Что такое динамический диапазон счетчика

Рекомендации по выбору преобразователей расхода и установке их на трубопроводах узлов учета тепловой энергии

Ю. Н. Осипов, Дирекция «Энергосбыт» ГУП «ТЭК Санкт-Петербурга»

За минувшие годы перестройки появилось много новых отечественных производителей средств автоматизации и, в частности, приборов для измерения тепловой энергии теплоносителя. Нормативные и технические требования к монтажу средств автоматизации остались на уровне 1985–1995 годов и почти полностью отсутствуют для нового приборного парка, имеющего прямое отношение к учету тепловой энергии.

В нормативно-технических документах ассоциации «МонтажАвтоматика» не рассмотрены технические требования к монтажу приборов КИП, применяемых в узлах учета тепловой энергии. В связи с этим в данной статье предпринята попытка рассмотреть ряд вопросов, связанных с особенностями монтажа пребразователей расхода на трубопроводах, которые могут оказывать существенное влияние на метрологические характеристики приборов и конечный результат измерений, а также приведены рекомендации по выбору типов и моделей преобразователей расхода.

Выбор преобразователей расхода следует производить в следующей последовательности:

1. Определяется динамический диапазон измеряемых расходов в каждом трубопроводе двух- или четырехтрубных схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловым сетям теплоснабжающих предприятий для отопительного и межотопительного сезонов.

2. Определяются требуемые нижние пределы измерения преобразователей расхода по п. 5.2.4 «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя».

3. Определяются скорости потоков для преобразователей расхода, которые удовлетворяют измерение расхода во всем динамическом диапазоне измеряемых расходов.

4. Определяются диаметры условного прохода преобразователей расхода, которые удовлетворяют по допустимым скоростям в трубопроводах для общественных, административно-бытовых и промышленных зданий и помещений.

5. Определяется вид преобразования расхода в электрический сигнал и выбирается его тип.

6. Определяются потери давления на сужениях для каждого преобразователя расхода и сравниваются с предельно допустимыми значениями.

7. Определяется тепловычислитель, алгоритмы которого обеспечивают измерение тепловой энергии для конкретной схемы присоединения в отопительный и межотопительный сезоны.

8. Проверяется наличие действующих экспертных заключений и сертификатов соответствия и об утверждении типа измерения теплосчетчика, тепловычислителя и преобразователей расхода.

9. Производится проверка возможности использования выбранного типа преобразователя расхода в составе выбранного тепловычислителя по его сертификату об утверждении типа средств измерений и экспертному заключению.

10. Проверяется наличие сведений о проведении испытаний на электромагнитную совместимость всех приборов, входящих в выбранную конфигурацию теплосчетчика.

Определение динамического диапазона измеряемых расходов (табл. 1–3)

Динамический диапазон измеряемых расходов определяется для каждого трубопровода узла присоединения с учетом схемы присоединения к тепловым сетям, схемы узла присоединения и схемы летнего горячего водоснабжения.

В случае наличия у потребителя двух и более узлов присоединения от одного ввода следует определять тепловые потери и нормативные утечки в тепловых сетях от общего узла учета тепловой энергии до узлов присоединений и соответственно учитывать эти расходы в расчетах динамического диапазона измеряемых расходов.

Определение динамического диапазона измеряемых расходов на нужды подпитки вторичного контура независимых систем при подключении подпиточного трубопровода после преобразователя расхода следует производить с учетом приведенных ниже условий.

В случае подключения подпиточного трубопровода к трубопроводу горячего водоснабжения после преобразователя расхода (при двухтрубном присоединении) минимальные и номинальные расходы подпиточной воды следует добавить к расходам в трубопроводе Т1 и Т3. Преобразователь расхода, установленный на Т3, должен выдерживать максимальный расход в режиме заполнения системы.

Обозначения:

G_в.min – расчетный расход на систему вентиляции в первичном контуре
при +8°C или полном отключении;

G_{гвс max} – максимальный часовой расход на ГВС;

G_{гвс ср.} – среднечасовой расход на ГВС;

G_ц.гвс – расчетный циркуляционный расход в системе ГВС;

G_н.ут. – нормативные утечки систем отопления и вентиляции;

К – определяется по табл. 2 или по следующей приближенной формуле

В случае подключения подпиточного трубопровода к трубопроводу Т2 до преобразователя расхода (при двухтрубном присоединении) минимальные и номинальные расходы подпиточной воды следует добавить к расходам в трубопроводе Т1.

Способ учета подпиточной воды, приведенный в «Правилах учета тепловой энергии и теплоносителя», является самым нерациональным, т. к. требует наличия дополнительного канала измерения в тепловычислителе и применения высокоточного и широкодиапазонного преобразователя расхода. При этом для корректного измерения разности расхода теплоносителя на Т1 и Т2 требуется установка преобразователей расхода с относительной погрешностью ±1 %, при установке на подпиточном трубопроводе – преобразователя расхода с относительной погрешностью ±2 %. Все это приводит к значительному завышению стоимости узла учета при строительстве и эксплуатации.

Нормативная утечка 0,75 % от объема заполнения открытых систем теплопотребления и тепловых сетей потребителя с зависимым присоединением должна учитываться узлом учета.

Для открытых и закрытых систем теплопотребления с независимым присоединением верхний предел измерения преобразователя расхода на подпитке должен охватывать значения максимального расхода через редукционный клапан (регулятор давления прямого действия «после себя»), пропускная способность которого определяется с учетом нормативной утечки, давления в обратном трубопроводе и в трубопроводе прямой воды вторичного контура до насосов. Минимальный измеряемый расход должен нормироваться как 4 % от максимального расхода.

В случае применения электромеханического реле давления и соленоидного клапана максимальный подпиточный расход определяется его пропускной способностью по коэффициенту Кv. В этом случае минимальный расход не нормируется.

Определение нижних пределов измерения преобразователя расхода

Определение нижних пределов измерения преобразователей расхода следует производить по п. 5.2.4 «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя», т. е. 4 % от максимального расхода в каждом трубопроводе.

В ряде случаев расчетный минимальный расход теплоносителя может быть ниже требуемого нижнего предела измерения. В этом случае требования в сторону расширения нижнего предела измерения должен предъявлять потребитель.

Для двухтрубной открытой зависимой или независимой системы присоединения с циркуляцией горячего водоснабжения преобразователь расхода, установленный на подающем трубопроводе горячего водоснабжения, должен охватывать пределами измерения летний минимальный расход при работе в тупик и зимний максимальный расход при минимальной циркуляции,
т. е. G_{под гвс max} = G_{гвс max} + G_{ц min}.

Для четырехтрубной открытой зависимой системы присоединения с циркуляцией горячего водоснабжения требования к пределам преобразователя, установленного на подающем трубопроводе, такие же.

Нижний предел преобразователей расхода, установленных на Т1 и Т2, должен охватывать расходы теплоносителя при температуре наружного воздуха 8 °C.

Определение допустимой скорости потока теплоносителя и диаметра условного прохода преобразователя расхода

Скорости потока теплоносителя в преобразователях расхода следует определять при максимальных рабочих параметрах для максимального измеряемого расхода в преобразователе расхода.

При определении требуемого условного прохода преобразователя расхода следует учитывать, что скорость потока максимального расхода теплоносителя в преобразователе расхода не должна превышать допустимых значений допустимого эквивалентного уровня звука в помещении (СНиП 2.04.05–91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование»):

— 1,5 м/с для общественных зданий;

— 2 м/с для административно-бытовых зданий;

— 3 м/с для промышленных зданий.

Требуемые пределы измерения преобразователя расхода определяются таким образом, чтобы измерялся минимальный расход теплоносителя по п. 5.2.4 «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя» и максимальный расход в отопительный период.

Требуемые пределы измерения преобразователя расхода определяются для каждого трубопровода одиночного узла присоединения.

В случае организации общего узла учета для двухтрубного присоединения нескольких узлов присоединений требуется учитывать минимальный летний и максимальный зимний расходы.

В ряде случаев невозможно подобрать преобразователь расхода с соответствующими пределами измерения, и требуется установка преобразователя расхода на летний период. В этом случае следует использовать схему установки летнего преобразователя расхода, приведенную на рисунке.

Определение вида и типа преобразования расхода

При определении требуемого вида преобразования измеряемого расхода следует учитывать достоинства и недостатки каждого вида.

В табл. 4 приведены факторы, оказывающие влияние на измерение расхода теплоносителя. При этом следует учитывать фазовое состояние теплоносителя, динамический диапазон измеряемых расходов, требуемую точность измерения и гидравлические потери давления.

В качестве примера в табл. 5 приведены технические характеристики некоторых преобразователей расхода с учетом вида преобразования измеряемого расхода.

Выбор типа преобразователя расхода осуществляется по основным критериям. К ним следует отнести:

— пределы измерения должны охватывать динамический диапазон измеряемых расходов;

— потери давления при измерении максимального расхода должны удовлетворять допустимым значениям.

Остальные критерии являются второстепенными, и их влияние на выбор вида преобразования не значительно.

Определение гидравлических потерь давления в сужении

К учитываемым местным сопротивлениям относятся строительная длина преобразователя расхода, прямолинейные участки трубопровода, переходы, запорная арматура на участке сужения между переходами.

В расчетах гидравлических потерь давления в сужении следует учитывать влияние коэффициента неравномерности распределения поля скоростей при максимальных значениях рабочих параметров теплоносителя.

Определение модели тепловычислителя

Выбор тепловычислителя следует производить с учетом следующих критериев:

— преобразователи расхода должны входить в перечень разрешенных к применению в составе теплосчетчика, а их технические характеристики должны удовлетворять условиям эксплуатации;

— преобразователи расхода, тепловычислитель и теплосчетчик должны иметь действующие сертификаты соответствия со сведениями о проведении испытаний на электромагнитную совместимость, экспертные заключения, сертификаты об утверждении типа средств измерения;

— тепловычислитель должен иметь требуемое количество каналов измерения расхода, температуры, давления и обладать алгоритмами, необходимыми для обеспечения учета тепловой энергии теплопотребляющей установки в отопительный и межотопительный периоды в соответствии с требованиями «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя»;

— комплекты термопреобразователей сопротивления должны входить в перечень преобразователей, разрешенных к применению в составе теплосчетчика, и иметь действующие сертификаты об утверждении типа средств измерения;

— преобразователи давления должны входить в перечень преобразователей, разрешенных к применению в составе теплосчетчика, и иметь действующие сертификаты соответствия и сертификаты об утверждении типа средств измерения;

— межповерочный интервал измерительных приборов тепло-счетчика следует подбирать с одинаковыми значениями.

Монтаж преобразователей расхода

Установку преобразователей расхода на трубопроводах узлов учета тепловой энергии следует производить в соответствии с согласованным рабочим проектом, действующими правилами, нормами, инструкцией по эксплуатации изготовителя и техническими требованиями к монтажу сборочного узла измерительных участков преобразователя расхода (СУ).

Технические требования должны содержать сведения о допусках непараллельности, неперпендикулярности и несоосности деталей СУ.

Сварку стыковых швов соединений типа «концентрический переход – прямолинейный участок» и «прямолинейный участок – плоский фланец» следует производить по техническим требованиям к монтажу сборочного узла в соответствии со сборочным чертежом, в котором должны быть представлены сведения о толщине стенок и наружном диаметре прямолинейных участков и концентрических переходов, а также требования к разделке кромок под сварку. Предъявление сертификатов соответствия для деталей в эксплуатационной документации обязательно. Соединения типа «труба в переход» и наличие ступеньки между внутренними диаметрами преобразователя расхода и прямолинейного участка недопустимы.

Преобразователи расхода и присоединительные детали должны иметь отверстия, подготовленные для пломбирования в целях исключения несанкционированного демонтажа.

Переходы конфузорно-диффузорного типа должны иметь сборочный чертеж, технические требования на изготовление и монтаж, акт испытаний на прочность с применением методов неразрушающего контроля. Технические требования на изготовление должны содержать сведения о чистоте обработки внутренней поверхности изделия и продольных швов, эллипсности, неперпендикулярности, непараллельности, разделке торцов и кромок в соответствии с требованиями действующих стандартов, а также о способе монтажа.

Длина прямолинейных участков должна соответствовать требованиям инструкций по эксплуатации изготовителя с учетом влияния ближайшего местного сопротивления.

Наличие выступающего грата на продольных и поперечных сварных швах сборочного узла недопустимо.

В качестве материала для изготовления прямолинейных участков удобно применять трубы стальные бесшовные холоднодеформированные по ГОСТу 8734–75. В качестве составных переходов следует применять кованые стальные переходы по ГОСТу 22826–83, для одиночных переходов – по ГОСТу 17378–01 исполнения 1 или 2.

В случае применения одиночных переходов исполнения 2 длина прямолинейных участков должна быть увеличена в соответствии с рекомендациями изготовителя для местного сопротивления данного типа. Для переходов исполнения 1 допускается сохранение минимальных длин, т. к. угол раскрытия переходов находится в интервале (7–20)° в зависимости от их длины.

В случае применения комплекта переходов конфузорно-диффузорного типа с продольными сварными швами, каждый комплект должен иметь акт о прохождении термообработки по режиму нормализации как детали, подвергавшиеся пластической деформации при температуре ниже 70 °C. В акте следует указывать номера комплектов, прошедших термообработку, и полное отсутствие сварного грата.

При установке преобразователей расхода на сужении следует фиксировать трубопровод до и после сужения на неподвижных опорах с одинаковой отметкой для исключения искривления измерительного участка в результате ослабления трубопровода.

Измерительный участок, переходы и отборные устройства для измерения температуры необходимо изолировать тепловой изоляцией с составлением акта скрытых работ. В акте следует указывать:

— тип и толщину тепловой изоляции;

— тип, наружный диаметр, толщину, длину трубопроводов измерительных участков;

— тип, диаметры, толщину, длину конических переходов;

Источник

К.т.н. А.А. Минаков, член Совета НП «Метрология Энергосбережения»,
генеральный директор ЗАО «ПромСервис», г. Димитровград;
А.В. Чигинев, технический директор, ОАО «ТЕВИС», г. Тольятти

Расходомеры сегодня устойчиво ассоциируются с коммерческим учетом тепловой энергии, холодной и горячей воды. Естественно, что все основные характеристики этих приборов, в первую очередь, должны рассматриваться с точки зрения решения задачи коммерческого учета. Учет энергоресурсов и называется коммерческим только потому, что он является основой для взаимных расчетов между поставщиком и потребителем, рынок тепло-, водоснабжения невозможен без учета [1].

При выборе приборов учета потребителем рассматриваются технические (надежность, долговечность, возможность обслуживания и т.д.), метрологические (точность, динамический диапазон, межповерочный интервал), экономические (стоимость прибора, стоимость владения) характеристики. Все эти характеристики взаимосвязаны, т.к., например, достижение высоких технических и метрологических характеристик обычно повышает стоимость прибора и стоимость его обслуживания, включая поверку.

Рассмотрим более подробно основные метрологические характеристики:

Причем речь обычно идет одновременно обо всех характеристиках, да еще и в сочетании со стоимостью.

В этой гонке зачастую выходят за пределы разумного, забывая о том, что улучшение одной характеристики может привести к ухудшению другой; о физических процессах, происходящих в реальных условиях; наконец, о том, что у каждого метода измерения есть свои, естественные ограничения, преодолеть которые не под силу даже при идеальном качестве продукции [2]. Естественно, с повышением метрологических характеристик повышается и стоимость приборов учета.

Потребители приборов, в общем-то, «повелись» на предложение производителей приборов, не очень-то задумываясь: «А какие значения метрологических характеристик им нужны? Какие из характеристик важнее для коммерческого учета? Нет ли тут какого-то подвоха?». Попробуем проанализировать необходимые значения всех перечисленных характеристик.

Существуют серийно выпускаемые электромагнитные расходомеры (практически у всех производителей) с диапазоном 1:1000.

Есть информация о диапазонах до 1:5000.

А в каких диапазонах реально эксплуатируются преобразователи расхода?

В ОАО «ТЕВИС» накоплены данные за более, чем 20 лет эксплуатации приборов более, чем на 1000 объектов. Результаты обработки накопленных данных показывают, что динамический диапазон при измерении расхода в циркуляционных системах отопления и ГВС ни разу не превысил 1:13. Проект новых не утвержденных пока «Правил учета. » предписывает соблюдение динамического диапазона расходомера не менее 1:50, т.е. примерно в 4 раза шире, чем требуется в действительности. Аналогичное требование включено в проект «Методических рекомендаций по организации учета и автоматического регулирования.» от НП «Российское теплоснабжение».

Межповерочный интервал (МПИ)

Казалось бы, здесь все ясно. Чем дольше сохраняются заявленные метрологические характеристики (точность, диапазон), тем лучше.

МПИ у большинства производителей расходомеров воды не менее 4-х лет на все типы датчиков расхода.

Вопрос: «А все ли типы датчиков расхода способны сохранять заявленные метрологические характеристики в течение этого срока [2,]?»

Давно считается общеизвестным, что у тахометрических датчиков расхода точность и динамический диапазон быстро снижаются в процессе эксплуатации.

Очень сильно зависят от условий и продолжительности эксплуатации эти характеристики и для электромагнитных расходомеров.

Нам в ЗАО «ПромСервис» попадались электромагнитные датчики расхода воды, систематическая погрешность которых за 3 года возросла более чем на 30% (на столько они при этом уменьшали реальный расход). И только вихревые и ультразвуковые расходомеры подтверждали свои метрологические характеристики в заявленном МПИ.

Именно поэтому в качестве образцовых средств при поверки методом сличения в ЗАО «ПромСервис» используются вихревые датчики расхода ВЭПС-М с индивидуальной градуировкой [4].

Росстандарту надо быть внимательнее и требовательнее при утверждении типа на расходомеры с МПИ больше 1 года и требовать реальных подтверждений сохранения метрологических характеристик в течение длительного времени.

Точность (погрешность)

При огромных объемах поставляемых энергоресурсов погрешность измерения расхода воды не только ±2% (допустимые сегодня), но и ±1% приводят к очень значимым погрешностям при оплате энергоресурсов.

Реальное же повышение точности измерения расхода теплоносителя и воды (например, до ±0,5%) возможно только при малом значении динамического диапазона и снижении межповерочного интервала.

Выводы

1. Повышение динамического диапазона при измерении расхода теплоносителя больше, чем 1:25 нецелесообразно из-за отсутствия в действительности такого диапазона расходов в реальных сетях теплоснабжения и ГВС.

2. Межповерочный интервал более 1 года требует длительного экспериментального подтверждения, без которого его нельзя считать обоснованным.

3. Для повышения точности расчетов за энергоресурсы необходимо повышение точности измерения расхода воды.

Литература

2. Минаков А.А. Естественные ограничения метрологических характеристик преобразователей расхода воды, накладываемых методом измерений. / Сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции «Энергоресурсосбережение. Диагностика-2006». г. Димитровград. 2006 г. С. 100-105.

4. Гайнутдинов З.Х. Проливная установка ЗАО «ПромСервис». / Сборник материалов IX Международной научнопрактической конференции «Энергоресурсосбережение. Диагностика-2007». С. 67-73.

Источник