计量检测技术机构体系及在燃气能量计量中的角色
- 2020/3/19 9:13:42 14053
- 来源：环球表计 作者：王卫
【仪表网 仪表产业】在现有的燃气计量体系中，无论是以体积计量为技术核心、还是以能量计量为技术核心，其本质都是为贸易结算服务的。燃气贸易结算的核心是正确采集用户的燃气使用量，而采集燃气使用量的主要工具就是燃气终端计量器具。
下面，将从燃气计量终端入手，首先介绍目前主要使用的燃气计量终端(燃气表)及其主要的适用对象；然后介绍为保证燃气终端计量器具计量准确性、可靠性，计量技术机构现行的检测体系与计量手段；后，针对能量计量是燃气计量的发展趋势，结合现行的计量技术机构体系与技术手段，简要阐述燃气能量计量所面临的问题与挑战。
天然气计量终端类型
目前燃气的贸易结算方式主要由两种，一是计量燃气的使用体积(体积计量)，二是计量燃气的使用能量(能量计量)。体积计量，顾名思义是直接计量燃气的使用体积，属于直接测量；而能量计量，一般需要测量“燃气体积”与“燃气单位体积的发热量”两个参数，二者相乘后方得终使用热量，属于间接测量。由此可见，无论采用哪种贸易结算方式，燃气体积量都是测量值之一。
目前，燃气的终端用户可分为两类，一类是工商业用户，一类是家庭用户，这两类终端用户的燃气使用场景、使用方式不同，因此采用的燃气计量终端的类型也不同。
工商业用户
工商业用户的天然气使用特点是：燃气流量大、流量稳定，用户数量对比家庭用户较少。因此，对工商业用户进行燃气计量时，一般选用标称流量较大、量程比较宽的燃气计量终端，例如涡轮流量计、罗茨流量计等。
由于工商业用户燃气使用总量较大且流量较高，对燃气计量终端的要求也较高，因此以罗茨流量计为代表的、主要应用于大流量燃气计量场景的燃气计量终端，虽其工作可靠、计量精度较高，但制造、使用成本也较高。
家庭用户
相对于工商业用户，家庭燃气用户的用户基数极为庞大。家庭用户的燃气计量终端的工作特点是流量总量小、流量波动较大。
对于基数庞大、燃气用量相对较小的家庭用户而言，选择一种计量准确、成本低、燃气公司和用户都能接受的计量方式非常重要。
目前，在家庭燃气计量终端领域，占统治地位的仍是已有两百年历史的膜式燃气表。膜式燃气表是典型的容积式燃气计量器具(如下图所示)，其与现行的以“体积”为核心的燃气计量系统配合的很好。经过多年的发展，其机械结构相对简单、工作可靠、成本较低，因而成为应用广泛的燃气表。
目前，膜式燃气表的发展已非常成熟。同时，随着通讯技术的快速迭代，新型电子技术为传统的膜式燃气表插上了互联网的翅膀，膜式燃气表的电子化、物联网化工作不断推进，膜式燃气表的准入门槛也越来越低。随着天然气的不断推广利用，越来越多的厂家进入了膜式燃气表的产业链中。
新进厂家的特点是，为降低设备投入，只研发燃气表远传模块，膜式燃气表本体(称之为基表)实行外部采购，基表已向膜式燃气表的一个关键零部件靠拢。随着越来越多的厂家加入燃气表产业链，相信膜式燃气表的市场竞争将会愈发激烈。同时，随着电子技术的发展和电子零部件成本的降低，以超声波燃气表、热式燃气表为代表全电子式、速度式燃气表飞速发展，其产业链的成熟速度不断加快，且远超预期。
不同于膜式燃气表，超声波燃气表、热式燃气表基本无可动机械部件、零部件较少、结构简单、流道压损较小，设计计量流量范围较大，辅以不断降低的制造成本，大有取代传统的膜式燃气表的趋势。
燃气计量器具计量技术机构检测体系
对于涡轮流量计、罗茨流量计、膜式燃气表等直面用户、处于计量收费第一线的燃气计量终端，依据现有的计量检测体系，对于计量技术机构而言，主要检测手段主要有两个：型式评价、检验。
型式评价，即一个新型(或改进型)燃气表、流量计在投入批量生产前，其原型机需要依据相关型式评价大纲进行试验，试验合格后方可进行批量生产。
检验，即通过型式评价的燃气表、流量计在出厂后， 需要通过计量技术机构的检测，检测合格后方可投入挂载使用。
普通家用膜式燃气表
实行的是到期轮换制度，仅有“使用中检查”要求，没有周期检定的要求。对于涡轮流量计、罗茨流量计等用于工商业用户、大流量燃气计量的流量计，需要进行使用中检查与周期检定工作。依据不同燃气计量器具类型的计量检定规程与计量技术规范，和型式评价、检测、使用中检查、周期检定等手段和措施，共同构成了燃气计量器具的计量校准体系，有效保障了计量器具工作的稳定与可靠。
热式燃气表、超声波燃气表等
对于热式燃气表、超声波燃气表等用于家庭燃气计量、有潜力代替膜式燃气表的计量器具，目前尚正式出台专门针对其的国家检定规程与型式评价大纲，仅有部分地方检定规程与型式评价大纲。对超声波燃气表，其国家检定规程、型式评价大纲将要进入审阅阶段；对热式燃气表，国家检定规程、型式评价大纲已进入立项阶段。
在以热式燃气表、超声波燃气表为代表的新型燃气计量器具迈向产业化的过程中，计量技术机构是面临着相关挑战的。
仅以一个例子来说明计量技术机构所面临的挑战。在 2017 年 5 月 28 号发布实施的《热式气体质量流量计》检定规程中，对于检定气体的要求阐述如下：
检定气体应无游离水或油等杂质存在，且组分或形状与实 际测量介质相近；
气体为天然气时，天然气气质至少符合GB 17820 的要求，天然气相对密度应0.55~ 0.80在检定过程中，天然气的组分应相对稳定，天然气取样应按GB/T13609执行，天然气组成分析应按 GB/T13610执行。
从严格的科学检测角度出发，对热式气体质量流量计检测好使用天然气进行实流标定，方是可靠的计量检测方法。但是，目前能够进行天然气实流标定的计量技术机构占比不大。计量技术机构在新型燃气计量器具的检测校准工作中，类似的挑战不止一个，这需要燃气计量器具生产商、城市燃气公司与计量技术机构共同克服，促进燃气计量产业健康发展。
计量技术机构与天然气能量计量
随着电子技术与相关配套产业的不断发展，天然气能量计量技术手段不断成熟、所需的硬件设备成本也在不断降低，使天然气能量计量的普及成为可能。
2019 年 5 月，国家发改委等四 部委发布《油气管网设施公平开放监管办法》中明确提出，我国将推行天然气能量计量计价，并要求当前不具备条件的相关单位要在两年内建立天然气能量计量计价体系。因此，天然气能量计量是近两年的发展趋势，也是需要落地的计量手段。
从理论上说，能量计量是公平的燃气计量方式，追求计量公平，不仅是国家的要求，更是计量技术机构追求的目标。但是，天然气能量计量在推进过程中，不可避免的会出现一些问题，主要如下：天然气能量计量在推进、并融入计量检测体系的过程中，现有新型燃气表推广中出现的问题，也一定会出现在天然气能量计量中。例如，现有的天然气能量计量的方法，一是需要测量天然气的热值，二是需要计量天然气的体积。因此现行的燃气体积计量中出现的一些问题，例如新式燃气表的认证、推广，计量检定规程与型式评价大纲编撰，在天然气能量计量中体系中仍然存在。
天然气能量计量在燃气产业链的上游段与下游段的应用场景是不同的。天然气能量计量主要应用场景有两个，一是上游大宗货物贸易结算端，二是下游燃气终端。在大宗贸易结算端，由于燃气量较大，实行天然气能量计量所付出的检测成本占据货物值的比例很小，且带来的收益较大，天然气能量计量推广阻力较小，成本基本不受控制；在下游燃气终端，由于直面付费用户，特别是家庭用户，且用户基数大，天然气能量计量检测成本较高，推广阻力较大。
在天然气能量计量推进过程中，需要考虑用户的接受程度。下游燃气终端用户对燃气价格相对敏感，因此在天然气能量计量的效能评估中，不仅要考虑技术上的公平公正，也要考虑用户、燃气计量一线工作人员等方面接受程度，这是比天然气能量计量技术研发更加漫长的过程。
希望天然气能量计量早日落地，实现应用，同时希望计量技术机构在天然气能量计量的推进过程中，扮演更加重要的角色。
作者简介：王卫，博士研究生，2016年7月进入重庆市计量质量检测研究院流量计量检测研究中心工作，目前主要负责各型燃气表的型式评价及检定等工作。
单位简介：重庆市计量质量检测研究院是重庆市政府设置的国家法定计量检定、质量检验、校准测试研究机构，为副局级社会公益型非盈利性事业单位，具有独立的法律地位和第三方公正性，是经国家计量考核和认证的国家法定检测机构。其中，流量计量检测研究中心拥有门类齐全的流量检测装置检测手段，拥有燃气表国家型式评价实验室、水表国家型式评价实验室等一系列资质，是西南地区重要的流量计量器具检测部门。
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