內外條件已經具備，成本可以被接受，其技術在國外已經長期運用并已經成為燃氣表標準配置，而電子式的溫壓修正由于成本等因素，其推廣和運用還有待市場驗證。
4 帶溫壓修正的膜式燃氣表在選型中應考慮的幾點因素和經濟性分析
4.1 全國主要城市的年平均溫度(供參考)。見表1
 

4.2 采用溫度修正的經濟效益探討
    假設用戶使用1臺規格為G25的燃氣表，每天平均用氣2.5h-3.5h，年均用量約為30000m3，壽命為10年，如果燃氣單價為2元，其年輸差損失和10年累計經濟損失如表2。
    實際上，只要是年平均溫度低于15℃，采用溫度修正不僅可以帶來良好的經濟效益，更重要的是促進了貿易公平，同時為燃氣公司進行輸差管控、數據分析驗證提供了借鑒和參考。隨著人們生活水平的提高和技術進步，以及公平貿易和國家對節能減排的要求，溫度修正裝置一定會成為膜式燃氣表的基本配置。
表2
城市
年平均
計量誤差損失%
實際損失(按單價2元/m3)
溫度(℃)
年損失量(m3)
10年損失金額(元)
北京
11.8
2.79
836
16728
天津
12.2
2.65
796
15912
石家莊
13.3
2.28
683
13668
蘭州
9.5
3.57
1071
21420
銀川
8.4
3.94
1183
23664
濟南
14.6
1.84
551
11016
西安
13.7
2.14
643
12852
太原
9.9
3.43
1030
20604
西寧
5.1
5.07
1520
30396
烏魯木齊
5.7
4.86
1459
29172
呼和浩特
6.2
4.69
1408
28152
哈爾濱
4.4
5.30
1591
31824
長春
5.1
5.07
1520
30396
沈陽
7.8
4.15
1244
24888
大連
10.8
3.13
938
18768
鄭州
14.2
1.97
592
11832
拉薩
7.9
4.11
1234
24684
4.3 壓力修正選用的探討
    根據公式(1)的計算可知，結算壓力每相差1kPa，燃氣體積計量的相對誤差約帶來1%；但全國主要城市的大氣壓力與標準大氣壓相差不大，而一般的居民用氣因考慮安全等因素供氣壓力一般低于5kPa，同時燃氣計量中如果加入壓力修正，其成本要成倍增加，因此在一般居民戶用燃氣表中較少使用。但是由于部分城市由于歷史原因，管網負荷較重，在用戶用氣需求大量增加的情況下，為了保證供氣的流量，燃氣公司只有提高輸氣壓力以保證用戶用氣需求，這時候就需要使用壓力修正。綜上所述，在當地大氣壓加上供氣壓力(相對壓力)，遠遠大于或者遠遠小于一個標準大氣壓力時候，為保證貿易公平，在用氣量較大(工商業用戶)和條件具備(經濟許可和計量設備具備)的情況下'在計量時應當進行壓力修正，國家法制計量管理部門也要積極引導，以保障供需雙方的利益。
5 結束語
    節能減排、燃氣輸差、燃氣計量的法制管理要求和燃氣計量技術的進步，其最終均要以服務和提升老百姓的生活品質和促進公平貿易為主要目標，而在低壓燃氣計量中引入溫壓修正特別是溫度修正，是燃氣計量發展的必然趨勢，機械式溫度修正技術正逐漸成為為膜式燃氣表的標準配置，我們期待著能量計量從技術和成本上取得突破，雖然這還是一個漫長和遙遠的過程，但膜式燃氣表必將被能量計量產品所取代。
參考文獻
1 楊有濤.天然氣的能量計算.中國計量出版社
2 徐英華.膜式燃氣表技術手冊.中國計量出版社，2004:10
3 中華人民共和國國家計量檢定規程 膜式燃氣表JJG577
4 城鎮燃氣設計規范GB 50028—2006
5 膜式燃氣表GB/T6968
 
(本文作者：陳海林 重慶前衛克羅姆表業有限責任公司 401121)