CN215294548U - 一种标准表法压缩氢气加气机检定装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种标准表法压缩氢气加气机检定装置，包括大流量加注口、氢气流量计、大流量加氢枪和电控防爆盒；所述大流量加注口通过大流量加注口阀连接到氢气流量计进气端；氢气流量计的出气端通过大流量出气阀连接到大流量加氢枪的进气端，同时通过放空阀连接到放空口；氢气流量计的出气端还连接有压力变送器；大流量加氢枪的排气管路也连接到放空口；所述电控防爆盒采集氢气流量计的流量信号并发送给终端计算机。本实用新型装置结构简单，安装使用方便，能对压缩氢气加气机的计量性能进行现场检定；在检定过程中自动采集数据并计算，减少人为带来的误差，提高了检定的计量准确性；操作过程简单便捷，能够提高工作效率。

Description

一种标准表法压缩氢气加气机检定装置
技术领域
本实用新型涉及气体流量计量检测技术领域，具体为一种标准表法压缩氢气加气机检定装置。
背景技术
计量标准装置一般可采用称量法和标准表法。其中，静态称量法直接读取质量，误差主要来自电子天平，电子天平准确度等级较高，往往现场检定中易受客观条件的限制和影响，操作较为复杂。标准表法计量标准装置是利用标准流量装置作为主标准的装置，利用流体力学连续性原理，将标准流量装置和被检流量装置串联在同一管径的管道上，使流体在相同时间间隔内连续通过标准流量装置和被检流量装置，由标准流量装置和相关参数测量仪表给出标准流量值，与被检流量装置输出的流量值比较，从而确定被检流量装置的技术指标。与采用其它方法的流量计量标准装置相比，标准表法流量计量标准装置具有结构简单、操作方便、工作效率高、易实现自动化、便于运输、成本相对较低和建设周期短的优点，并且可以给出更宽的流量范围，特别适合于现场对流量仪表及流量标准装置的检定，这一点是采用其他方法的流量计量标准装置无法相比的。
氢气是一种清洁、高效的能源，可从水、化石燃料等含氢混合物中制取，是重要的工业原料和能源载体，也是一种理想的传统能源替代物。压缩氢气加气机就是为储氢气瓶提供氢气燃料充装服务，并带有控制、计量和计价等功能的专用设备，一般由氢气流量计、泄漏检测报警装置、气体过滤器、流量调节装置、加氢软管、拉断阀、加氢枪以及电子计控器、辅助装置等组成。压缩氢气加气机作为氢气贸易结算的重要计量器具和依据，其长期运行的稳定性、安全性和计量准确度非常重要。随着国家对燃料电池汽车的推广应用，为了保护普通消费者基本权益，压缩氢气加气机的计量准确问题已经提上日程，压缩氢气加气机需要实施型式批准及强制检定，为了保证压缩氢气加气机型式批准和强制检定的统一性和权威性，需要制定国家检定规程、型式评价大纲以及研制标准表法压缩氢气加气机检定装置，以推动整个氢气加气机商业化运营与技术进步。
随着氢能装备制造技术发展及我国加强民生计量监管指导思想的出台，对压缩氢气加气机要求实施强制检定，对其氢气流量计量准确度提出了更高的要求，特别是要求其计量的最大允许误差为±1.5％，按照国家量值溯源体系的要求，压缩氢气加气机检定装置的计量准确度等级应不大于0.5％。此外，在氢气区域所有的电气设备都要满足符合隔爆型的ExdIICT4或本安型的防爆电气设备要求。
因此，国内外急需研制一种能够解决上述问题的压缩氢气加气机检定装置。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种高度集成、结构紧凑、满足防爆要求、安全、操作方便，且计量准确度等级小于或等于0.5％的标准表法压缩氢气加气机检定装置。技术方案如下：
一种标准表法压缩氢气加气机检定装置，包括大流量加注口、氢气流量计、大流量加氢枪和电控防爆盒；所述大流量加注口通过大流量加注口阀连接到氢气流量计进气端；氢气流量计的出气端通过大流量出气阀连接到大流量加氢枪的进气端，同时通过放空阀连接到放空口；氢气流量计的出气端还连接有压力变送器；大流量加氢枪的排气管路也连接到放空口；所述电控防爆盒采集氢气流量计的流量信号并发送给终端计算机。
进一步的，还包括小流量加注口和小流量加氢枪；所述小流量加注口通过小流量加注口阀连接到氢气流量计进气端；氢气流量计的出气端还通过小流量出气阀连接到小流量加氢枪的进气端；小流量加氢枪的排气管路也连接到放空口。
更进一步的，还包括给电控防爆盒和压力变送器供电的工业车载移动电源。
更进一步的，所述终端计算机为工业笔记本电脑。
本实用新型的有益效果是：本实用新型装置结构简单，安装使用方便，能对压缩氢气加气机的计量性能进行现场检定；在检定过程中自动采集数据并计算，减少人为带来的误差，提高了检定的计量准确性；操作过程简单便捷，能够提高工作效率。
附图说明
图1为本实用新型标准表法压缩氢气加气机检定装置的结构示意图。
图2为标准表法压缩氢气流量标准装置工作原理图。
图3加氢机加注瞬时流量和压力变化图。
图4为加氢机工作原理图。
图中：1-大流量加注口；2-大流量加注口阀；3-小流量加注口；4-小流量加注口阀；5-氢气流量计；6-电控防爆盒；7-终端计算机；8-小流量出气阀；9-放空阀；10-大流量出气阀；11-压力变送器；12-小流量加氢枪；13-大流量加氢枪；14-放空口；15-工业车载移动电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。本实用新型的目的在于提供一种满足防爆要求的标准表法压缩氢气加气机检定装置，其计量准确度等级小于或等于0.5％，以适用于现场对最大允许误差为±1.5％压缩氢气加气机的计量性能进行检定或校准，检定装置结构图如1所示。
所述满足防爆要求的标准表法压缩氢气加气机检定装置，适用于常规的大流量加氢枪、大流量加注口和小流量加氢枪、小加注口两种加氢口径，具体包括大流量加注部分和小流量加注部分。大流量加注部分包括大流量加注口1、大流量加注口阀2、氢气流量计5、放空阀9、大流量出气阀10、压力变送器11、大流量加氢枪13(一般对应型号为TK25)、加氢软管、放空口14。用于连接压缩氢气加气机的大流量加氢枪(一般对应加氢枪型号为TK25)的大流量加注口1，通过加氢管路依次连接大流量加注口阀2、氢气流量计5，氢气流量计5的另一端分别与放空阀9、大流量出气阀10和压力变送器11相连接；放空阀9的另一端和大流量出气阀10的另一端，同时与大流量加氢枪13(一般对应型号为TK25)及加氢软管相连接；放空阀9的另一端还与放空口14相连接。
小流量加注部分包括小流量加注口3、小流量加注口阀4、氢气流量计5、小流量出气阀8、放空阀9、压力变送器11、小流量加氢枪12(一般对应型号为TK16)、加氢软管、放空口14。用于连接压缩氢气加气机的小流量加氢枪(一般对应型号为TK16)的小流量加注口3，通过加氢管路依次连接小流量加注口阀4、氢气流量计5，氢气流量计5的另一端分别与小流量出气阀8、放空阀9和压力变送器11相连接，放空阀9的另一端和小流量出气阀8的另一端，同时与小流量加氢枪12(一般对应型号为TK16)及加氢软管相连接，放空阀9的另一端还与放空口14相连接。
还包括电控系统及数据采集系统，电控系统包括加氢流量计5、电控防爆盒6、笔记本电脑7和工业车载移动电源15。氢气流量计5与电控防爆盒6相连接，通过工业车载移动电源15给电控防爆盒6和压力变送器11供电。电控防爆盒6采集到的氢气流量计5的流量信号通过无线通讯模块与工业笔记本电脑7进行通讯。
整机概述如下：大流量加注口1串联大流量加注口阀2，小流量加注口3串联小流量加注口阀4，然后并联，并联后与氢气流量计5进气端相连接，小流量出气阀8、放空阀9、大流量出气阀10和压力变送器11相互并联，并联后与氢气流量计5出气端相连接。小流量加氢枪12及加氢软管与小流量出气阀8相串联，大流量加氢枪13及加氢软管与大流量出气阀10相串联，小流量加氢枪12的排气管路、大流量加氢枪13的排气管路与放空口14之间相互并联，小流量加氢枪12和大流量加氢枪13内残余的氢气通过排气管路到放空口14进行放空。
电控系统及数据采集系统要满足符合隔爆型的ExdIICT4要求，整机取得相应防爆证书。且整机机壳左右两边各包含2个把手。并且整机还包括四个万向轮，便于装置的拖运。
在检定前要通过加气站的加气机中的氢气对检定装置中的空气进行置换，使整个检定装置的管路系统的介质都为氢气，达到满足检定状态的工作要求。置换流程为：关闭大小流量出气阀和放空阀9，将加气机上的加氢枪插入检定装置中的小流量加注口3或大流量加注口1上，打开小流量加注口阀4或大流量加注口阀2，点击加氢机上的“加气键”给整个装置进行加氢。当压力达到加氢机限定压力时加氢机自动停机，这时从检定装置的小流量加注口3或大流量加注口1上取下加氢机的加氢枪，缓慢打开检定装置上的放空阀9，使其连续均匀的放散，防止放散过快引起摩擦生热，减少安全隐患，连续置换三次，即完成了检定工作前对检定装置的置换流程，达到满足检定状态的工作要求。
检定流程的步骤：
检定装置应可靠接地，通电预热时间不少于30min，然后对检定装置中的空气进行置换，置换流程结束后按照图2方式连接好被检加氢机和检定装置。
对于高压35MPa的加氢机打开小流量加注阀4和小流量出气阀8，关闭检定装置的其余阀门。将加氢机上的加氢枪插入检定装置的小流量加注口3上。同理对于超高压70MPa的加氢机打开大流量加注阀2和大流量出气阀10，关闭检定装置的其余阀门，将加氢机上的加氢枪插入检定装置的大流量加注口1上。
然后将加氢机与检定装置相串联的整个管路系统的压力升至加氢机限定压力，升压结束后，对检定装置相连接的控制系统中的工业笔记本电脑程序中显示的累计量清零，同时对加氢机的累计量清零，将检定装置的加气枪插入车载储气瓶，整个检定管路系统处在一个气压平衡的状态，然后点击加氢机上的“加气键”，期间观察精密压力变送器示值，当高压氢气罐的压力达到流量区要求的终止压力时，停止加气，完成整个加气流程，得到一次完整加气流程的检定数据。检定过程中正常的加氢机加注瞬时流量和压力变化图见图3。
加氢机提供压缩氢气加注服务，一般由氢气流量计、泄漏检测报警装置、气体过滤器、流量调节装置、加氢软管、拉断阀、加氢枪以及电子计控器、辅助装置等组成。加氢机工作原理如图4所示。高压氢气罐中的压缩氢气进入加氢机后，经过气体过滤器、电磁阀和流量调节装置，进入氢气流量计进行计量，然后通过拉断阀、加氢软管和加氢枪，注入高压氢气罐，完成加氢工作。加氢机上的电子计控器自动控制加氢过程，并根据氢气流量计在计量过程中输出的流量信号和压力传感器输出的压力信号等进行运算、显示和控制电磁阀。
检定流量按加氢机的额定工作压力分不同流量区进行试验，分别是R1、R2、R3和R4，每个流量区分别检定3次。各流量区的充装压力控制范围见表1。
表1各流量区的充装压力控制范围
Figure BDA0003075384140000041
Figure BDA0003075384140000051
判定加气机是否合格及准确度等级：根据采集的数据计算加气机示值误差和重复性，判定加气机是否合格，以及合格的加气机的准确度等级。
检定装置的数据采集：
加气完成后，记录加氢机累积流量示值，同时记录检定装置累积流量示值，用公式1计算加氢机的单次测量示值相对误差Eij：
Figure BDA0003075384140000052
式中：(mJ)ij为流量区第j次测量时加氢机面板显示的累积流量示值，kg；(mB)ij为i流量区第j次测量时检定装置的累积流量示值，kg；Eij为i流量区第j次测量的单次示值相对误差，％。
最大允许误差：
1)i流量区3次测量完成后，取3次示值相对误差的平均值作为该流量点的示值误差Ei，见公式2。
Figure BDA0003075384140000053
式中：Ei为i流量区的示值误差，％；n为测量次数，n＝3。
2)取各流量区中示值误差绝对值最大的值作为加氢机的示值误差。
3)加氢机的最大允许误差为±1.5％。
重复性：
1)重复性Er用公式3计算：
Figure BDA0003075384140000054
式中：Eimax为i流量区中单次测量示值相对误差的最大值，％；Eimin为i流量区中单次测量示值相对误差的最小值，％；dn为极差系数(当测量次数n为3时，dn＝1.69)；(Er)i为i流量区的测量重复性，％。
2)取各流量区中重复性最大的值作为加氢机的重复性。
3)加氢机的测量重复性不超过0.5％。
4)检查加氢机的流量范围：质量流量≤7.2kg/min。
5)检查加氢机的额定工作压力为35MPa或70Mpa
6)加氢机的最小质量变量应不大于0.01kg。
加氢机额定工作压力在35MPa时，确定加气机在不同检定流量区的流量示值误差的步骤：取检定R1流量区中加气机流量示值相对误差Ej的绝对值的最大值作为检定R1流量区的流量示值误差E高，取检定R2流量区中加气机流量示值相对误差Ej的绝对值的最大值作为检定R2流量区的流量示值误差E低。
确定加气机重复性的步骤：取检定R1流量区中加气机流量示值相对误差Ej的最大值为E高max，最小值为E高min，则
Figure BDA0003075384140000061
取检定R2流量区中加气机流量示值相对误差Ej的最大值为E低max，最小值为E低min，则
Figure BDA0003075384140000062
Figure BDA0003075384140000063
其中dn为极差系数，n为各检定流量区内采集的数据组数，当n＝3时，dn＝1.69；比较(Er)高和(Er)低，取最大值作为加气机的重复性Er。
加氢机额定工作压力在70MPa时，确定加气机在不同检定流量区的流量示值误差的步骤：取检定R3流量区中加气机流量示值相对误差Ej的绝对值的最大值作为检定R3流量区的流量示值误差E高，取检定R4流量区中加气机流量示值相对误差Ej的绝对值的最大值作为检定R4流量区的流量示值误差E低。
确定加气机重复性的步骤：取检定R3流量区中加气机流量示值相对误差Ej的最大值为E高max，最小值为E高min，则
Figure BDA0003075384140000064
取检定R4流量区中加气机流量示值相对误差Ej的最大值为E低max，最小值为E低min，则
Figure BDA0003075384140000065
Figure BDA0003075384140000066
其中dn为极差系数，n为各检定流量区内采集的数据组数，当n＝3时，dn＝1.69；比较(Er)高和(Er)低，取最大值作为加气机的重复性Er。

Claims (4)

1.一种标准表法压缩氢气加气机检定装置，其特征在于，包括大流量加注口（1）、氢气流量计（5）、大流量加氢枪（13）和电控防爆盒（6）；所述大流量加注口（1）通过大流量加注口阀（2）连接到氢气流量计（5）进气端；氢气流量计（5）的出气端通过大流量出气阀（10）连接到大流量加氢枪（13）的进气端，同时通过放空阀（9）连接到放空口（14）；氢气流量计（5）的出气端还连接有压力变送器（11）；大流量加氢枪（13）的排气管路也连接到放空口（14）；所述电控防爆盒（6）采集氢气流量计（5）的流量信号并发送给终端计算机（7）。
2.根据权利要求1所述的标准表法压缩氢气加气机检定装置，其特征在于，还包括小流量加注口（3）和小流量加氢枪（12）；所述小流量加注口（3）通过小流量加注口阀（4）连接到氢气流量计（5）进气端；氢气流量计（5）的出气端还通过小流量出气阀（8）连接到小流量加氢枪（12）的进气端；小流量加氢枪（12）的排气管路也连接到放空口（14）。
3.根据权利要求1所述的标准表法压缩氢气加气机检定装置，其特征在于，还包括给电控防爆盒（6）和压力变送器（11）供电的工业车载移动电源（15）。
4.根据权利要求1所述的标准表法压缩氢气加气机检定装置，其特征在于，所述终端计算机为工业笔记本电脑。
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