膜式燃氣表戶外掛實驗研究

摘 要

1 前言 鄭州市自1986年開始使用天然氣以來，經歷23年的發(fā)展，年供氣規(guī)模已達到近5億m3，民用戶近90萬戶。家用燃氣表過去一直采用戶內安裝方式，近幾年為方便用戶，也為了便于管理、
1 前言
   鄭州市自1986年開始使用天然氣以來，經歷23年的發(fā)展，年供氣規(guī)模已達到近5億m3，民用戶近90萬戶。家用燃氣表過去一直采用戶內安裝方式，近幾年為方便用戶，也為了便于管理、防止偷盜氣等原因，鄭州燃氣大力推行戶外掛表安裝方式，目前戶外掛表已經占有近20%的比例。溫度參數對氣體計量的影響十分敏感，計量時的燃氣溫度是由燃氣的原有溫度、表前管道和表體與周圍環(huán)境溫度的換熱程度所決定的，表前管道越長越接近于周圍環(huán)境溫度，必然影響到計量，周圍環(huán)境溫度對計量的影響有多大？而且，不同廠家不同型號的燃氣表的哪一種對溫度的反應最為敏感？另外，現已有部分廠家為適應戶外掛表的需求，開始推出機械溫度補償表這一新產品，其計量效果如何？以上這些問題是值得我們進行研究的。
2 研究目的
    此次實驗，我們無意將任何一個品牌的燃氣表分出性能優(yōu)劣，僅是希望通過此次實驗我們能夠對以下問題得到解答：
    (1) 選取典型表，經過模擬不同流量點運行后，各表的計量特性有無變化及特點。
    (2) 以戶外掛的方式，經過一個自然年份的溫度變化，各種儀表其計量結果的差異。
    (3) 在戶外不同溫度條件下，各類燃氣表的計量特性或誤差。
    (4) 戶外掛表計量所造成的燃氣購銷差。
3 規(guī)程依據
《膜式煤氣表檢定規(guī)程JJG577—2005》
4 實驗方法與計劃步驟
    (1) 實驗氣源壓力，模擬用戶灶前壓力2700Pa。
    (2) 選取典型表型作為測試對象，該典型表應十分普及。
表1
生產廠家
規(guī)格型號
數量
甲公司
補償表2.5m3/h
4臺
J型表2.5m3/h
6臺
乙公司
G型表2.5m3/h
5臺
改進型2.5m3/h
5臺
    (3) 實驗前，在實驗室對所選表具進行誤差和重復性測試。
    (4) 將被檢表分為A、B、C、D4個實驗組。每組5臺表，其中作為參照標準表的一臺，放入實驗室內，另外4臺表置于室外表箱，模擬戶外掛表。
    (5) 使用多路溫度巡檢儀，分別記錄：實驗室室內溫度、戶外溫度、戶外表氣體進口溫度。
    (6) 測量每塊表的進氣壓力。
    (7) 將流量調節(jié)裝置設在戶外實驗表末端，參照普通居民用氣量，分別將4組實驗表的流量按表2進行設定：
表2
組別
流量(m3/h)
對應流量點
流量選取說明
A
0.8
0.2Qmax
模擬家用雙眼灶同時工作時的最大流量
B
0.6
0.15Qmax
模擬家用雙眼灶同時工作時一大一小火力時的燃氣流量
C
0.4
0.1Qmax
模擬家用雙眼灶只使用單眼時的最大流量
D
2.5
0.6Qmax
模擬家用雙眼灶與8L燃氣熱水器同時工作時的最大流量
    (8) 每日抄表一次，間隔24小時，抄表時間固定為8:30。
    (9) 實驗時間2008年12月～2009年11月。
    (10) 實驗結束后，在實驗室對參加實驗的表再次進行誤差和重復性檢測
    (11) 數據分析。
5 試驗組別分類
共分為4組，每組表型的配合與代號見表3
表3 試驗組別
組別
戶內表
戶外表
A
改進型2.5
 A0
J型2.5
A1
改進型2.5
A2
補償型2.5
A3
G型2.5
A4
B
J型2.5
   B0
J型2.5
B1
改進型2.5
B2
補償型2.5
B3
G型2.5
B4
C
J型2.5
    C0
J型2.5
C1
改進型2.5
C2
補償型2.5
C3
G型2.5
C4
D
G型2.5
DO
J型2.5
D1
改進型2.5
D2
補償型2.5
D3
G型2.5
D4
6 實驗數據統(tǒng)計與分析
6.1 數據統(tǒng)計
    (1) 溫度統(tǒng)計
    通過一個自然年份的溫度記錄(2008.12～2009.11)，我們得知，在這一年度內，日最高氣溫出現在6月25日，37.2℃，日最低氣溫出現在1月24日，-1.6℃；月平均最高氣溫為7月，30.9℃，月平均最低氣溫為1月，3.15℃。
    此模擬實驗目的在于模擬燃氣表在戶外的實際工作狀態(tài)，由于缺少燃氣實際溫度數據和燃氣與周圍環(huán)境的熱交換數據，故只對壓力的影響進行修正。
    (2) 流量統(tǒng)計
    由于選取樣本有限，我們在進行流量統(tǒng)計時，分別對4種表型的計量誤差進行了修正。我們將流量數據按照以月為單位進行分類統(tǒng)計。每塊表的累計流量同本組第一塊表(即參照標準表)的累計流量相比較，進行誤差計算，并繪制出曲線圖(其中最后一個點為全年流量總的累計誤差)。
6.2 數據分析
(1) 同種型號不同流量點的比較，見圖1。
 
    由圖1可以看出，這4種表型在流量不同時，誤差是不一樣的?？傮w來看，小流量(0.1Qmax)誤差最大，大流量(0.6Qmax)誤差最小，且與溫度變化相關，如在第2點(對應1月份)，都有一個驟然下降過程，尤其是小流量誤差曲線最為明顯，主要原因是溫度下降導致。同時也可以看出，小流量時對溫度最為敏感，隨著流量的增大，曲線越平緩，對溫度的敏感度越低，這是一個值得關注的現象。
   通過表4我們看到，補償表在低溫時確實具有溫度補償功能，最低不超過-18%，隨著溫度升高，其僅在溫度最高時的7月份且在流量點0.15Qmax時變?yōu)檎`差，其余時間和各流量點均在零軸以下運行。相對來說，G型2.5型波動區(qū)間最大，對溫度變化最敏感。
表4 4種表型的溫度對流量的影響
 
J型2.5
改進型2.5
補償型2.5
G型2.5
波動區(qū)間
-20%～+3%
-19%～+4%
-18%～+0.2%
-20%～+5%
誤差變化率/度
0.82%
0.82%
0.65%
0.89%
(2) 同一流量點不同表型的比較，見圖2。
 
    很明顯，補償表(第3臺表)相對普通表曲線波動平緩，對溫度最不敏感，但其流量點的累計誤差表現的不盡人意。相較而言，改進型2.5型表(第2臺表)的誤差是4種表中最好的，其各流量點的誤差均小于其他3臺表。同時也可看出，各表型隨著流量的增大，其誤差呈現減小趨勢。
    另外，補償表在0.2Qmax以上流量條件下，隨著溫度升高有背離趨勢，尤其在春秋季更為明顯，這一點需要向廠家進一步了解，分析。
    不同流量條件下對溫度的敏感度是不一樣的，一年中流量誤差隨溫度波動的區(qū)間范圍有很大差別。流量越小，峰谷差越大，對溫度敏感度越高，流量在0.2Qmax以上時，對溫度的敏感度相近。
表5 4種表型的全年流量誤差
全年誤差
J型2.5
改進型2.5
補償型2.5
G型2.5
0.1Qmax
-10.33%
-9.45%
-9.7%
-10.43%
0.15Qmax
-2.74%
-2.29%
-2.6%
-3.39%
0.2Qmax
-5.42%
-4.32%
-4.71%
-5.01%
0.6Qmax
-2.78%
-2.04%
-2.39%
-2.76%
表6 4種表型的溫度
 
0.1Qmax
0.15Qmax
0.2Qmax
0.6Qmax
波動區(qū)間
-20%～+2%
-8%～+5%
-9%～+2%
-7%～+4%
誤差變化率/度
0.78%
0.46%
0.39%
0.39%
    (3) 不同季節(jié)氣候條件下，燃氣表的誤差特性
    為驗證上面的分析結果，我們將全年根據氣象學所稱的冬季(10℃以下)、春秋季(1O℃～22%之間)、夏季(22℃以上)劃分為3個時間段，并將此時間段內的累計流量進行統(tǒng)計和誤差曲線繪制。
   其中，冬季133天，夏季110天，春秋兩季合計122天。通過不同流量條件下繪制的12張誤差曲線圖，結果見表7、表8、表9，可以得出以下結論：
    a. 從整體來講，溫度補償表的曲線相對于普通表在低溫時與零軸距離最近，實際工況下補償效果較好，冬季尤為明顯。同時也可以清晰的看到，溫度補償表無論哪個季節(jié)，誤差始終處于負值，尤其在春秋季出現與溫度背離，所造成的結果是流量計量一直“跑慢”。因此，該類表有待技術改進。
表7 冬季誤差
冬季誤差
J型2.5
改進型2.5
補償型2.5
G型2.5
0.1Qmax
-13.53%
-12.63%
-11.27%
-13.6%
0.15Qmax
-5.03%
-4.62%
-3.25%
-6.17%
0.2Qmax
-7.94%
-7.33%
-4%
-7.77%
0.6Qmax
-5.31%
-4.84%
-2.19%
-5.73%
表8 夏季誤差
夏季誤差
J型2.5
改進型2.5
補償型2.5
G型2.5
0.1Qmax
0.0014%
0.52%
-4.4l%
-0.2%
0.15Qmax
3.31%
2.88%
-0.6%
2.98%
0.2Qmax
-1.25%
0.51%
-4.82%
-0.79%
0.6Qmax
1.25%
3.45%
-2.12%
1.89%
表9 春秋季誤差
春秋季誤差
J型2.5
改進型2.5
補償型2.5
G型2.5
0.1Qmax
-6.48%
-5.4%
-7.99%
-6.58%
0.15Qmax
-1.31%
-0.92%
-2.63%
-1.92%
0.2Qmax
-4.71%
-3.41%
-5.63%
-4.03%
0.6Qmax
-2%
-1.25%
-2.9%
1.84%
    b. 普通表的誤差曲線，完全隨著溫度的變化而變化，呈正相關。春秋季、冬季均為負誤差，只有夏季為正誤差，與全年的總計量誤差為負值相印證，符合氣體對溫度的變化規(guī)律。
    c. 以上各表型在0.15Qmax流量點時，不管何種季節(jié)與其他流量點相比均為較好值，值得關注。
7 結論
7.1 各類表的質量比較
(1) J型2.5有跑快趨勢，6塊表中有1塊嚴重超差，在0.6Qmax時為+20%，在0.2Qmax時為-19%，估計已經損壞。其余5塊在規(guī)定范圍內。在實驗過程中共計發(fā)現2次在緊鄰2天中，突然出現超出正常的峰谷值，之后歸于正常的現象，峰谷值的平均值與前后數據相比是合理的。主要在冬季小流量條件下發(fā)生。
(2) G型2.5有跑慢趨勢，5塊表均在規(guī)定誤差范圍內。在實驗過程中共計發(fā)現9次在緊鄰2天中，突然出現超出正常的峰谷值，之后歸于正常的現象，峰谷值的平均值與前后數據相比是合理的。主要在0.15Qmax流量條件下發(fā)生。
(3) 改進型2.5有跑慢趨勢，但沒有G型表明顯，5塊表均在規(guī)定范圍內，且誤差特性要好于G型。在實驗過程中共計發(fā)現7次在緊鄰2天中，突然出現超出正常的峰谷值，之后歸于正常的現象，峰谷值的平均值與前后數據相比是合理的。主要在小流量條件下的春秋季發(fā)生。
(4) 補償型2.5均有跑慢趨勢，實驗過程中損壞2塊，共計使用了6塊。各檢定流量點無論在實驗前后均有超差現象，若使用這類表，初次檢定就不合格。在實驗過程中共計發(fā)現3次在緊鄰2天中，突然出現超出正常的峰谷值，之后歸于正常的現象，峰谷值的平均值與前后數據相比是合理的。主要在大流量條件下發(fā)生。
7.2 各類表所造成的計量偏差影響
目前鄭州市的民用戶近90萬戶，每戶每月平均理論用氣量15m3。由于各個用戶的用氣習慣不同，無法得知其實際使用天然氣時的流量參數，對此，我們將各流量點的示值誤差進行累計，而后得出修正誤差。
鄭州市目前主要使用J型2.5和G型2.5這兩種表，數量相當。若以這兩種表的平均誤差為0，就得到補償表和改進表分別多計量2.03%和3.33%(見表10)，若更換為此兩種新表型，則平均每戶每年可多計量3.7m3和6m3，經濟效果并不明顯。并且，這兩種新型表的計量性能還不太穩(wěn)定，在實驗過程中發(fā)現易于損壞和計量性能突變次數頻繁現象，質量方面有待進一步提高。
表10 各類表的全年誤差
全年誤差
0.1Qmax
0.15Qmax
0.2Qmax
0.6Qmax
修正誤差
J型2.5
-10.33%
-2.74%
-5.42%
-2.78%
0
改進型2.5
-9.45%
-2.29%
-4_32%
-2.04%
3.33%
補償型2.5
-9.7%
-2.6%
-4.71%
-2.39%
2.03%
G型2.5
-10.43%
-3.39%
-5.01%
-2.76%
0
7.3 關于各型式燃氣表應用的一些看法
(1) 小流量條件下即0.4m3/h流量，溫度敏感度最強，流量誤差也最大，所以，經常使用小流量的用戶建議安裝使用1.6m3/h及以下的表型。
隨著天然氣的預期漲價，使用燃氣熱水器或燃氣壁掛爐的用戶會相對減少，轉而使用電能、太陽能等熱水器，這些用戶可視為小流量用戶，因此，推廣使用小流量儀表對燃氣公司是有利的。
(2) G型2.5型對溫度變化最敏感，不建議將此型表列入戶外表，安裝在戶內較為有利，尤其對大流量用戶更是如此。
(3) 戶外掛表的用表選擇
從技術角度，通過前面流量誤差的分析，我們認為戶外掛表還沒有較優(yōu)的選擇。在溫度不同的條件下，各型表在各個流量點均有優(yōu)缺點，而用戶的用氣習慣也是干差萬別，那么，在戶外掛表選型之前，應抽取充分的樣本進行本地模擬實驗，得到可靠數據后再做選擇。
從經濟角度，無論是補償型還是改進型表的價格肯定要比普通型高，燃氣公司作為一個經濟組織，需要統(tǒng)籌考慮。
 
(本文作者：尚旭 柴峰 付峰利 鄭州華潤燃氣有限公司 450006)