民用膜式燃气表使用寿命及可靠性分析

顾瑞彦 / 上海市燃气设备计量检测中心

民用膜式燃气表使用寿命及可靠性分析

顾瑞彦 / 上海市燃气设备计量检测中心

通过对上海地区正在使用中的各类民用膜式燃气表(以下简称燃气表)进行抽样检测，基本掌握了燃气表在长期使用后其安全性能、计量性能的变化情况；并通过快速模拟寿命试验，推算出各类燃气表理论使用寿命，为上海市研究制定适宜的燃气表法制监管模式提供技术依据。

民用膜式燃气表；实际使用；安全性；计量可靠性；使用寿命

0 引言

燃气表是依法列入《中华人民共和国依法管理的计量器具》目录并列入国家首批重点管理的计量器具之一，是供气企业与燃气用户进行贸易结算的重要依据。据统计，目前本市民用燃气表使用数量在650万台左右，按照JJG 577-2012《膜式燃气表》计量检定规程的要求,民用膜式燃气表的使用执行“首次检定、限期使用、到期轮换”，轮换周期为10 a（介质为天然气）。

至2015年，上海城市燃气已全部完成从人工煤气向天然气的过渡。天然气是一种清洁能源，其气质相对于人工煤气更加洁净，对燃气表的皮膜、计量室等重要零部件的腐蚀程度较小。近几年，随着国内燃气表制造技术的进步及重要零部件选材的不断优化，我国膜式燃气表的产品质量已接近或达到国际先进水平。根据GB/T 6968-2011《膜式燃气表》产品标准中的有关规定，燃气表理论使用寿命已从原来的2 000 h提高到3 000～8 000 h，按照普通居民家庭的实际燃气使用量，燃气表的设计使用寿命可达25 a以上，已远远大于现有技术法规规定的10 a使用期限。该类燃气表若仅仅使用10 a就更换，既增加燃气经营企业经济负担，又造成社会资源的极大浪费。因此对上海地区目前在用的燃气表按照抽样统计的方法，科学抽取一定样本数量，开展安全性能、计量性能试验，掌握燃气表实际可能的使用寿命。在确保使用安全和计量准确的前提下，适当延长燃气表的使用年限，是一项利国、利民、利企的重要法制计量管理创新举措，符合国家倡导的“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，具有重大的社会意义和经济效益。

1 在用燃气表样本的抽样和试验方案

1.1 抽样方案

以上海地区居民在用各类燃气表为抽样对象，经过调研和筛选，共收集了试验用样表987台。抽样方案主要考虑以下几个方面的因素：

1）本次抽样涉及的燃气表制造企业：基本覆盖了上海地区使用的燃气表基表供应商。

2）本次抽取的样表表型：选取的燃气表以居民家庭普遍使用的G2.5为主。

3）本次抽取的样表已使用年限：安装使用已达8 a以上。

4）本次抽取的样表已计量的燃气量：已计量的燃气量达100～4 000 m3不等。

5）样表均为居民用户室内挂表，不涉及商铺及企业用燃气表。

1.2 试验方案

试验过程分为三个阶段。

第一阶段：按照JJG（沪）38-2007《膜式燃气表现场检定规程》的方法，采用标准表比对法，进行现场实流检测（检测用气为管道内天然气）。检测前首先进行密封性检查，检查合格后进行示值误差检测。检测环境温度一般在0～40 ℃之间，检测流量点在0.1qmax～0.2qmax范围内选取一点，通气量一般为50 L。

第二阶段：把经过现场检测的样表撤离管线后送入实验室，在不经过维护保养的情况下，按照JJG 577-2012的要求进行安全性能和计量性能的检测，并分别按照“首次/后续检定/使用中检查”的要求进行合格率统计。检测开始前均进行密封性试验，检测流量点分别为qmax、0.2qmax、3qmin三点，每个检测流量点检测次数为两次。在进行qmax流量点检测时进行压力损失检测。

第三阶段：在第二阶段试验的基础上，筛选一部分各项性能均合格的样表，进行快速模拟寿命试验。根据上海居民年平均用气量进行测算，本次模拟寿命试验通气量按250 m3/a，以后逐年进行试验，并对照检定规程对试验结果进行合格率统计。

2 试验结果的统计、分析

试验结果数据的统计分析如下：

2.1 第一阶段试验结果

所选取的987台燃气表经现场检测，密封性指标全部符合要求。其示值误差分布区间见表1，与其对应的分布折线图见图1。

从表1中可以看出：在0.2qmax流量点下，经现场检测示值误差在±2%以内的有556台，所占比例为56%；示值误差在±3%以内的为765台，所占比例为78%；示值误差在±4%以内的为871台，所占比例为88%。如果按照JJG（沪）38-2007的要求进行判定，即±4%为合格区间，则经现场检测的燃气表合格率可达到88%。不合格的主要原因是示值误差超差（主要是负误差，约占8%）及部分膜式燃气表出现计量故障（如小流量不计量等，约占4%）。

表1 现场测试数据示值误差分布表

图1 现场测试数据示值误差分布折线

2.2 第二阶段试验结果

将已进行过现场检测试验的987台样表送入实验室，分别按照qmax、0.2qmax、3qmin三个检测流量点进行检测。其示值误差分布区间见表2、表3和表4，与其对应的分布折线图见图2、图3和图4。

表2 实验室测试示值误差分布表（qmax流量点）

表3 实验室测试示值误差分布表（0.2qmax流量点）

表4 实验室测试示值误差分布表（3qmin流量点）

在qmax流量点下，从表2中可以看出：示值误差在±1.5%以内的有735台，所占比例为75%；示值误差在±3%以内的有952台，所占比例为97%；示值误差在±4%以内的有969台，所占比例为99%。实验室检测时故障燃气表明显减少的主要原因，是为了保护检测设备通气管路干净整洁，通过强制通气方式将燃气表内残余燃气进行预吹扫，减少了膜式燃气表的运行阻力，提高了灵敏性，使最小流量点的检测合格率明显提高。

对于0.2qmax流量点，从表3中可以看出：检测示值误差在±1.5%以内的有738台，所占比例为75%；示值误差在±3%以内的有928台，所占比例为95%；示值误差在±4%以内的有958台，所占比例为98%。由于JJG（沪）38-2007中要求膜式燃气表的检定流量点应在0.1qmax～0.2qmax范围内选取，则对于0.2qmax流量点应分别采用“现场检定”“首次/后续检定”及“使用中检查”三种判定标准进行分析。按“首次/后续检定”要求，即±1.5%为合格区间，则合格率为75%。按“使用中检查”要求，即±3%为合格区间，则合格率为95%；若按“现场检定”要求，即±4%为合格区间，则0.2qmax流量点合格率为98%，与现场检测结果相比提高了10个百分点。造成检测结果差异的原因主要是实验室检测时环境温度比现场检测控制得更好，检测用标准装置的准确度等级更高，检测时管路系统的压力损失相对较小等，所以测量误差较小，测量结果更加准确。

图2 实验室测试示值误差折线（qmax流量点）

图3 实验室测试示值误差折线（0.2qmax流量点）

图4 实验室测试示值误差折线（3qmin流量点）

对于3qmin流量点，从表4中可以看出：示值误差在±1.5%以内的有430台，所占比例为44%；示值误差在±3%以内的有708台，所占比例为72%；示值误差在±6%以内的有836台，所占比例为89%。按照“首次/后续检定” 要求进行统计,即±3%为合格区间,则合格率为72%；按“使用中检查”要求进行统计，即±6%为合格区间，则合格率为89%。本次试验结果基本验证了机械式计量原理燃气表使用一定时间后，低区流量计量灵敏度下降的普遍特性。

综合第一、二阶段试验结果（见表5），现场检测合格率为88%左右；实验室检测结果，按照“首次/后续检定”的判定标准，合格率在72%左右；按照“使用中检查”的判定标准，合格率在89%左右。“现场检定”与“使用中检查”判定结果相近，合格率均高于“首次/后续检定”的判定结果。

表5 现场检测、实验室检测各个流量点合格率统计汇总表

2.3 第三阶段试验结果

抽取经实验室检测合格的100台样表进行模拟寿命试验，在qmax流量点下，按年用气量250 m3进行模拟寿命试验，并逐年进行安全性能和计量性能试验，最长模拟试验寿命延长使用至10 a，总通气量约2 500 m3。对试验结果按照“使用中检查”要求进行判定，其结果见表6，相应合格率分布折线图见图5。试验过程中，未发现有密封性不合格的燃气表。

从表6中可以看出：对于使用年限已达8 a的燃气表，当快速寿命试验到达10次时（相当于使用18 a），其合格率为91%。使用年限已达9 a的燃气表，当寿命试验到达7次时（相当于使用16 a），其合格率为94%。使用年限已达10 a的燃气表，当寿命试验到达6次时（相当于使用16 a），其合格率为92%。使用年限已达11 a的燃气表，当寿命试验到达6次时（相当于使用17 a），其合格率为92%。使用年限已达12 a的燃气表，当寿命试验到达4次时（相当于使用16 a），其合格率为88%，接近90%。使用年限已达14 a的燃气表，当寿命试验到达2次时（相当于使用16 a），其合格率为88%。

表6 寿命试验合格率统计表

图5 寿命试验合格率分布曲线

通过模拟寿命试验表明，本次抽取的燃气表在模拟使用16 a以后，其密封性未发现泄漏，其中88%的燃气表其计量性能符合国家计量检定规程中“使用中检查”的判定要求。

6 结语

1）上海地区燃气居民家庭使用的膜式燃气表，按照JJG（沪）38-2007进行现场检测，其抽样合格率可达88%；按照JJG 577-2012“后续检定”的技术要求进行实验室检测，其抽样合格率在72%左右；按照JJG 577-2012“使用中检查”的技术要求进行实验室检测，其抽样合格率在89%左右。

2）上海地区燃气居民家庭使用的膜式燃气表，经过抽样模拟寿命试验，约88%的燃气表在使用年限达到16 a后，其计量性能和安全性能符合国家计量检定规程的要求；不合格的主要原因是示值误差超过最大允许误差的要求，其中大部分超差原因属于负偏差；实验过程中未发现密封性等安全性技术指标不合格。

3）根据上海地区目前使用的各类燃气表的质量水平及使用状况，建议通过科学的抽样统计方法，研究制定适合的膜式燃气表使用管理规定，适当延长燃气表的轮换周期，合理节约社会资源，有效保障燃气用户和企业的合法权益是非常必要的。

[1]中国计量协会燃气表工作委员会.GB/T 6968-2011 膜式燃气表[S].北京：中国标准出版社，2011.

[2]全国流量容量计量技术委员会.JJG 577-2012 膜式燃气表[S].北京：中国计量出版社，2012.

[3]上海市质量技术监督局.JJG（沪）38-2007 膜式燃气表现场检定规程[S].上海：上海市质量技术监督局印制，2007.

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[5]崔卫星，虞元元，田俊.关于膜式燃气表现场检定规程修订的几个问题[J].上海煤气，2007（5）：27-35.

[6]郭爱华，崔卫星，罗元海.膜式燃气表的在线检定[C].//第八届工业仪表与自动化学术会议论文集.上海：中国仪器仪表学会2007：726-731.

[7]郭刚，江航成，沈文新.膜式燃气表检定装置在线校准技术研究[J].中国计量大学学报，2016，27（3）：254-257.

Analysis on the actual service life and reliability of the diaphragm gas meters

Gu Ruiyan
（Shanghai Gas Equipment Measuring and Testing Center）

In this paper, we sampled all kinds of the diaphragm gas meter in Shanghai area.Through the analysis, we have mastered the performance change of the diaphragm gas meters after long-term use.Then we carry on the simulation life test to the diaphragm gas meter, and evaluate the theoretical life of various diaphragm gas meter.The purpose is to provide the technical basis for the research and development of the appropriate legal supervision system of the diaphragm gas meter in Shanghai.

diaphragm gas meter; practical use; safety; measurement reliability; service life