【论文精选】临界流文丘里喷嘴式燃气表检定装置泄漏分析

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作 者： 权亚强，侯雪丹

第一作者单位：成都秦川物联网科技股份有限公司

摘自《煤气与热力》2022年10月刊

参考文献示例

权亚强，侯雪丹 .    临界流文丘里喷嘴式燃气表检定装置泄漏分析 ［J］.    煤气与热力， 2022，42（10） ：B30-B34.

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燃气表

1    检定装置概况

①检定装置组成

临界流文丘里喷嘴式 燃气表 检定装置组成见图 1 ，检定装置由检定气路系统、信息采集系统、操作控制系统和显示系统组成。

图 1    临界流文丘里喷嘴式燃气表检定装置组成

a. 检定气路系统

由大气进口、串联被检表组的进口阀组（由 GL ₁ 、 GR ₁ 组成）及出口阀组（由 GL ₂ 、 GR ₂ 组成）、串联被检表组、滞止容器（装有一组并联且可实现特定流量组合的临界流文丘里喷嘴）、各喷嘴支路阀组、喷嘴支路汇入的背压容器（汇管）、真空泵和大气出口组成。

b. 信息采集系统

由气流参数采集模块和喷嘴校准证书参数采集模块组成。气流参数采集模块实现气流湿度、温度、压力和检测时间等参数的采集，湿度通过大气进口处的湿度传感器 RH 采集，温度和压力由分别设置在串联被检表组的左侧、右侧和滞止容器上的温度传感器和压力传感器采集，检测时间通过晶振采集。喷嘴校准证书参数的采集包含喷嘴喉部直径 d 、雷诺数 Re _d 、流出系数 C _d 等气流参数的采集，是从操作控制系统的校准证书模块采集到的。

c. 操作控制系统

由操作界面、真空泵启停系统、被检表夹装系统、被检表流量参数设置模块、气密性参数设置模块、计量特性要求设置模块、校准证书模块、结果计算与判定模块组成。其中被检表夹装系统由检测台面、进出气口密封圈、连接管路升降装置、动力气路系统及气缸等组成。被检表流量参数设置模块按照检定装置制造商声称的能力设置，气密性参数设置模块按照制造商声称的能力和企业操作水平设置，计量特性要求设置模块按照技术规范和法制计量要求设置，校准证书模块是通过操作人员将证书的校准信息录入操作控制系统的证书模块而实现的，结果计算与判定模块由检定规程或标准要求或合同规定设计。

d. 显示系统

由显示界面、实时数据显示模块等组成。

②检定装置原理

检定装置原理见图 2 ，图中，信息采集系统采集串联被检表组上光电采样器的脉冲数信号 N _i 、脉冲开启信号 S _oi 、脉冲关闭信号 S _ci （包含 12 只表， i=1~12 ）。检定装置运行时，启动真空泵，开启阀门 GL ₁ 和 GL ₂ （或 GR ₁ 和 GR ₂ ）和所需喷嘴支路阀门，空气通过进口阀 GL ₁ （或 GR ₁ ）进入管道，流经串联被检燃气表组，经出口阀 GL ₂ （或 GR ₂ ）流向滞止容器，再从滞止容器的临界流文丘里喷嘴组流向所需支路管道，经喷嘴支路阀进入汇管，从真空泵排出。

图 2    临界流文丘里喷嘴式燃气表检定装置原理

检定时，在相同时间间隔内，气体连续地流过串联被检表组与滞止容器中的临界流文丘里喷嘴支路组成的串联管路系统。当管路无任何泄漏时，根据连续性方程，流过管路任意截面的质量流量相等，所以采用临界流文丘里喷嘴喉部的质量流量作为标准流量对被检燃气表进行检定和校准。

在每只 燃气表 处都安装有差压变送器、光电采样器。差压变送器用于每只燃气表压力损失的测量。光电采样器用于被检燃气表体积的采集，燃气表计数器刻度字轮上有反射点，光电采样器工作时，对刻度字轮上转动的反射点进行光电采样，刻度字轮转动 1 圈，光电采样器就采到 1 次，代表一定的通气量。检定过程中，被检燃气表对应的差压变送器、光电采样器测得的量传送到操作控制系统中进行计算与判定，判定结果传送到 LED 显示，在对应表位上显示误差和压力损失。

2    泄漏原因分析与维护措施

检定装置在工作状态可能泄漏点基本上都属于静密封点，但由于在检定过程中串联管路的被检表接入和卸下的工作特点，使被检表进、出气口管接头与气路系统进气管、出气管连接处经常处于变化状态，给检定装置保持气密性带来一定难度。由于检定装置配套传感器或仪表的检定周期需求，这些配套设备拆出送检和装回检定装置时可能带来泄漏风险。由于检定过程中阀组按需打开和关闭，且经常处于快速开关切换状态，阀组泄漏对检定装置的检定过程也会带来一定风险。

①被检表管接头与气路管道连接处

燃气表 检定机构或燃气表制造商的校准检定工序一般是一组接一组对燃气表进行检定，每组中每一台被检表的进、出气口管接头与气路系统连接处在开始检测时，都要进行细致检查，对不合格的密封圈要进行更换，当检定装置依靠检测台面夹紧表体时，还要对检测台面的平面度和水平度进行检测，以保持检定时表体处于直立状态。日常检定时应采取以下维护措施。

a. 被检燃气表进出气口和表体底平面符合检定装置要求。检查被检表接头上端面平齐度和接头中心距，必要时调整检定装置进出气口接头距离；检查表体底平面并清除颗粒物，如果有垫块应保证垫块上下面平行。

b. 密封圈检查。检查表体进出气口密封端面是否有缺陷，若密封端面受损或存在凸起就会造成密封圈变形受损影响气密性，反复使用可能导致泄漏。应定期更换密封圈，以保证串联被检表组与进出气口结合处的密封性。

c. 清除掉落到密封面的污染物或杂质。被检表管接头与气路管道连接处存在污染物或杂质，可能造成结合面处存在间隙，使密封性能下降造成泄漏。

②气动角座阀

气动角座阀广泛应用于短时间内频繁启闭场合，具有反应迅速、动作灵敏的特点，配合电磁阀使用，用气动控制可准确控制气体、液体流量，实现准确控温等要求 ^{［ 1 ］} 。在使用过程中，气动角座阀也有可能发生泄漏，泄漏原因分析及措施如下。

a. 阀芯使用时间过长，造成阀芯头部磨损腐蚀，可向下调节阀杆以减小空隙。 b. 气动角座阀阀芯周围受到介质腐蚀，应取出阀芯进行研磨，严重时应更换阀芯。 c. 气动角座阀阀内有焊渣、铁锈等污染物堵塞，应拆卸进行清洗。 d. 在长期使用的情况下，角座阀中的弹性密封材料的物理及化学性质都会发生变化，密封材料发生溶解等是角座阀泄漏的重要原因之一。

③法兰

在装置工作过程中，内部的空气介质引起的压力脉动将不可避免地导致管道及连接部位发生小幅振动，造成垫片与法兰密封面的微动磨损，从而降低法兰连接的密封性能 ^{［ 2 ］} 。

④配套设备送检后装回时的气密性检测

当管路系统上所配备的压力传感器、温度传感器拆出送检后重新装回检定装置时，应按照制造商提供的方法对检定装置的气密性进行检测，一般是采用一组容积与燃气表容积相近的标准密封器进行检测。因为检定装置为负压法检定，所以气密性检测时被检管路封闭系统内部压力小于外部环境大气压力，若有泄漏，则大气从外部环境进入被检管路系统内部，导致压力升高，若无泄漏则压力无变化。

3    泄漏率计算公式推导

表 1    密封性检测时各流量点泄漏引起的泄漏率

由上述分析计算可知，针对此台临界流文丘里喷嘴式燃气表检定装置，在密封性检测时各流量点设定泄漏相关指标时均应符合表 1 中的值。

综上所述，在检测过程中，可根据上述方法分析计算装置在各流量点的泄漏率等参数并设定泄漏相关指标，以确保装置泄漏造成的泄漏率在允许的范围内。

4    结语

①介绍负压法临界流文丘里喷嘴式燃气表检定装置的组成和工作原理。对装置泄漏的原因进行分析，提出处理方法及维护措施。

②依据 JJF 1240 — 2010 《临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置校准规范》，提出在考虑检测温度不变、检测时间变化的情况下检测过程中压力变化量限值的计算方法。

③提出泄漏率的计算方法，根据此方法可在实际工作中对不同流量点的泄漏率等进行分析计算并设定泄漏相关指标。

参考文献：

［ 1 ］王洋定，郑智剑 .  阀芯行程对角座阀流量特性影响的数值研究［ J ］ .  液压与气动， 2018 （ 6 ）： 44-48.

［ 2 ］郭岩宝，张政，王德国，等 .  考虑微动磨损的法兰垫片泄漏路径研究［ J ］ .  石油科学通报， 2020 （ 3 ）： 420-428.

（本文责任编辑：刘灵芝）

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