浅析影响CNG站计量准确度的因素
摘 要：随着我国CNG市场的快速发展，其计量问题也日渐突出，已引起各级计量行政主管部门、CNG加气站和广大用户的重视。本文结合实际，对影响CNG站计量准确度的几个因素进行探讨，指出了CNG在销售计量、进站计量和生产运行管理等环节，造成的CNG站计量误差。
关键词：CNG站；计量；准确度
引言
随着中国科学技术和社会经济的发展，环境污染问题和能源的综合利用越来越受到人们的重视。为了减少城市交通给大气带来的污染，提高天然气的利用率，四川石油管理局川中油气矿早在八十年代后期就开始使用压缩天然气（以后简称CNG）作为公交车燃料。CNG是一种最理想的车用替代能源，其应用技术经数十年发展已日趋成熟。它具有成本低、效益高、无污染、抗爆震性能好、使用安全便捷等特点，所以近年来我国的压缩天然气汽车发展很快，同时我国应用了先进的天然气计量技术和计量设备。目前四川CNG加气站的加气机大多使用进口的
质量流量计，运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用为原理，实现质量流量的测量。由于压缩天然气是高压气体，在销售计量、进站计量和生产运行管理等环节，造成CNG站计量误差。下面对影响计量准确度的几个因素进行探讨。
1 影响销售计量准确度的因素
1.1 CNG加气机计量误差分析
1.1.1气源变化引起的密度波动造成的计量误差
由于各地天然气的供销情况不同，很多加气站的气源都不能固定，因气源变化引起的密度波动对加气机计量误差影响很大。CNG加气机主要由质量流量计、压力表、控制阀、计算控制单元及加等部分构成，计量核心是质量流量计和计算控制单元。CNG加气机都选择重复性和稳定性好、受压力影响小的进口质量流量计，其标定精度一般为0.5%～1.0％。之所以选择质量流量计，是为了避免温度、密度等物理因素的变化对天然气计量的影响。但由于我国目前天然气贸易交接统一使用的是标准参比条件下的体积量，质量流量计测到的质量必须结合当地天然气在标准参比条件下的密度，通过计算控制单元转换为标准参比条件下的体积量(101.325kPa、20℃)，即：
VN＝ m /ρ20 （1）
式中：VN——加入瓶中气体的体积（20℃、101.325kPa）,m3；
m ——质量流量计测到的加入瓶中气体的质量，kg；
ρ20——天然气的密度（20℃、101.325kPa），kg/m3。
根据对某几个加气站的调查结果（见表1 ）可以看出，气源变化引起密度波动对加气机计量误差影响很大（最大约6.09%）。
表1 某加气站密度变化情况
加气站编号 | 出口密度（kg/m3） | 相差（%） |
原有密度 | 修改后密度 | ||
A | 0.7109 | 0.7542 | 6.09 |
B | 0.7287 | 0.6984 | -4.34 |
C | 0.6957 | 0.7100 | 2.06 |
1.1.2 天然气取样点选择不合理造成的计量误差
因为经过加气机质量流量计的压缩天然气，是经过过滤、分离部分高烷烃，经压缩机压缩后的高压天然气再通过分离冷却后，进入脱水装置干燥后的压缩天然气，所以干燥后的压缩天然气密度与进口天然气的密度有一定差别。经过对某几个CNG加气站进出口天然气进行取样分析，得出低压取样引入的误差为0.55%～-0.68%（见表2）。
表2 CNG加气站进出口取样分析密度差别
加气站编号 | 进口密度（kg/m3） | 出口密度（kg/m3） | 引入的计量误差（%） |
A | 0.6928 | 0.6909 | -0.27 |
B | 0.6778 | 0.6732 | -0.68 |
C | 0.6875 | 0.6913 | 0.55 |
1.1.3 CNG加气机功能缺陷引入的误差
由于早期生产的CNG加气机存在缺陷，如有的没有相应的密度设定权限功能，而目前只有C
NG加气机定期周检时才能由检定人员更新加气机上的气源密度，用户不能根据气源变化及时更新加气机上的密度，由此引入了误差，甚至引起计量纠纷。
1.2 天然气压缩因子对计量准确度的影响
加气机给汽车加气的过程中，压缩天然气的压力在不断变化，从开始的最大流量到加气结束时，相应的压力从0.1MPa逐步达到20MPa（最大压力）。由于天然气在不同压力下的压缩因子是变化的，必然影响经过计量并换算成标准状态下的气体体积的准确度。
在理想气体状态方程中引入气体压缩因子Z，得到实际气体状态方程：
pV=ZRT （2）
Tr=T/Tc （3）
pr=p/pc （4）
Tc=Σ(YiTci) （5）
pc=Σ(YiPci) （6）
式中：p为气体绝对压力(MPa)；V为天然气体积（m3）；Z为压缩因子；R为气体常数(J/kg·K)；T为储气温度(K)；Yi为各组分的摩尔百分数(％)；Tci为各组分的临界温度(K)；pci为各组分的临界压力(MPa)；Tr为对比温度(K)；pr为对比压力(MPa)；Tc为混合气体临界温度(K)；pc为混合气体临界压力(MPa)。
以某油田天然气组分为例，按加气站储气井水容积2m3，温度293．15K，气体压力25MPa，计算压缩因子。如表3所示。
表3 某油田天然气组分
气体 名称 | 摩尔百分数（%） | 临界温度（K） | 临界压力(MPa) | 混合气体临界 温度（K） | 混合气体临界 压力(MPa) |
CH4 | 89.5 | 170.57 | 4.07 | 201.72 | 4.54 |
C2H6 | 6.38 | 19.49 | 0.31 | ||
C3H8 | 1.79 | 6.62 | 0.08 | ||
C4H10 | 0.69 | 2.93 | 0.026 | ||
CO2 | 0.32 | 0.97 | 0.02 | ||
O2 | 0.12 | 0.18 | 0.006 | ||
N2 | 0.76 | 0.96 | 0.03 | ||
由(4)式、(5)式得：Tc=201.72(K)，Pc=4.54(MPa)
由(2)式、(3)式得：Tr=1.453(K)， Pr=5．51(MPa)
查气体压缩因子与对比温度、对比压力关系表得：
压缩因子Z= 1.11 (7)
根据(7)式，计算标准状态下的天然气体积。V0= 506.83(m3)
如果不考虑压缩因子，V0= 456.6(m3)，相差9.91％，由此，压缩因子对加气站计量影响很大。
2 进站计量影响因素
原料天然气进站计量为旋进旋涡流量计，常用规格为TDS50B/80B，计量精度为1%。
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