孫俊芳 陳婷婷 王勛 柴家鳳 田斯赟

（北京市燃氣集團有限責任公司，北京 100035）

0 引言

民用膜式表是目前國內(nèi)外燃氣行業(yè)普遍使用的表型，是列入國家強制檢定計量器具目錄的產(chǎn)品。由于燃氣表是一種機械儀表，采用體積式的計量原理，因此燃氣表測量單元的材質(zhì)、移動部件的機械磨損很可能受其使用期限的影響，繼而影響燃氣表的計量性能。按照膜式燃氣表檢定規(guī)程JJG 577—2012《膜式燃氣表》要求，最大流量小于或等于10 m3/h 的燃氣膜式表只作首次強制檢定，限期使用，到期更換，同時要求以天然氣為介質(zhì)的燃氣膜式表使用期限一般不超過10年。

伴隨著燃氣業(yè)務的快速擴張，對民用膜式表的需求大規(guī)模增加，北京地區(qū)在用的民用膜式表和以民用膜式表為基表的各式智能燃氣表總數(shù)已超過650 多萬臺?！耙蕴烊粴鉃榻橘|(zhì)的燃氣表使用期限一般不超過10 年”的規(guī)定最早見于JJG 577—94《膜式燃氣表檢定規(guī)程》，至今已過20 多年，在此期間，制造技術(shù)水平和材料性能得到了質(zhì)的提升，國內(nèi)燃氣表壽命得到了較大延長，根據(jù) GB/T 6968—2019《膜式燃氣表》產(chǎn)品標準中的有關(guān)規(guī)定，膜式燃氣表的耐久性已經(jīng)由原來的2 000 h 提高到5 000 h，按膜式燃氣表的0.2 倍的最大流量1.2 m3/h 計算，燃氣表理論使用量可以達到6 000 m3，按照普通居民家庭的每戶每年的使用量為300 m3天然氣，燃氣表的設(shè)計使用壽命可達20 年以上。

這意味著即使到達輪換周期后，仍然有大量在用燃氣表質(zhì)量性能完好。這種“一刀切”式的更換規(guī)定，增加了舊表拆卸處理、新表購置安裝等一系列繁重的工作，不僅人力、物力成本巨大，也不利于節(jié)能降耗。因此，民用膜式表在滿足首次檢定的計量性能要求后，仍有必要探討民用膜式表在長達20 年的使用過程中，不同使用年限內(nèi)是否都能滿足檢定規(guī)程對其計量性能的要求，尤其是對于使用超過10 年以上的民用膜式表在其計量性能和安全性能方面的研究。

目前能查閱到的相關(guān)文獻資料，大多數(shù)都是針對使用年限在10 年以內(nèi)民用膜式燃氣表的計量性能的研究[1-3]。本文將通過對在用民用膜式表的抽樣檢測，并且重點抽取使用年限在10 年以上的民用膜式燃氣表，研究分析在用民用膜式表技術(shù)狀態(tài)的變化趨勢，尤其是計量性能的變化趨勢，以期確定民用膜式表的最佳工作年限，同時對北京地區(qū)超過10 年使用期限的在用民用膜式表的技術(shù)狀態(tài)有一個全面的掌握，為在用民用膜式表的技改周期提供技術(shù)決策支持。

1 在用民用膜式燃氣表樣本的抽樣

本研究以北京地區(qū)在用民用膜式燃氣表為抽樣對象，經(jīng)過調(diào)研和篩選，針對不同使用年限的G4 型在用民用膜式燃氣表進行了簡單隨機抽樣，抽取不同使用年限的膜式燃氣表樣本總數(shù)共計1 625 臺。不同使用年限的膜式燃氣表抽樣數(shù)量見表1。

表1 不同使用年限G4型膜式燃氣表樣本分布

2 在用民用膜式燃氣表的測試流程

本研究采用音速噴嘴流量測量標準裝置對所有膜式燃氣表進行測試，測試設(shè)備為1 臺海鹽美捷測試儀器公司制造的12 工位音速噴嘴燃氣表專用檢測臺，該檢測臺系統(tǒng)不確定度為0.5。具體測試流程如圖1。

圖1 在用民用膜式燃氣表檢測流程圖

具體測試流程為：首先，從居民用戶家中拆下在用表，運輸?shù)街付ǖ攸c，按類型和品牌分類放置。然后，逐一依次對每臺樣本表進行吹掃、置換燃氣后，嚴格按照JJG 577—2012《膜式燃氣表檢定規(guī)程》的相關(guān)要求，依次進行外觀檢驗、密封性檢驗。最后，對前兩項檢驗合格的表通過檢測臺進行流量點檢驗，每只燃氣表在3 個流量點(qmin、0.2qmax、qmax)下分別進行3 次檢驗，并以3 次測量示值誤差的算術(shù)平均數(shù)作為燃氣表示值誤差統(tǒng)計分析的依據(jù)。

由于測試的樣本表是在用表，表內(nèi)容易殘留雜質(zhì)，因此在檢驗過程中需要定期對測試裝置進行維護。

3 在用民用膜式燃氣表測試結(jié)果統(tǒng)計與分析

依據(jù)JJG577—2012《膜式燃氣表檢定規(guī)程》規(guī)定的在用膜式燃氣表合格率判斷條件[4-5]，本研究分別從3 個流量點(qmin、0.2qmax、qmax)下的示值誤差、外觀、密封性3 個方面判斷在用膜式燃氣表技術(shù)狀態(tài)，并按照GB/T 6968—2019《膜式燃氣表》和JJG 577—2012《膜式燃氣表檢定規(guī)程》，根據(jù)使用中的B 級膜式燃氣表的流量q 在qmin≤q ＜0.1qmax時其最大允許相對誤差為±6%，在0.1qmax≤q ≤qmax時其最大允許相對誤差為±3%，來判定在用民用膜式表的計量示值誤差的合格率。

在測試過程中，通過對每一塊樣本表依次進行吹掃燃氣置換、外觀檢驗、密封性檢驗、流量點檢驗等測試后發(fā)現(xiàn)，有密封性不嚴產(chǎn)生漏氣、過氣不走字等情況。

根據(jù)以上情況，本文將民用膜式表分為三類，分別是可測試表（正常可以上線測試的表）、漏氣表、不走字表。具體數(shù)量分布如表2。

表2 不同類型表不同使用年限具體數(shù)量分布匯總

根據(jù)表2 可以看出，不走字的表為20 臺，其中60%都是使用年限在20 年以上的。同時，通過密封性檢驗，還發(fā)現(xiàn)密封性不嚴產(chǎn)生漏氣的表為137 臺。最后可測試表的樣本表為1 468 臺。

3.1 在用民用膜式燃氣表的安全性能

本研究發(fā)現(xiàn)的漏氣表，是指在實驗室測試臺上進行密封性實驗時存在漏氣情況，而被拆之前在用戶家中并未發(fā)現(xiàn)漏氣，通過對漏氣的原因進行分析，認為這部分表應該是在拆卸、搬運過程中造成了密封性損壞。

從圖2 中可以看出，使用年限15 到20 年的漏氣表占比30%，使用20 年以上的漏氣表占比為55%，兩者合計占比85%。雖然拆表前在用戶家沒有發(fā)現(xiàn)漏氣，但是拆后使用15 年以上的表漏氣現(xiàn)象占比較多，說明使用年限超過15 年以上的膜式燃氣表，其安全性仍需要進一步檢驗。

圖2 漏氣表隨使用年限的占比

3.2 在用民用膜式燃氣表的合格率

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計中的伯努利大數(shù)定律，當抽樣樣本數(shù)量足夠大時，可用事件的頻率近似代替事件出現(xiàn)的概率[6]。因此，在對1 625 只膜式燃氣表進行大樣本隨機抽樣檢驗的情況下，可認為抽樣樣本中膜式燃氣表的合格率（即檢驗合格的燃氣表的數(shù)量與相應樣本總數(shù)之比）近似等于相應情況下所有在用膜式燃氣表的合格率。

經(jīng)過統(tǒng)計分析，得到相應情況下在用民用膜式燃氣表的3 個流量點的合格率。其中，使用時間分別為10 年以內(nèi)、10 年（含10 年）到15 年、15 年（含15 年）到20 年、20 年（含20 年）以上的膜式燃氣表的合格率如表3 所示。

表3 在用民用膜式表三個流量點的合格率統(tǒng)計分析

從圖3 可以發(fā)現(xiàn)，隨著燃氣膜式表的使用年限的增加，其qmax、0.2qmax、qmin流量點的合格率呈現(xiàn)逐漸降低。膜式燃氣表在使用10 年內(nèi)，其各流量點的合格率都在90%以上。膜式燃氣表在使用15 年后，其qmax、0.2qmax流量點的合格率降幅很大，其中qmax流量點的合格率由88.54%降到44.05%；0.2qmax流量點的合格率由89.32%降到65.68%。qmin流量點的合格率降幅不明顯。

經(jīng)過統(tǒng)計分析，得到不同使用年限下在用民用膜式燃氣表3 個流量點全部合格的整體合格率如表4所示。

表4 在用民用膜式表不同使用年限的整體合格率

從圖4 可以看出，隨著使用年限的增加，在用民用膜式燃氣表各使用年限段的整體抽樣合格率在降低。當使用年限超過15 年，合格率急劇下降。合格率由80.21%降低到35.41%。

圖4 在用民用膜式燃氣表不同使用年限的整體合格率折線圖

3.3 在用民用膜式燃氣表表底數(shù)與平均示值誤差的關(guān)系

表底數(shù)為本次檢測的膜式燃氣表各自的累積流量，E 平均是指本次檢測各表所有檢測點示值誤差的算術(shù)平均值。膜式燃氣表E 平均隨表底數(shù)變化關(guān)系如圖5 所示。

圖5 膜式燃氣表E 平均隨表底數(shù)的變化規(guī)律

從圖5 可以看出，膜式燃氣表的表底數(shù)主要集中6 000 m3以內(nèi)，膜式燃氣表E 平均主要集中在-6%到+6%之間。膜式燃氣表在表底數(shù)8 000 m3以內(nèi)，隨表底數(shù)的增加，E 平均擬合曲線基本維持在0 軸上。

3.4 在用民用膜式燃氣表相對示值誤差的數(shù)學期望和標準差

通過計算在用民用膜式燃氣表相對示值誤差的數(shù)學期望和標準差[3,6],得到不同使用年限的膜式燃氣表3 個流量點的相對示值誤差的數(shù)學期望和標準差的最佳估值如表5 所示。

表5 不同使用時間的膜式燃氣表相對示值誤差的數(shù)學期望和標準差的最佳估值

從表5 可以看出，隨著燃氣膜式表的使用年限的增加，其相對示值誤差的數(shù)學期望和標準差的最佳估值的絕對值都在增大，尤其是15 年到20 年區(qū)間的燃氣膜式表，其qmin流量點的σest 值到了41.94%，說明其離散化很大了。其0.2qmax和qmax流量點的μest 值都超出了JJG 577—2012《膜式燃氣表檢定規(guī)程》規(guī)定的0.1qmax≤q ≤qmax時其最大允許相對誤差為±3%。

4 結(jié)論及建議

1）北京地區(qū)燃氣居民家庭使用的膜式燃氣表，經(jīng)過抽樣檢驗試驗，使用10 年內(nèi)的膜式燃氣表，其檢定合格率基本都在90%以上；膜式燃氣表在使用10到15 年之內(nèi)，其檢定合格率基本都在80%以上，由此說明80%的在用膜式表性能符合國家計量檢定規(guī)程的要求，可以繼續(xù)使用，如果全部更換，勢必造成極大浪費。在用膜式燃氣表在使用15 年以后，其檢定合格率下降幅度較大，接近70%的在用膜式表不符合國家計量檢定規(guī)程的要求，需要更換。

2）根據(jù)北京地區(qū)目前使用的膜式燃氣表的質(zhì)量水平及使用狀況，建議通過科學的抽樣統(tǒng)計方法，并結(jié)合居民用戶整體報修率及漏氣率，對表具進行安全性評估，適當延長膜式燃氣表的輪換周期，合理節(jié)約社會資源，為實現(xiàn)我國“碳達峰”目標做貢獻。