液化天然气(LNG)是天然气经过滤、脱硫、冷却液化等一系列过程处理，温度达到-162 ℃的低温液体，其压力约为0.1 MPa、密度约为426 kg/m3、外观无色透明，如普通自来水，体积为气态天然气的1/625，体积能量密度约为汽油的72%。LNG具备较多的优点，是优质的传统能源替代品，是目前能量需求中全球增长最快的一次能源，与传统的石油类燃料及压缩天然气(CNG)相比，LNG具有便于运输、储存方便、运行压力低、更清洁环保的优点[1-2]。
LNG加气机主要是由低温流量计、加气枪、回气枪、加气软管、回气软管以及电子计控器、辅助装置等组成的完整的LNG累积量测量计量系统。经过多年的持续研究和发展，目前国内LNG加气机技术已经日趋成熟，相关产业链已经形成。本文详细分析了我国LNG加气机量传体系的建设和研究工作，这将有助于促进我国LNG的公平贸易，引导平衡能源消费结构。
目前，主流的LNG加气机工作原理如图 1所示。LNG进入加气机后，根据加气工作状态确定LNG流向：当加气机进行内部预冷循环时，LNG通过控制阀1回流到LNG储罐，加气机不计量；当加气机进行加气流程时，LNG通过控制阀2及加气软管、加气枪给储气容器加气。加气过程中根据需要，将加气机的回气枪插到储气容器的回气口上，储气容器中的余气通过气相流量计回流到LNG储罐，降低储气容器内部压力，保证LNG能够顺利加注到储气容器中。加气机的电子计控器自动控制加气过程，并根据流量计输出的流量信号进行运算，加注到储气容器中的LNG质量为液相流量计的计量值和气相流量计的计量值之差，加气机显示屏显示最终计量值。
理论上，LNG处于标准压力下，其温度为-162 ℃，但在实际使用中，由于LNG的低温特性，与大气环境存在较大的温差，在使用过程中存在升温升压现象。目前，LNG加气机加注出来的LNG温度一般为-140 ℃、压力为1 MPa左右。LNG加气机的计量检定具有重大意义。由于，LNG的低温特性造成LNG加气机在加气过程中，加气管路内外温差较大，在一些极端情况，如新疆等地夏天时的加气管路内外温差甚至可以达到200 ℃，加气机在工作时，加气过程中管路容易出现气化现象，形成气液混合的两相流的情况。类似于多相流的两相流的存在，要准确计量，一直是困扰流量专家的难点。科里奥利质量流量计号称能计量含少量气的液体，针对LNG加气情况，在气液混合比达到一定程度后，计量误差显著增大。因此，LNG加气机的量传体系建立的重点在于加气机技术的研究，优化加气流程、制定国家检定规程及型式评价大纲、完善量值溯源和传递体系建设[3-6]。
根据《计量法》中关于公平贸易的原则，涉及贸易交接的计量器具应依附列入强制检定管理范围，LNG加气机是加气站销售LNG的主要计量器具，涉及贸易交接，因此需要强检管理。在强检管理过程中，需要对LNG加气机进行型式评价、首次检定、后续检定和使用中检验。LNG加气机产业迅速发展，但是由于目前LNG加气机尚无国家检定过程和国家相关标准，处于监管空白区，因此急需解决。
目前，企业生产的LNG加气机主要依据GB/T 20368-2006《液化天然气(LNG)生产、储存和装运》和NB/T 1001-2011《液化天然气(LNG)汽车加气站技术规范》以及各企业制定的企业标准。缺乏国家层面对LNG加气机统一的标准，如部分加气机只配备了单流量计，对回气不计量、主计量标准器因工作流程存在回液管路、主标准器也分科里奥利质量流量计和文丘里管两种等，造成产品良莠不齐。同时，由于LNG加气机国家检定规程的缺失，计量检定技术机构没有相关标准依据来开展强制检定工作，难以实现贸易交接公平性的监督作用。中国测试技术研究院等单位经过大量研究和试验，已经完成了LNG加气机国家检定规程及型式评价大纲的编写，预计2014年上半年待国家相关部门批准后正式实施。有关LNG加气机国家标准已在2013年5月由国家标准委批准，由中国测试技术研究院等单位负责起草实施，目前该工作正按计划进行中。以下就加气机几个关键技术要求做简要说明。
(1) 计量准确度：LNG加气机准确度等级要求不低于1.0级，从目前的现场测试结果来看，90%以上的加气机都满足指标要求。
(2) 流量范围：按照LNG加气机的加注流量，把加气机流量范围分为低流量区和高流量区，10 kg/min≤低区加注流量 < 20 kg/min，20 kg/min≤高区加注流量 < 80 kg/min。检定流量点的选取应满足流量区加注流量的要求。加气机应至少在低流量区和高流量区的检定流量点下分别检定3次。
(3) 付费单位：LNG加气机的付费单位只能采用质量计费，即千克，这样才能与加气站上游供气部门的计量单位相统一。
(4) 周期检定方法：周期检定大部分在各加气站现场进行，考虑到现场的安全性和可操作性，推荐采用标准表法加气机检定装置。
(5) 双流量计加气机：据测算，回气计量最大可达到加气量的10%~20%，加气机的准确度为1.0级，因此不推荐无回气计量的单流量加气机。用于贸易结算的加气机，回气管路必须安装用于计量回气的气相流量计。
(6) 误差调整：加气机应具备计量误差调整功能。对能改变计量性能的重要参数，应采用机械或电子封印以确保加气机参数不能被随意更改。
(7) 检定周期：参照CNG加气机的检定规程，LNG加气机的检定周期不超过半年。
目前，国内外LNG加气机生产厂家一般采用液氮进行LNG加气机出厂试验。对比分析LNG和液氮的理化性质可知，二者饱和蒸汽压、温度范围较为接近，而密度则差异较大。从安全性和技术可操作性方面而言，应用液氮替代法检测LNG加气机和流量计是可行的。但由于液氮和LNG两种介质的理化性质并不完全相同，可能会引起流量计流量测量方面的误差。因此，需要严格控制温度、压力等状态参数，并构建数学模型，以便对测量结果进行修正[7]。
国外，自2010年开始，荷兰国家计量院(NMI)、VSL、德国PTB等12家流量检测技术领先的技术机构组成联合研究小组，开展了LNG计量项目研究工作，计划建立LNG质量法流量原级标准装置，流量范围为5~25 m3/h，目标不确定度为0.05%(k=2)；原级标准装置已于2011年8月在荷兰建成，采用称重法，扩展不确定度为1.07%(k=2)，原理见图 2。显然，该装置不确定度与目标值相距甚远，目前正在作进一步改进[7]。
国内，中国测试技术研究院也正在实施类似荷兰原级标准装置的质量法低温液体流量标准装置的研制，该装置建成后，将用于LNG加气机的溯源问题，可对LNG加气机检定装置和LNG流量计开展检定和校准工作。
中国测试技术研究院计划建设的LNG加气机的最高标准为质量法低温液体流量标准装置，其测量范围≤150 kg/min，不确定度U=0.1%(k=2)，可对LNG加气机检定装置和LNG流量计开展采用低温介质的检定和校准工作；次级标准及工作标准为LNG加气机检定装置，其测量范围≤80 kg/min，不确定度U=0.3%(k=2)，可在现场对LNG加气机开展检定和校准工作。量值溯源和传递框图见图 3。内蒙古、山东等地已出台了LNG加气机的地方检定规程，四川、江苏、贵州等也建立了LNG加气机的计量标准，加气机的检定工作已在全国逐步开展。
由于LNG加气机相关国家标准的缺失，LNG加气机的铭牌标识以及命名等方面存在相对混乱的现象，为了规范市场，急需解决。根据国家有关部门的规划，即将制定LNG加气机法制管理的技术文件。
LNG加气机产业发展迅速，科里奥利质量流量计作为加气机的核心部件，由于技术原因，目前主要被国外公司垄断，如艾默生公司生产的CMF系列质量流量计和Endress+Hauser公司生产的83F低温型质量流量计，由于其价格较贵，限制了LNG加气机在我国的推广应用。因此，对低温流量计的研制有着十分重要的意义，目前国内一些单位正在积极研制适应于低温介质的流量计。
LNG加气机属于贸易交接的计量器具。随着LNG加气机国家检定规程出台，LNG加气机也必然会列入需要强制检定的工作计量器具目录，对LNG加气机依法开展强制检定，将会进一步促进该产业的快速健康发展。
LNG加气机产业目前尚属起步阶段，跟踪国际LNG流量计量研究前沿技术，开展LNG加气机量传体系的建设和研究工作、研制各级标准装置、制定相关技术法规成为当前计量科研工作者相当迫切的研究课题。总的来说，建立我国LNG加气机量值传递和溯源体系的任务还十分艰巨，要克服的技术难题还很多，需要广大计量工作者长期而艰辛的努力，才能促进我国计量科技事业的不断发展。
2014, Vol. 43 Issue (1): 87-90
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