膜式燃气表实施现场检定可行性研究

摘 要

摘要：本文对膜式燃气表现场检定工作进行大量实验，包括现场检定的可行性、检定数据的准确性、使用10年的燃气表的可靠性进行了全方位实验研究，对起草现场检定规程以及实施10年更
摘要：本文对膜式燃气表现场检定工作进行大量实验，包括现场检定的可行性、检定数据的准确性、使用10年的燃气表的可靠性进行了全方位实验研究，对起草现场检定规程以及实施10年更换工作具有借鉴意义。
关键词：膜式燃气；表检定规程；示值误差；密封性
1 研究目的
    目前，在城市燃气领域，民用户使用的计量仪表几乎全部是膜式燃气表，包括纯机械型和智能型(如IC卡表、远传表)等气表型式。JJG577—2005膜式燃气表检定规程是在1994版的基础上进行修订的，规程对仪表最大允许误差和检定周期提出了具体要求，其中，仪表的检定周期规定依然为：最大流量为10m3/h以下的燃气表只作首次检定，限期(天然气10年，其它6年)使用，到期更换。从我国国情来看，大中型城市使用仪表数量巨大，尤其是使用城市燃气较早的大中城市，少则数十万台，多则数百万台，如果按照规程进行更换，换表费用巨大，这对燃气企业而言将是一笔巨大的成本，在实际执行过程中，很多燃气企业难以全部实施到期更换。
    早期的膜式燃气表，制造工艺复杂，零部件多，各种材料的性能质量不高，如皮膜、阀座、密封件、拉杆等关键零部件质量不佳，长期稳定性差、理化性能指标较低，造成早期的国产仪表稳定性差、计量性能不稳定，耐久性差，因此，当时提出的使用10年或6年是相对安全和可靠的。随着我国燃气表制造企业的技术进步，对关键零部件采用进口国外产品，改进仪表结构型式，现在的燃气表零部件数量大大减少，性能更加稳定可靠，有些国内厂家进行的可靠性试验可以达到5000h以上，产品质量有了很大提高。
    对于膜式燃气表的制造而言，随着制造技术的不断进步，产品质量大为提高，使用寿命大大增加，很多仪表的设计使用寿命达25年，如果仅仅使用10年就更换，势必造成极大的浪费，同时，随着国家“西气东输”工程的建成通气，大多数的城市燃气正在从人工煤气逐步向天然气过渡，天然气气质较煤制气干净，对仪表的腐蚀较小。国外膜式燃气表的相关标准如OIMLR31、EN1359均没有提出10年更换的规定，如果对临近到期的燃气表进行现场检定(可视为使用中检验)，简化试验项目和程序，对合格的仪表粘贴合格标识，继续使用，可以延长使用期限6年以上，这对企业和社会都是一件有益的事情，也符合当前国家节能减排的政策。
2 工作内容和要求
    主要工作内容有：抽取500户10年以上的户内挂表用户进行现场检定，收集相关数据；现场检定完毕后为用户更换新表，500台旧表妥善收集运送到实验室；对更换下的500台表具进行实验室检定，比对现场检定结果；对500台表具中的100台进行长期老化试验，根据不同气量再进行实验室检定，比对现场检定结果；根据试验结果情况，起草现场检定规程文本。
   燃气表现场检定试验采用标准表法进行比对检定，现场检定要求如下：
    (1) 对10年以上在用燃气表进行抽样，样品为500台，表型为丹东和前卫J2.5燃气表，样表分布范围相对集中，方便集中检定和合理更换。
    (2) 现场检定时间限定在3月～6月份，期间环境温度比较适宜，一般在15℃～30℃之间，如果室内室外环境温度相差较大时，标准表在检定前应在试验环境条件下下放置5min以上。
    (3) 检定流量在0.1qmax～qmax之间选取，通常可以采用燃气燃烧器具正常使用状态下的实际流量进行，为加快现场检定时间，提高检定效率，一般打开灶具的两个火头，此时的瞬时流量一般为0.8m3/h～1.2m3/h，约为0.2qmax～0.3qmax。检定期间，检定流量点的瞬时流量波动不超过±10%。
    (4) 检定体积值的选取可以根据实际情况进行，为便于现场计算，一般为50L～100L。
    (5) 检定次数为2次，如果两次结果差异较大，可以增加1次。
3 试验过程
   根据工作计划安排，试验过程分为3个阶段。
   第一阶段：现场检定
   根据工作计划，制定10年以上的应更换燃气表500台抽样方法，经过用户档案筛选，共提出5000户左右的旧表供现场检定，同时把现场检定和更换新表同步进行。
    (1) 检定前首先使用U型压力计进行密封性检查，合格后进行大流量运行。
    (2) 大流量运行约5min后，进行示值误差检定，检定流量点为0.2qmax，检定体积值为50L～100L，检定次数为2次，如果两次结果差异较大，可以增加1次。
    (3) 检定完毕后，无论结果如何，均粘贴唯一性编号标识，通知换表人员更换新表，恢复用户正常用气。
    被检表与标准表的入口温度差尽量小，要求不超过2℃。
    经过3个月的时间，共完成512户仪表的现场检定，后拆下送到检测公司进行实验室检定和老化工作。
   第二阶段：实验室检定
   对500台经现场检定的旧表进行实验室检定，使用100L钟罩进行示值误差检定，以验证现场检定的准确性和一致性，检定过程按JJG577—2005规程要求的检定项目进行。
    示值误差检定，检定流量点为0.2qmax和qmax，检定体积值为100L，检定次数为2次，如果两次结果差异较大，可以增加1次，在检定qmax时，进行压力损失实验。
    实验室检定完成后，对其中一部分放置在室外进行老化工作。
    第三阶段：老化和实验室检定
    对500台旧表进行再次抽样，取其中100台合格表进行老化试验，老化场地在室外，分为4组，每组1台风机串联25台表，通过流量设定器确定流量，瞬时流量为2.5m3/h，每天运行8h，每1000m，老化时间要求在1个月内完成，分别在老化到1000m3、2000m，、3000m3时，进行实验室示值误差检定。
4 数据处理和分析
    第一阶段：现场有效检定仪表数量为510台，其示值误差分布区间见表1，对应的分布曲线图见图1。

    可以看出：现场检定示值误差在±2%以内的为355台，比例69.6%，示值误差在±3%以内的为421台，比例82.5%，±4%以内的为454台，比例为89%，如果按照±4%为合格区间，则现场检定的仪表合格率可达89%，说明近90%的仪表是合格的，可以继续使用，如果全部更换新表，则会造成巨大的浪费。图1所示的曲线是一个典型的正态分布，其数值的绝大部分(约90%)都在合格区间内。
表1 现场检定示值误差统计表
区间
x＜-4%
-4%≤x＜-3%
-3%≤x＜-2%
-2%≤x≤2%
2%＜x≤3%
3%＜x≤4%
4%＜x
故障
数量(台)
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
    第二阶段：对经现场检定后的510台旧表全部进行实验室检定，以比较合格比例变化情况，每台表检定两个流量点，因此，又可分别按两检定流量点分别进行分析，其示值误差分布区间见表2和表3，对应的分布曲线图见图2和图3。

    可以看出：对于qmax流量点，实验室检定示值误差在±2%以内的为429台，比例84%，示值误差在±3%以NN为479台，比例93.8%，±4%以内的为490台，比例96%，如果按照±4%为合格区间，则现场检定的仪表合格率可达95%以上，说明近95%的仪表是合格的，可以继续使用。图2所示的曲线是一个典型的正态分布，其数值的绝大部分(96%)都在合格区间内。
    对于0.2qmax流量点，实验室检定示值误差在±2%以内的为370台，比例72.5%，示值误差在±3%以内的为453台，比例88.8%，±4%以内的为473台，比例92.7%.如果按照±4%为合格区间，则现场检定的仪表合格率可达92.7%，与大流量点检定合格率比较接近，说明90%以上的仪表是合格的.可以继续使用。图3所示的曲线是一个典型的正态分布，其数值的绝大部分(约93%)都在合格区间内。
表2 实验室检定示值误差统计表(流量点为qmax)
区间
x＜-4%
-4%≤x＜-3%
-3%≤x＜-2%
-2%≤x≤2%
2%＜x≤3%
3%＜x≤4%
4%＜x
故障
数量(台)
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 实验室检定示值误差统计表(流量点为0.2qmax)
区间
x＜-4%
-4%≤x＜-3%
-3%≤x＜-2%
-2%≤x≤2%
2%＜x≤3%
3%＜x≤4%
4%＜x
故障
数量(台)
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
   第三阶段：老化后的实验室检定，分别在老化到1000m3、2000m3、3000m3后进行。数量为100台。
   1000m3～3000m3老化后实验室检定，按两检定流量点分别进行分析，其示值误差分布区间见表4和表5，对应老化3000m3的分布曲线图见图4和图5。

    可以看出：老化3000m3后，对于qmax检定流量点，示值误差在±2%以内的为93台，比例93%，示值误差在±3%以内的为100台，比例100%，没有超出±3%的仪表，说明经过2000m，的老化后，100%的仪表是合格的。图4所示的曲线是一个典型的正态分布，其数值的全部(100%)都在合格区间内。对于0.2qmax检定流量点，示值误差在±2%以内的为80台，比例80%，示值误差在±3%以内的为95台，比例95%，±4%以内的为99台，比例99%，如果按照±4%为合格区间，则仪表合格率可达99%，说明经过老化后，99%的仪表是合格的。图5所示的曲线是一个典型的正态分布，其数值的绝大部分(99%)都在合格区间内。
表4 老化1000m3～3000m3实验室检定示值误差统计表(流量点为qmax)
 
区间
x＜-4%
-4%≤x＜-3%
-3%≤x＜-2%
-2%≤x≤2%
2%＜x≤3%
3%＜x≤4%
4%＜x
老化
1000m3
数量(台)
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
数量(台)
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
数量(台)
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实验室检定示值误差统计表(流量点为0.2qmax)
 
区间
x＜-4%
-4%≤x＜-3%
-3%≤x＜-2%
-2%≤x≤2%
2%＜x≤3%
3%＜x≤4%
4%＜x
老化
1000m3
数量(台)
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
数量(台)
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
数量(台)
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
   如果按郑州市民用户年平均用气量200m3(日均用气量约0.6m3)计算，老化3000m3相当于可以延长仪表使用寿命15年。
5 现场检定方法探讨
    为开展膜式燃气表的现场检定工作，需要制定相应的现场检定规程，以此指导现场检定。根据JJF 1002—2010《国家计量检定规程编写规则》要求，规程主要内容如下：
    1、范围：适用于最大流量qmax≤6m3/h、需要到期更换或日常现场检定的燃气表在使用现场的检定。
    2、计量性能要求：在O.1qmax≤q≤qmax示值误差应不超过±4%。
    3、通用技术要求
    铭牌和标记：燃气表铭牌或表体一般应清晰可辨以下主要信息：制造计量器具许可证的标志和编号、制造商名称、产品名称、规格(型号)、计量等级、流量范围、最大工作压力、回转体积、产品编号(数字或条形码)、制造日期等，表体上应标明气体流向。燃气表计量单位为m3。
    外观：燃气表应无影响计量性能与安全性能的机械损伤、严重锈蚀、气泡、凸起等缺陷，计数器应稳固安装，计数显示应清晰，计数器运转应无跳动、间歇停顿等现象，在运行过程中，应无异常的噪声。燃气表封缄设施应完好无损，封缄唯一性编号应清晰可辨。
    密封性：燃气表在现场使用工作压力(大于1500Pa)时，保持时间3min，不得漏气。
   4、计量器具控制
   1) 检定条件
   标准器：标准器最大允许误差限应等于或优于±1.O%。
    配套设备：温度计，分度值≤0.2℃；压力计，分辨力≤10Pa；秒表，准确度0.1s。
    检定环境条件：检定环境温度为0℃～40℃，检定过程中标准表与燃气表应处于同一环境条件下。标准器在现场检定环境温度20℃±10℃范围内时，应放置不少于5min，超出此范围，应放置不少于30min。
    2) 检定项目
    使用中的燃气表在现场检定的项目：外观(铭牌、封缄等)、密封性、示值误差。
    3) 检定方法
    (1) 外观(铭牌、封缄等)检查：燃气表的外观(铭牌、封缄等)的检查采用目测法，检查结果应符合通用技术要求，否则应视为不合格，不再进行示值误差和密封性的检定。
    (2) 密封性试验：密封性试验可采用如图6所示或采用其它等效的试验方法，试验结果应符合通用技术要求，否则应视为不合格。为安全起见，对整个气路系统进行肥皂泡检漏，或交由相关部门采取相应措施，直至排除漏气点，再进行现场示值误差的检定。
    燃气表出口或燃气表后其它管道位置连接压力计，如图6所示。打开进气阀，燃气压力经燃气表与压力计达到平衡，压力计显示燃气工作压力。关闭进气阀，保持3min，气路系统应不漏气。
    (3) 示值误差检定：
    检定方法：现场检定采用标准表和燃气表直接比较法，管路系统如图6所示。
 

    检定前准备：燃气表应以现场所能达到的最大流量预运转，通过的气体体积至少达到1OL。
    检定流量点和检定次数的选择：根据实际燃烧器实际情况，在燃气表的0.1qmax～qmax范围内选取一个流量点，作为现场检定流量点，检定次数不少于2次，如果两次检定结果之差超过2%，应至少增加一次。
    检定通气量的选择：示值误差检定时的最少通气量应能满足计量准确的要求，可以为100L或50L。
    检定过程：打开进气阀和燃烧器阀门，并平稳运行不少于1min。当燃气表字轮对准起始刻度(通常为整数)时关闭燃烧器阀门，读取标准表和燃气表初始示值(通常可以对电子式标准表进行清零)。打开燃烧器阀门并使燃烧器燃烧，当标准表字轮(或液晶显示器)到达预定刻度时，关闭燃烧器阀门，分别记录标准表和燃气表的终止示值。
示值误差计算：燃气表示值误差按下式计算：
 
    式中：δ—燃气表的示值误差，(%)；Vm—燃气表的示值，(L)；Vs—标准表的示值，(L)。
    取绝对值最大的示值误差作为燃气表的示值误差，检定结果应符合计量性能要求。
    4) 检定结果处理：经现场检定，符合本规程各项要求的燃气表，加贴强制检定合格标记，不符合本规程各项要求的燃气表应进行更换。
5) 检定周期：现场检定合格后，可以继续使用，一般不超过6年。
6 试验结论
    经过近1年的检定实验，取得了大量宝贵数据，根据对以上数据的整理分析，基本可以归纳以下结论：
    (1) 膜式燃气表的现场检定试验工作是成功的，数据充分，其检定合格率基本可以达到90%，说明绝大多数仪表是可以继续使用的，开展现场检定工作是可行的，如果全部更换不用，势必造成极大浪费。
    (2) 根据老化后的试验结果看，现场检定后，仪表可以继续使用的年限，可以延长6年～10年左右，这时仪表的合格率为95%以上，基本是安全可靠的。
    (3) 通过现场检定，可以及时发现安全隐患，如有的燃气表漏气、锈蚀严重、封缄破坏等现象。
    (4) 现场检定工作是可行的，检定结果是可靠的，检定数据是准确的，检定方法简便易行，是膜式燃气表质量控制的有效方法。
 
(本文作者：邓立三 郑州华润燃气 450006)