膜式燃氣表實施現場檢定可行性研究

摘 要

摘要：本文對膜式燃氣表現場檢定工作進行大量實驗，包括現場檢定的可行性、檢定數據的準確性、使用10年的燃氣表的可靠性進行了全方位實驗研究，對起草現場檢定規程以及實施10年更
摘要：本文對膜式燃氣表現場檢定工作進行大量實驗，包括現場檢定的可行性、檢定數據的準確性、使用10年的燃氣表的可靠性進行了全方位實驗研究，對起草現場檢定規程以及實施10年更換工作具有借鑒意義。
關鍵詞：膜式燃氣；表檢定規程；示值誤差；密封性
1 研究目的
    目前，在城市燃氣領域，民用戶使用的計量儀表幾乎全部是膜式燃氣表，包括純機械型和智能型(如IC卡表、遠傳表)等氣表型式。JJG577—2005膜式燃氣表檢定規程是在1994版的基礎上進行修訂的，規程對儀表最大允許誤差和檢定周期提出了具體要求，其中，儀表的檢定周期規定依然為：最大流量為10m3/h以下的燃氣表只作首次檢定，限期(天然氣10年，其它6年)使用，到期更換。從我國國情來看，大中型城市使用儀表數量巨大，尤其是使用城市燃氣較早的大中城市，少則數十萬臺，多則數百萬臺，如果按照規程進行更換，換表費用巨大，這對燃氣企業而言將是一筆巨大的成本，在實際執行過程中，很多燃氣企業難以全部實施到期更換。
    早期的膜式燃氣表，制造工藝復雜，零部件多，各種材料的性能質量不高，如皮膜、閥座、密封件、拉桿等關鍵零部件質量不佳，長期穩定性差、理化性能指標較低，造成早期的國產儀表穩定性差、計量性能不穩定，耐久性差，因此，當時提出的使用10年或6年是相對安全和可靠的。隨著我國燃氣表制造企業的技術進步，對關鍵零部件采用進口國外產品，改進儀表結構型式，現在的燃氣表零部件數量大大減少，性能更加穩定可靠，有些國內廠家進行的可靠性試驗可以達到5000h以上，產品質量有了很大提高。
    對于膜式燃氣表的制造而言，隨著制造技術的不斷進步，產品質量大為提高，使用壽命大大增加，很多儀表的設計使用壽命達25年，如果僅僅使用10年就更換，勢必造成極大的浪費，同時，隨著國家“西氣東輸”工程的建成通氣，大多數的城市燃氣正在從人工煤氣逐步向天然氣過渡，天然氣氣質較煤制氣干凈，對儀表的腐蝕較小。國外膜式燃氣表的相關標準如OIMLR31、EN1359均沒有提出10年更換的規定，如果對臨近到期的燃氣表進行現場檢定(可視為使用中檢驗)，簡化試驗項目和程序，對合格的儀表粘貼合格標識，繼續使用，可以延長使用期限6年以上，這對企業和社會都是一件有益的事情，也符合當前國家節能減排的政策。
2 工作內容和要求
    主要工作內容有：抽取500戶10年以上的戶內掛表用戶進行現場檢定，收集相關數據；現場檢定完畢后為用戶更換新表，500臺舊表妥善收集運送到實驗室；對更換下的500臺表具進行實驗室檢定，比對現場檢定結果；對500臺表具中的100臺進行長期老化試驗，根據不同氣量再進行實驗室檢定，比對現場檢定結果；根據試驗結果情況，起草現場檢定規程文本。
   燃氣表現場檢定試驗采用標準表法進行比對檢定，現場檢定要求如下：
    (1) 對10年以上在用燃氣表進行抽樣，樣品為500臺，表型為丹東和前衛J2.5燃氣表，樣表分布范圍相對集中，方便集中檢定和合理更換。
    (2) 現場檢定時間限定在3月～6月份，期間環境溫度比較適宜，一般在15℃～30℃之間，如果室內室外環境溫度相差較大時，標準表在檢定前應在試驗環境條件下下放置5min以上。
    (3) 檢定流量在0.1qmax～qmax之間選取，通常可以采用燃氣燃燒器具正常使用狀態下的實際流量進行，為加快現場檢定時間，提高檢定效率，一般打開灶具的兩個火頭，此時的瞬時流量一般為0.8m3/h～1.2m3/h，約為0.2qmax～0.3qmax。檢定期間，檢定流量點的瞬時流量波動不超過±10%。
    (4) 檢定體積值的選取可以根據實際情況進行，為便于現場計算，一般為50L～100L。
    (5) 檢定次數為2次，如果兩次結果差異較大，可以增加1次。
3 試驗過程
   根據工作計劃安排，試驗過程分為3個階段。
   第一階段：現場檢定
   根據工作計劃，制定10年以上的應更換燃氣表500臺抽樣方法，經過用戶檔案篩選，共提出5000戶左右的舊表供現場檢定，同時把現場檢定和更換新表同步進行。
    (1) 檢定前首先使用U型壓力計進行密封性檢查，合格后進行大流量運行。
    (2) 大流量運行約5min后，進行示值誤差檢定，檢定流量點為0.2qmax，檢定體積值為50L～100L，檢定次數為2次，如果兩次結果差異較大，可以增加1次。
    (3) 檢定完畢后，無論結果如何，均粘貼唯一性編號標識，通知換表人員更換新表，恢復用戶正常用氣。
    被檢表與標準表的入口溫度差盡量小，要求不超過2℃。
    經過3個月的時間，共完成512戶儀表的現場檢定，后拆下送到檢測公司進行實驗室檢定和老化工作。
   第二階段：實驗室檢定
   對500臺經現場檢定的舊表進行實驗室檢定，使用100L鐘罩進行示值誤差檢定，以驗證現場檢定的準確性和一致性，檢定過程按JJG577—2005規程要求的檢定項目進行。
    示值誤差檢定，檢定流量點為0.2qmax和qmax，檢定體積值為100L，檢定次數為2次，如果兩次結果差異較大，可以增加1次，在檢定qmax時，進行壓力損失實驗。
    實驗室檢定完成后，對其中一部分放置在室外進行老化工作。
    第三階段：老化和實驗室檢定
    對500臺舊表進行再次抽樣，取其中100臺合格表進行老化試驗，老化場地在室外，分為4組，每組1臺風機串聯25臺表，通過流量設定器確定流量，瞬時流量為2.5m3/h，每天運行8h，每1000m，老化時間要求在1個月內完成，分別在老化到1000m3、2000m，、3000m3時，進行實驗室示值誤差檢定。
4 數據處理和分析
    第一階段：現場有效檢定儀表數量為510臺，其示值誤差分布區間見表1，對應的分布曲線圖見圖1。

    可以看出：現場檢定示值誤差在±2%以內的為355臺，比例69.6%，示值誤差在±3%以內的為421臺，比例82.5%，±4%以內的為454臺，比例為89%，如果按照±4%為合格區間，則現場檢定的儀表合格率可達89%，說明近90%的儀表是合格的，可以繼續使用，如果全部更換新表，則會造成巨大的浪費。圖1所示的曲線是一個典型的正態分布，其數值的絕大部分(約90%)都在合格區間內。
表1 現場檢定示值誤差統計表
區間
x＜-4%
-4%≤x＜-3%
-3%≤x＜-2%
-2%≤x≤2%
2%＜x≤3%
3%＜x≤4%
4%＜x
故障
數量(臺)
44
12
14
355
52
21
8
4
比例(%)
8.6
2.4
2.7
69.6
10.2
4.1
1.6
0.8
比例(%)
8.6
2.4
82.5
4.1
1.6
0.8
比例(%)
8.6
89.O
1.6
0.8
    第二階段：對經現場檢定后的510臺舊表全部進行實驗室檢定，以比較合格比例變化情況，每臺表檢定兩個流量點，因此，又可分別按兩檢定流量點分別進行分析，其示值誤差分布區間見表2和表3，對應的分布曲線圖見圖2和圖3。

    可以看出：對于qmax流量點，實驗室檢定示值誤差在±2%以內的為429臺，比例84%，示值誤差在±3%以NN為479臺，比例93.8%，±4%以內的為490臺，比例96%，如果按照±4%為合格區間，則現場檢定的儀表合格率可達95%以上，說明近95%的儀表是合格的，可以繼續使用。圖2所示的曲線是一個典型的正態分布，其數值的絕大部分(96%)都在合格區間內。
    對于0.2qmax流量點，實驗室檢定示值誤差在±2%以內的為370臺，比例72.5%，示值誤差在±3%以內的為453臺，比例88.8%，±4%以內的為473臺，比例92.7%.如果按照±4%為合格區間，則現場檢定的儀表合格率可達92.7%，與大流量點檢定合格率比較接近，說明90%以上的儀表是合格的.可以繼續使用。圖3所示的曲線是一個典型的正態分布，其數值的絕大部分(約93%)都在合格區間內。
表2 實驗室檢定示值誤差統計表(流量點為qmax)
區間
x＜-4%
-4%≤x＜-3%
-3%≤x＜-2%
-2%≤x≤2%
2%＜x≤3%
3%＜x≤4%
4%＜x
故障
數量(臺)
10
11
21
429
9
0
0
10
比例(%)
2.0
2.2
8.0
84.0
1.8
0
0
2.0
比例(%)
2.0
2.2
93.8
0
0
2.0
比例(%)
2.0
96.0
0
2.0
表3 實驗室檢定示值誤差統計表(流量點為0.2qmax)
區間
x＜-4%
-4%≤x＜-3%
-3%≤x＜-2%
-2%≤x≤2%
2%＜x≤3%
3%＜x≤4%
4%＜x
故障
數量(臺)
19
5
8
370
75
15
8
10
比例(%)
3.7
1.0
1.6
72.5
14.7
2.9
1.6
2.0
比例(%)
3.7
1.0
88.8
2.9
1.6
2.0
比例(%)
3.7
92.7
1.6
2.0
   第三階段：老化后的實驗室檢定，分別在老化到1000m3、2000m3、3000m3后進行。數量為100臺。
   1000m3～3000m3老化后實驗室檢定，按兩檢定流量點分別進行分析，其示值誤差分布區間見表4和表5，對應老化3000m3的分布曲線圖見圖4和圖5。

    可以看出：老化3000m3后，對于qmax檢定流量點，示值誤差在±2%以內的為93臺，比例93%，示值誤差在±3%以內的為100臺，比例100%，沒有超出±3%的儀表，說明經過2000m，的老化后，100%的儀表是合格的。圖4所示的曲線是一個典型的正態分布，其數值的全部(100%)都在合格區間內。對于0.2qmax檢定流量點，示值誤差在±2%以內的為80臺，比例80%，示值誤差在±3%以內的為95臺，比例95%，±4%以內的為99臺，比例99%，如果按照±4%為合格區間，則儀表合格率可達99%，說明經過老化后，99%的儀表是合格的。圖5所示的曲線是一個典型的正態分布，其數值的絕大部分(99%)都在合格區間內。
表4 老化1000m3～3000m3實驗室檢定示值誤差統計表(流量點為qmax)
 
區間
x＜-4%
-4%≤x＜-3%
-3%≤x＜-2%
-2%≤x≤2%
2%＜x≤3%
3%＜x≤4%
4%＜x
老化
1000m3
數量(臺)
0
O
1
95
4
0
0
比例(%)
O
0
1
95
4
0
0
比例(%)
0
0
100
0
0
比例(%)
0
100
0
老化
2000m3
數量(臺)
0
2
5
92
1
O
O
比例(%)
O
2
5
92
1
0
0
比例(%)
0
0
98
0
O
比例(%)
0
100
0
老化
3000m3
數量(臺)
0
O
7
93
0
0
0
比例(%)
0
0
7
93
0
0
0
比例(%)
O
0
100
0
O
比例(%)
0
100
0
表5 老化1000m3～3000m3實驗室檢定示值誤差統計表(流量點為0.2qmax)
 
區間
x＜-4%
-4%≤x＜-3%
-3%≤x＜-2%
-2%≤x≤2%
2%＜x≤3%
3%＜x≤4%
4%＜x
老化
1000m3
數量(臺)
0
O
0
75
19
4
2
比例(%)
O
O
0
75
19
4
2
比例(%)
O
O
94
4
2
比例(%)
0
99
2
老化
2000m3
數量(臺)
2
0
0
85
10
2
1
比例(%)
2
O
0
85
10
2
1
比例(%)
2
O
95
2
1
比例(%)
2
97
1
老化
3000m3
數量(臺)
O
0
O
80
15
4
1
比例(%)
0
0
0
80
15
4
1
比例(%)
0
0
95
4
1
比例(%)
0
99
1
   如果按鄭州市民用戶年平均用氣量200m3(日均用氣量約0.6m3)計算，老化3000m3相當于可以延長儀表使用壽命15年。
5 現場檢定方法探討
    為開展膜式燃氣表的現場檢定工作，需要制定相應的現場檢定規程，以此指導現場檢定。根據JJF 1002—2010《國家計量檢定規程編寫規則》要求，規程主要內容如下：
    1、范圍：適用于最大流量qmax≤6m3/h、需要到期更換或日常現場檢定的燃氣表在使用現場的檢定。
    2、計量性能要求：在O.1qmax≤q≤qmax示值誤差應不超過±4%。
    3、通用技術要求
    銘牌和標記：燃氣表銘牌或表體一般應清晰可辨以下主要信息：制造計量器具許可證的標志和編號、制造商名稱、產品名稱、規格(型號)、計量等級、流量范圍、最大工作壓力、回轉體積、產品編號(數字或條形碼)、制造日期等，表體上應標明氣體流向。燃氣表計量單位為m3。
    外觀：燃氣表應無影響計量性能與安全性能的機械損傷、嚴重銹蝕、氣泡、凸起等缺陷，計數器應穩固安裝，計數顯示應清晰，計數器運轉應無跳動、間歇停頓等現象，在運行過程中，應無異常的噪聲。燃氣表封緘設施應完好無損，封緘唯一性編號應清晰可辨。
    密封性：燃氣表在現場使用工作壓力(大于1500Pa)時，保持時間3min，不得漏氣。
   4、計量器具控制
   1) 檢定條件
   標準器：標準器最大允許誤差限應等于或優于±1.O%。
    配套設備：溫度計，分度值≤0.2℃；壓力計，分辨力≤10Pa；秒表，準確度0.1s。
    檢定環境條件：檢定環境溫度為0℃～40℃，檢定過程中標準表與燃氣表應處于同一環境條件下。標準器在現場檢定環境溫度20℃±10℃范圍內時，應放置不少于5min，超出此范圍，應放置不少于30min。
    2) 檢定項目
    使用中的燃氣表在現場檢定的項目：外觀(銘牌、封緘等)、密封性、示值誤差。
    3) 檢定方法
    (1) 外觀(銘牌、封緘等)檢查：燃氣表的外觀(銘牌、封緘等)的檢查采用目測法，檢查結果應符合通用技術要求，否則應視為不合格，不再進行示值誤差和密封性的檢定。
    (2) 密封性試驗：密封性試驗可采用如圖6所示或采用其它等效的試驗方法，試驗結果應符合通用技術要求，否則應視為不合格。為安全起見，對整個氣路系統進行肥皂泡檢漏，或交由相關部門采取相應措施，直至排除漏氣點，再進行現場示值誤差的檢定。
    燃氣表出口或燃氣表后其它管道位置連接壓力計，如圖6所示。打開進氣閥，燃氣壓力經燃氣表與壓力計達到平衡，壓力計顯示燃氣工作壓力。關閉進氣閥，保持3min，氣路系統應不漏氣。
    (3) 示值誤差檢定：
    檢定方法：現場檢定采用標準表和燃氣表直接比較法，管路系統如圖6所示。
 

    檢定前準備：燃氣表應以現場所能達到的最大流量預運轉，通過的氣體體積至少達到1OL。
    檢定流量點和檢定次數的選擇：根據實際燃燒器實際情況，在燃氣表的0.1qmax～qmax范圍內選取一個流量點，作為現場檢定流量點，檢定次數不少于2次，如果兩次檢定結果之差超過2%，應至少增加一次。
    檢定通氣量的選擇：示值誤差檢定時的最少通氣量應能滿足計量準確的要求，可以為100L或50L。
    檢定過程：打開進氣閥和燃燒器閥門，并平穩運行不少于1min。當燃氣表字輪對準起始刻度(通常為整數)時關閉燃燒器閥門，讀取標準表和燃氣表初始示值(通常可以對電子式標準表進行清零)。打開燃燒器閥門并使燃燒器燃燒，當標準表字輪(或液晶顯示器)到達預定刻度時，關閉燃燒器閥門，分別記錄標準表和燃氣表的終止示值。
示值誤差計算：燃氣表示值誤差按下式計算：
 
    式中：δ—燃氣表的示值誤差，(%)；Vm—燃氣表的示值，(L)；Vs—標準表的示值，(L)。
    取絕對值最大的示值誤差作為燃氣表的示值誤差，檢定結果應符合計量性能要求。
    4) 檢定結果處理：經現場檢定，符合本規程各項要求的燃氣表，加貼強制檢定合格標記，不符合本規程各項要求的燃氣表應進行更換。
5) 檢定周期：現場檢定合格后，可以繼續使用，一般不超過6年。
6 試驗結論
    經過近1年的檢定實驗，取得了大量寶貴數據，根據對以上數據的整理分析，基本可以歸納以下結論：
    (1) 膜式燃氣表的現場檢定試驗工作是成功的，數據充分，其檢定合格率基本可以達到90%，說明絕大多數儀表是可以繼續使用的，開展現場檢定工作是可行的，如果全部更換不用，勢必造成極大浪費。
    (2) 根據老化后的試驗結果看，現場檢定后，儀表可以繼續使用的年限，可以延長6年～10年左右，這時儀表的合格率為95%以上，基本是安全可靠的。
    (3) 通過現場檢定，可以及時發現安全隱患，如有的燃氣表漏氣、銹蝕嚴重、封緘破壞等現象。
    (4) 現場檢定工作是可行的，檢定結果是可靠的，檢定數據是準確的，檢定方法簡便易行，是膜式燃氣表質量控制的有效方法。
 
(本文作者：鄧立三 鄭州華潤燃氣 450006)