膜式燃?xì)獗響?hù)外掛實(shí)驗(yàn)研究

摘 要

1 前言 鄭州市自1986年開(kāi)始使用天然氣以來(lái)，經(jīng)歷23年的發(fā)展，年供氣規(guī)模已達(dá)到近5億m3，民用戶(hù)近90萬(wàn)戶(hù)。家用燃?xì)獗磉^(guò)去一直采用戶(hù)內(nèi)安裝方式，近幾年為方便用戶(hù)，也為了便于管理、
1 前言
   鄭州市自1986年開(kāi)始使用天然氣以來(lái)，經(jīng)歷23年的發(fā)展，年供氣規(guī)模已達(dá)到近5億m3，民用戶(hù)近90萬(wàn)戶(hù)。家用燃?xì)獗磉^(guò)去一直采用戶(hù)內(nèi)安裝方式，近幾年為方便用戶(hù)，也為了便于管理、防止偷盜氣等原因，鄭州燃?xì)獯罅ν菩袘?hù)外掛表安裝方式，目前戶(hù)外掛表已經(jīng)占有近20%的比例。溫度參數(shù)對(duì)氣體計(jì)量的影響十分敏感，計(jì)量時(shí)的燃?xì)鉁囟仁怯扇細(xì)獾脑袦囟?、表前管道和表體與周?chē)h(huán)境溫度的換熱程度所決定的，表前管道越長(zhǎng)越接近于周?chē)h(huán)境溫度，必然影響到計(jì)量，周?chē)h(huán)境溫度對(duì)計(jì)量的影響有多大？而且，不同廠(chǎng)家不同型號(hào)的燃?xì)獗淼哪囊环N對(duì)溫度的反應(yīng)最為敏感？另外，現(xiàn)已有部分廠(chǎng)家為適應(yīng)戶(hù)外掛表的需求，開(kāi)始推出機(jī)械溫度補(bǔ)償表這一新產(chǎn)品，其計(jì)量效果如何？以上這些問(wèn)題是值得我們進(jìn)行研究的。
2 研究目的
    此次實(shí)驗(yàn)，我們無(wú)意將任何一個(gè)品牌的燃?xì)獗矸殖鲂阅軆?yōu)劣，僅是希望通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)我們能夠?qū)σ韵聠?wèn)題得到解答：
    (1) 選取典型表，經(jīng)過(guò)模擬不同流量點(diǎn)運(yùn)行后，各表的計(jì)量特性有無(wú)變化及特點(diǎn)。
    (2) 以戶(hù)外掛的方式，經(jīng)過(guò)一個(gè)自然年份的溫度變化，各種儀表其計(jì)量結(jié)果的差異。
    (3) 在戶(hù)外不同溫度條件下，各類(lèi)燃?xì)獗淼挠?jì)量特性或誤差。
    (4) 戶(hù)外掛表計(jì)量所造成的燃?xì)赓?gòu)銷(xiāo)差。
3 規(guī)程依據(jù)
《膜式煤氣表檢定規(guī)程JJG577—2005》
4 實(shí)驗(yàn)方法與計(jì)劃步驟
    (1) 實(shí)驗(yàn)氣源壓力，模擬用戶(hù)灶前壓力2700Pa。
    (2) 選取典型表型作為測(cè)試對(duì)象，該典型表應(yīng)十分普及。
表1
生產(chǎn)廠(chǎng)家
規(guī)格型號(hào)
數(shù)量
甲公司
補(bǔ)償表2.5m3/h
4臺(tái)
J型表2.5m3/h
6臺(tái)
乙公司
G型表2.5m3/h
5臺(tái)
改進(jìn)型2.5m3/h
5臺(tái)
    (3) 實(shí)驗(yàn)前，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)所選表具進(jìn)行誤差和重復(fù)性測(cè)試。
    (4) 將被檢表分為A、B、C、D4個(gè)實(shí)驗(yàn)組。每組5臺(tái)表，其中作為參照標(biāo)準(zhǔn)表的一臺(tái)，放入實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，另外4臺(tái)表置于室外表箱，模擬戶(hù)外掛表。
    (5) 使用多路溫度巡檢儀，分別記錄：實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)溫度、戶(hù)外溫度、戶(hù)外表氣體進(jìn)口溫度。
    (6) 測(cè)量每塊表的進(jìn)氣壓力。
    (7) 將流量調(diào)節(jié)裝置設(shè)在戶(hù)外實(shí)驗(yàn)表末端，參照普通居民用氣量，分別將4組實(shí)驗(yàn)表的流量按表2進(jìn)行設(shè)定：
表2
組別
流量(m3/h)
對(duì)應(yīng)流量點(diǎn)
流量選取說(shuō)明
A
0.8
0.2Qmax
模擬家用雙眼灶同時(shí)工作時(shí)的最大流量
B
0.6
0.15Qmax
模擬家用雙眼灶同時(shí)工作時(shí)一大一小火力時(shí)的燃?xì)饬髁?/span>
C
0.4
0.1Qmax
模擬家用雙眼灶只使用單眼時(shí)的最大流量
D
2.5
0.6Qmax
模擬家用雙眼灶與8L燃?xì)鉄崴魍瑫r(shí)工作時(shí)的最大流量
    (8) 每日抄表一次，間隔24小時(shí)，抄表時(shí)間固定為8:30。
    (9) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間2008年12月～2009年11月。
    (10) 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)參加實(shí)驗(yàn)的表再次進(jìn)行誤差和重復(fù)性檢測(cè)
    (11) 數(shù)據(jù)分析。
5 試驗(yàn)組別分類(lèi)
共分為4組，每組表型的配合與代號(hào)見(jiàn)表3
表3 試驗(yàn)組別
組別
戶(hù)內(nèi)表
戶(hù)外表
A
改進(jìn)型2.5
 A0
J型2.5
A1
改進(jìn)型2.5
A2
補(bǔ)償型2.5
A3
G型2.5
A4
B
J型2.5
   B0
J型2.5
B1
改進(jìn)型2.5
B2
補(bǔ)償型2.5
B3
G型2.5
B4
C
J型2.5
    C0
J型2.5
C1
改進(jìn)型2.5
C2
補(bǔ)償型2.5
C3
G型2.5
C4
D
G型2.5
DO
J型2.5
D1
改進(jìn)型2.5
D2
補(bǔ)償型2.5
D3
G型2.5
D4
6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析
6.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
    (1) 溫度統(tǒng)計(jì)
    通過(guò)一個(gè)自然年份的溫度記錄(2008.12～2009.11)，我們得知，在這一年度內(nèi)，日最高氣溫出現(xiàn)在6月25日，37.2℃，日最低氣溫出現(xiàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谀M燃?xì)獗碓趹?hù)外的實(shí)際工作狀態(tài)，由于缺少燃?xì)鈱?shí)際溫度數(shù)據(jù)和燃?xì)馀c周?chē)h(huán)境的熱交換數(shù)據(jù)，故只對(duì)壓力的影響進(jìn)行修正。
    (2) 流量統(tǒng)計(jì)
    由于選取樣本有限，我們?cè)谶M(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)時(shí)，分別對(duì)4種表型的計(jì)量誤差進(jìn)行了修正。我們將流量數(shù)據(jù)按照以月為單位進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。每塊表的累計(jì)流量同本組第一塊表(即參照標(biāo)準(zhǔn)表)的累計(jì)流量相比較，進(jìn)行誤差計(jì)算，并繪制出曲線(xiàn)圖(其中最后一個(gè)點(diǎn)為全年流量總的累計(jì)誤差)。
6.2 數(shù)據(jù)分析
(1) 同種型號(hào)不同流量點(diǎn)的比較，見(jiàn)圖1。
 
    由圖1可以看出，這4種表型在流量不同時(shí)，誤差是不一樣的。總體來(lái)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(guān)，如在第2點(diǎn)(對(duì)應(yīng)1月份)，都有一個(gè)驟然下降過(guò)程，尤其是小流量誤差曲線(xiàn)最為明顯，主要原因是溫度下降導(dǎo)致。同時(shí)也可以看出，小流量時(shí)對(duì)溫度最為敏感，隨著流量的增大，曲線(xiàn)越平緩，對(duì)溫度的敏感度越低，這是一個(gè)值得關(guān)注的現(xiàn)象。
   通過(guò)表4我們看到，補(bǔ)償表在低溫時(shí)確實(shí)具有溫度補(bǔ)償功能，最低不超過(guò)-18%，隨著溫度升高，其僅在溫度最高時(shí)的7月份且在流量點(diǎn)0.15Qmax時(shí)變?yōu)檎`差，其余時(shí)間和各流量點(diǎn)均在零軸以下運(yùn)行。相對(duì)來(lái)說(shuō)，G型2.5型波動(dòng)區(qū)間最大，對(duì)溫度變化最敏感。
表4 4種表型的溫度對(duì)流量的影響
 
J型2.5
改進(jìn)型2.5
補(bǔ)償型2.5
G型2.5
波動(dòng)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(diǎn)不同表型的比較，見(jiàn)圖2。
 
    很明顯，補(bǔ)償表(第3臺(tái)表)相對(duì)普通表曲線(xiàn)波動(dòng)平緩，對(duì)溫度最不敏感，但其流量點(diǎn)的累計(jì)誤差表現(xiàn)的不盡人意。相較而言，改進(jìn)型2.5型表(第2臺(tái)表)的誤差是4種表中最好的，其各流量點(diǎn)的誤差均小于其他3臺(tái)表。同時(shí)也可看出，各表型隨著流量的增大，其誤差呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。
    另外，補(bǔ)償表在0.2Qmax以上流量條件下，隨著溫度升高有背離趨勢(shì)，尤其在春秋季更為明顯，這一點(diǎn)需要向廠(chǎng)家進(jìn)一步了解，分析。
    不同流量條件下對(duì)溫度的敏感度是不一樣的，一年中流量誤差隨溫度波動(dòng)的區(qū)間范圍有很大差別。流量越小，峰谷差越大，對(duì)溫度敏感度越高，流量在0.2Qmax以上時(shí)，對(duì)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(jìn)型2.5
補(bǔ)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(dòng)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?xì)獗淼恼`差特性
    為驗(yàn)證上面的分析結(jié)果，我們將全年根據(jù)氣象學(xué)所稱(chēng)的冬季(10℃以下)、春秋季(1O℃～22%之間)、夏季(22℃以上)劃分為3個(gè)時(shí)間段，并將此時(shí)間段內(nèi)的累計(jì)流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和誤差曲線(xiàn)繪制。
   其中，冬季133天，夏季110天，春秋兩季合計(jì)122天。通過(guò)不同流量條件下繪制的12張誤差曲線(xiàn)圖，結(jié)果見(jiàn)表7、表8、表9，可以得出以下結(jié)論：
    a. 從整體來(lái)講，溫度補(bǔ)償表的曲線(xiàn)相對(duì)于普通表在低溫時(shí)與零軸距離最近，實(shí)際工況下補(bǔ)償效果較好，冬季尤為明顯。同時(shí)也可以清晰的看到，溫度補(bǔ)償表無(wú)論哪個(gè)季節(jié)，誤差始終處于負(fù)值，尤其在春秋季出現(xiàn)與溫度背離，所造成的結(jié)果是流量計(jì)量一直“跑慢”。因此，該類(lèi)表有待技術(shù)改進(jìn)。
表7 冬季誤差
冬季誤差
J型2.5
改進(jìn)型2.5
補(bǔ)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(jìn)型2.5
補(bǔ)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(jìn)型2.5
補(bǔ)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(xiàn)，完全隨著溫度的變化而變化，呈正相關(guān)。春秋季、冬季均為負(fù)誤差，只有夏季為正誤差，與全年的總計(jì)量誤差為負(fù)值相印證，符合氣體對(duì)溫度的變化規(guī)律。
    c. 以上各表型在0.15Qmax流量點(diǎn)時(shí)，不管何種季節(jié)與其他流量點(diǎn)相比均為較好值，值得關(guān)注。
7 結(jié)論
7.1 各類(lèi)表的質(zhì)量比較
(1) J型2.5有跑快趨勢(shì)，6塊表中有1塊嚴(yán)重超差，在0.6Qmax時(shí)為+20%，在0.2Qmax時(shí)為-19%，估計(jì)已經(jīng)損壞。其余5塊在規(guī)定范圍內(nèi)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中共計(jì)發(fā)現(xiàn)2次在緊鄰2天中，突然出現(xiàn)超出正常的峰谷值，之后歸于正常的現(xiàn)象，峰谷值的平均值與前后數(shù)據(jù)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(shì)，5塊表均在規(guī)定誤差范圍內(nèi)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中共計(jì)發(fā)現(xiàn)9次在緊鄰2天中，突然出現(xiàn)超出正常的峰谷值，之后歸于正常的現(xiàn)象，峰谷值的平均值與前后數(shù)據(jù)相比是合理的。主要在0.15Qmax流量條件下發(fā)生。
(3) 改進(jìn)型2.5有跑慢趨勢(shì)，但沒(méi)有G型表明顯，5塊表均在規(guī)定范圍內(nèi)，且誤差特性要好于G型。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中共計(jì)發(fā)現(xiàn)7次在緊鄰2天中，突然出現(xiàn)超出正常的峰谷值，之后歸于正常的現(xiàn)象，峰谷值的平均值與前后數(shù)據(jù)相比是合理的。主要在小流量條件下的春秋季發(fā)生。
(4) 補(bǔ)償型2.5均有跑慢趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中損壞2塊，共計(jì)使用了6塊。各檢定流量點(diǎn)無(wú)論在實(shí)驗(yàn)前后均有超差現(xiàn)象，若使用這類(lèi)表，初次檢定就不合格。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中共計(jì)發(fā)現(xiàn)3次在緊鄰2天中，突然出現(xiàn)超出正常的峰谷值，之后歸于正常的現(xiàn)象，峰谷值的平均值與前后數(shù)據(jù)相比是合理的。主要在大流量條件下發(fā)生。
7.2 各類(lèi)表所造成的計(jì)量偏差影響
目前鄭州市的民用戶(hù)近90萬(wàn)戶(hù)，每戶(hù)每月平均理論用氣量15m3。由于各個(gè)用戶(hù)的用氣習(xí)慣不同，無(wú)法得知其實(shí)際使用天然氣時(shí)的流量參數(shù)，對(duì)此，我們將各流量點(diǎn)的示值誤差進(jìn)行累計(jì)，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(shù)量相當(dāng)。若以這兩種表的平均誤差為0，就得到補(bǔ)償表和改進(jìn)表分別多計(jì)量2.03%和3.33%(見(jiàn)表10)，若更換為此兩種新表型，則平均每戶(hù)每年可多計(jì)量3.7m3和6m3，經(jīng)濟(jì)效果并不明顯。并且，這兩種新型表的計(jì)量性能還不太穩(wěn)定，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)易于損壞和計(jì)量性能突變次數(shù)頻繁現(xiàn)象，質(zhì)量方面有待進(jìn)一步提高。
表10 各類(lèi)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(jìn)型2.5
-9.45%
-2.29%
-4_32%
-2.04%
3.33%
補(bǔ)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(guān)于各型式燃?xì)獗響?yīng)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(qiáng)，流量誤差也最大，所以，經(jīng)常使用小流量的用戶(hù)建議安裝使用1.6m3/h及以下的表型。
隨著天然氣的預(yù)期漲價(jià)，使用燃?xì)鉄崴骰蛉細(xì)獗趻鞝t的用戶(hù)會(huì)相對(duì)減少，轉(zhuǎn)而使用電能、太陽(yáng)能等熱水器，這些用戶(hù)可視為小流量用戶(hù)，因此，推廣使用小流量?jī)x表對(duì)燃?xì)夤臼怯欣摹?/span>
(2) G型2.5型對(duì)溫度變化最敏感，不建議將此型表列入戶(hù)外表，安裝在戶(hù)內(nèi)較為有利，尤其對(duì)大流量用戶(hù)更是如此。
(3) 戶(hù)外掛表的用表選擇
從技術(shù)角度，通過(guò)前面流量誤差的分析，我們認(rèn)為戶(hù)外掛表還沒(méi)有較優(yōu)的選擇。在溫度不同的條件下，各型表在各個(gè)流量點(diǎn)均有優(yōu)缺點(diǎn)，而用戶(hù)的用氣習(xí)慣也是干差萬(wàn)別，那么，在戶(hù)外掛表選型之前，應(yīng)抽取充分的樣本進(jìn)行本地模擬實(shí)驗(yàn)，得到可靠數(shù)據(jù)后再做選擇。
從經(jīng)濟(jì)角度，無(wú)論是補(bǔ)償型還是改進(jìn)型表的價(jià)格肯定要比普通型高，燃?xì)夤咀鳛橐粋€(gè)經(jīng)濟(jì)組織，需要統(tǒng)籌考慮。
 
(本文作者：尚旭 柴峰 付峰利 鄭州華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰?450006)