Установка приборов учёта тепловой энергии

1. Общие сведения о приборах учета тепловой энергии и теплоносителя

Приборы учета тепловой энергии в профессиональном применении называются – теплосчетчики.

Теплосчетчики состоят из двух функциональных блоков: тепловычислитель и датчиков (расхода, температуры и давления теплоносителя).

Тепловычислитель – это электронный процессор, предназначенный для обработки аналоговых, импульсных и цифровых сигналов, в зависимости от типа применяемого датчика и преобразования их в цифровой сигнал с заданным алгоритмом для вычисления тепловой энергии(определяемым схемой теплоснабжения), индикации и хранения (архивации) в энергонезависимой памяти прибора параметров теплового потребления.

Датчики расхода – это первичный элемент теплосчетчика задающие его технические характеристики.

В качестве датчика  может применяться самостоятельный прибор — расходомер, в корпус которого встроен преобразователь расхода (ПР), либо первичный (ППР), работающий с определенным тепловычислителем.

Датчик расхода формирует выходной сигнал (импульсный, токовый), обрабатываемый вычислителем,  вход которого согласован с выходными сигналами устройства.

Вторичный преобразователь представляет собой электронный блок. Первичный и вторичный блок  бывает конструктивно объединен, есть варианты раздельного исполнения.

Тип измерения теплоносителя может быть электромагнитный, ультразвуковой, вихревой и т.д. Соответственно по типу принято называть теплосчетчик электромагнитным, ультразвуковым, вихревым.

Измерение объемного потока теплоносителя и вычисление массового расхода производится на основе измерения температуры и плотности.

Датчики температуры применяемые в составе теплосчетчика представляют собой пары термосопротивлений подобранные по метрологическим характеристикам, которые подключатся в зависимости от схемы, а тепловычислитель измеряет величины активного сопротивления, компенсацию погрешностей, вносимых линиями связи, и вычисление температуры теплоносителя.

Датчики давления не всегда находят практическое применение в измерении, т.к. обязательной является только регистрация этого параметра на источниках тепловой энергии и у потребителей с открытой системой теплового потребления. Тепловычислитель обычно согласовывается с  этими датчиками через унифицированный токовый выход 4..20, 0..20 или 0..5мА

Для определения удельной энтальпии теплоносителя необходимо обязательно снимать параметры давления и температуры

Номенклатура применения теплосчетчиков в узлах учета тепловой энергии довольна широка. Выбор теплосчетчика остается за Заказчиком, исходя из проектных решений, анализа и эксплуатации на конкретных объектах.

2. Датчики расхода теплоносителя

Применяемые способы измерения расхода теплоносителя:

Один из самых распространенных является метод переменного перепада давления зависящих от типа сужающего устройства и диаметра трубы.

На многих объектах применяются расходомеры переменного перепада давления на сужающих устройствах (диафрагма, соплах, трубах Вентури). Они обладают рядом преимуществ основными из которых являются высокая надежность вычисления расхода и низкая зависимость качества измерений от физико-химических свойств измеряемой жидкости.

Однако эти приборы имеют недостатки: высокое гидравлическое сопротивление потоку жидкости, оказываемый первичным преобразователем, узкий динамический диапазон, нелинейность характеристик, необходимость демонтажа для ежегодной поверки, сложность монтажа и эксплуатации, требуемые длинные прямые участки трубопровода до и после места установки первичного преобразователя. Поэтому применение этих расходомеров становятся менее практичными в сравнении с преимуществами использования современных приборов других типов.

На трубопроводах большого диаметра для учёта расхода наиболее перспективными являются ультразвуковые расходомеры. Именно они вытесняют традиционные приборы переменного перепада давления.

Данные приборы обладают следующими преимуществами: не создают гидравлического сопротивления потоку жидкости, имеют широкий динамический диапазон и высокую линейность измерений, обладают высокой точностью,надежностью,  поверяются беспроливными (имитационными) методами без демонтажа с трубопровода.

Ультразвуковым расходомерам необходимы длинные прямые участки, высокоточные линейные измерения монтажа, чувствительность к “завоздушиванию” среды, восприимчивость к состоянию внутренней поверхности трассы (если применяются накладные датчики расхода).

Разработка многолучевых ультразвуковых расходомеров позволило сократить длины прямых участков, изготовление измерительных участков в заводских условиях исключает необходимость выполнения высокоточных линейных измерений монтажа трубопровода, возможность выбора между врезными и накладными датчиками позволяет учесть состояние внутренней поверхности трубопровода.

Основные крупные отечественные производители приборов является ЗАО “Днепр-7” (Сергиев-Посад),  АО “Центрприбор” , “Альбатрос Инжиниринг РУС” , НПП “Сигнур” (Москва).

Выделим следующие основные методы ультразвуковых измерений: временной, корреляционный, частотный, фазовый, доплеровский.

Временной метод вычисления построен на излучении в акустический канал расходомера, расположенный под углом к вектору скорости движения  жидкости, ультразвуковых сигналов по направлению потока и против него. Измеренная разность времен прохождения сигналов определяется скоростью потока жидкости. Данный способ измерения получил наибольшее распространение.

Частотный способ основан  в вычисления разности частот повторения коротких  импульсов  ультразвуковых колебаний, направляемых одновременно по направлению и против него. Измеренная разностная частота пропорциональна скорости движущейся среды.

Доплеровский способ основан на частотном эффекте называемым «эффектом Доплера»

Перечисленные методы ультразвуковых измерений обладают высокой интерактивностью расходомеров,   большой  точностью измерять пульсирующие расходы с частотой пульсаций  до 104 Гц.

Недостатки —  зависимость от физико-химических свойств жидкости ( температуры, давления, концентрации ),  профиля распределения скоростей направленной жидкости и  точности монтажа первичных преобразователей.

Корреляционный метод измерения основан на вычислении образа движения контролируемой среды в заданном диаметре  трубопровода и его распозновании в другом сечении трубы расположенном на некотором расстоянии от первого. Параметры потока (плотность, электрическая проводимость, температура.) непрерывно меняются случайным образом.  Определяя  абсциссу максимальной ординаты взаимной корреляционной функции двух случайно изменяющихся параметров однородного  потока  в двух сечениях, расположенных рядом на небольшой  длине,   абсцисса будет соответствовать времени перемещения среды на указанном расстоянии.

Для корреляционного метода измерения характерны широкий  динамический диапазон, не большая  зависимость точности измерений от физико-химических свойств жидкости, качества трубопровода,  точности монтажа первичных преобразователей. Недостаток — медленное время реакции прибора на изменение расхода.

Частота ультразвуковых колебаний обычно выбирается близкой к 1 МГц.

Расходомеры применяемых  для  небольших диаметров, изготавливаются в заводских условиях измерительными участками, на которые устанавливают врезные первичные преобразователи.

Поверка ультразвуковых расходомеров может выполняться имитационным или проливным методами.

Для измерения расхода в трубопроводах большого диаметра используют  многоканальные,  многолучевые расходомеры, где предусмотрена компенсация температурного влияния на скорость ультразвука,  применение  накладных и врезных датчиков, которые укомплектованы готовыми измерительными участками, возможность работы при температуре теплоносителя до 180С, ППР хорошо защищены от действия окружающей среды и имеют максимальное допустимое расстояние с вычислительным блоком прибора.

На источниках тепловой энергии , где имеется большое число точек измерения( подающие, обратные магистрали, подпиточные трассы, технологические трубопроводы необходимо, чтобы расходомеры имели аппаратные и программные средства организации информационной сети. Объединение счетчиков  в общую сеть,  их интеграция в автоматизированную систему управления существенно упрощаются, если применяются приборы одного производителя.

Электромагнитные расходомеры работают по принципу измерении ЭДС, индуцированной в электропроводной среде, пересекающее магнитное поле пропорционально скорости движения жидкости.

Электромагнитные расходомеры обеспечивают высокую точность измерений , практически нечувствительны к загрязнению и физико-химическим свойствам жидкости, единственное ограничение  – среда должна быть электропроводной с удельной проводимостью не менее 10-5 См/м), способны измерять  широкий динамический диапазон (до 200), вычислять малые расходы, имеют  минимальное гидравлическое сопротивление потоку, нечувствительны к осесимметричным изменениям профиля распределения скоростей потока,  высокую интеграцию, не требуют длинных прямых участков до и после места установки прибора: (4..8)Ду

Некоторые производители электромагнитных расходомеров в России:  “Взлет”,  “Машзавод “Молния”, “АСВЕГА-М” (Москва),  “Теплоком” (С.-Петербург),  “Промсервис” (Димитровград.) “ВТК Энерго” ( Киров), ГУП РФ Владимирский завод “Эталон” (Владимир), ОАО “Арзамасский приборостроительный завод” (Арзамас Нижегородской обл.)

Приборы применяемые  на  больших  диаметрах трубопроводов   выпускаются ПО “Машзавод “Молния”, “ТБН-энергосервис” . Они существенно отличаются от электромагнитных расходомеров  небольшого сечения. До настоящего времени данные счётчики не получили широкого распространения.  Данные приборы сложны для монтажа, недостаточной стабильностью характеристик, необходимостью поверки проливным методом (поверочные проливные стенды  труб большого диаметра уникальны и имеются только в Казани, Москве, Петербурге).

Вихревой метод измерения расхода основан на зависимости  изменения частоты колебаний давления  в потоке  вихреобразования  струи, возникающих при обтекании потоком жидкости погруженного в нее тело обтекания. Частота  вихрей соответствует средней скорости течения среды, а амплитуда колебаний давления – пропорциональна квадрату средней скорости (скоростному напору).  Этот метод  хорошо  измеряет  расход пара и газовых сред.

Вихревых расходомеры имеют  следующие положительные особенности:  малочувствительны к физико-химическим свойствам жидкости, одинаково удобны для выполнения вычислений на трубопроводах малых и больших диаметров,  высокая  точность измерений и быстродействие.

Вихревые расходомеры для трасс малых диаметров  конструктивно выполняются вместе с измерительным участком.  Трубопроводы большого диаметра применяются расходомеры погружного типа (тело обтекания размещается по оси потока на специальной штанге) обычно конструктивно выполняются вместе с измерительным участком.

Однако данные расходомеры не получили широкого распространения. Это объясняется присущими им недостатками. В частности, тело обтекания создает дополнительное гидравлическое сопротивление потоку, легко загрязняется и поэтому перед прибором необходимо устанавливать фильтр ,который также увеличивает гидравлическое сопротивление. Характеристики прибора недостаточно стабильны, узкий динамический диапазон  соизмерим с  ультразвуковыми  расходомерами и много меньше динамического диапазона электромагнитных. Требуемые прямые участки довольно велики – (10..20)Ду.

Вихревые расходомеры производятся на российских предприятиях:  “ИВК-Саяны” (Москва), Промышленная группа “Метран” (г. Челябинск), ЗАО НПО “Промприбор” (г. Калуга), ЗАО “Флоукор” (Москва), планируется начать производство вихревых расходомеров на “Взлет” (С.-Петербург).

Принцип работы тахометрических расходомеров основан на измерении частоты вращения аксиальной или тангенциальной лопастной турбинки. Среда, воздействуя на наклонные лопасти турбинки, сообщает ей вращательное движение с угловой скоростью, пропорциональной расходу.

Это обеспечивает высокую точность измерений и чувствительность, малоинерционность, нечувствительность к физико-химическим свойствам жидкости, не требуются длинные прямые участки (4..5Ду). До недавнего времени их неоспоримым и решающим достоинством была относительно невысокая цена.

Недостатки — турбинные расходомеры быстро загрязняются и выходят из строя, имеют узкий динамический диапазон, трущиеся механические части создают значительное гидравлическое сопротивление, которое увеличивается из обязательной установки фильтра.  Ценовая привлекательность данных приборов перестала быть решающей с уменьшением цен на электромагнитные приборы.

Самые распространенными производителями турбинных расходомеров являются ОАО “Мытищинская теплосеть” & ЗАО “Тепловодомер” г. Мытищи

3. Анализ характеристик теплосчетчиков

Теплосчетчики должны обладать следующими свойствами: “легитимностью”; системностью; надежностью; технологичностью; простотой и экономичностью эксплуатации.

Под “легитимностью” подразумевается соответствие свойств теплосчетчиков требованиям существующей нормативно — технической документации.

Основными требованиями, предъявляемыми к теплосчетчикам, являются:

  • теплосчетчики обязаны иметь заключение Главгосэнергонадзора, сертификат Госстандарта РФ об утверждении типа средства измерения, зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений
  • теплосчетчики должны иметь возможность вычисления тепловой энергии с относительной погрешностью не более 5% при разности температур в подающем и обратном трубопроводах от 10 до 200С,  при разности температур более 200С не больше 4%
  • приборы, измеряющие массу (объем) теплоносителя , должны иметь относительную погрешность не более 2% в диапазоне расхода воды от 4 до 100%;
  • измерение температуры теплоносителя обязано выполняться с абсолютной погрешностью  ± (0,6+0,004t), где t – температура теплоносителя;
  • теплосчетчики, регистрирующие давление теплоносителя, должны обеспечивать его измерение с относительной погрешностью не более 2%.

Системность прибора заключается в возможности при помощи одного типа приборов обеспечить учет у потребителей, источниках тепла,  возможность интеграции в автоматизированные системы сбора, накопления, обработки и отображения информации, управления потреблением тепла.

Учет тепловой энергии у потребителей,  источниках тепла с использованием приборов одного типа позволит уменьшить или исключить методические погрешности метода измерения и аппаратурные погрешности используемых приборов.

Источники тепла подают в тепловые сети теплоноситель по трубопроводам диаметром 400-1200 мм. Потребители получают теплоноситель по трубопроводам диаметром от 50 до 400 мм.

В этом диапазоне значений диаметров трубопроводов применяемые  теплосчетчики производства фирм ЗАО “Взлет” (С.-Петербург), ООО “Техно-Терм” (г. Раменское),  “Молния” (Москва), ООО “Интелприбор” (Жуковский), “Альбатрос Инжиниринг РУС” (Москва).

Интеграция теплосчетчика в автоматизированные системы определяется технической возможностью считывания информации из оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ) теплосчетчика в ЭВМ и наличием специального сертифицированного программного обеспечения, позволяющего реализовать подобный обмен информацией.

Наличие у теплосчетчика дополнительных унифицированных выходов, дублирующих каналы измерения расходов открывает возможности интеграции прибора в существующую автоматизированную систему, построенную на базе контроллера.

Долговечность теплосчетчика в процессе его эксплуатации определяется качеством входящих в его состав элементов. Основным элементом,  фактически определяющим добротность прибора в целом, является расходомер.  Надежность работы  во многом зависит от качества монтажа и соблюдения правил эксплуатации теплосчетчика.

По степени надежности и функционалу отлично себя зарекомендовали теплосчетчики фирм “ТеРосс”, “Интелприбор”; “умеренно высокую” —  “ТБН-энергосервис”, “ТЭМ-сервис; “невысокую” — “Молния”, “Арзамасский приборостроительный завод”, “ИВК-Саяны”, “Мытищи-Камструп”. Следует иметь в виду, что данная оценка субъективна и может отличаться от точки зрения, предприятий-изготовителей данных приборов.

Технологичность монтажа теплосчетчика определяется свободой выбора метода и конкретного места, а также затратами на монтаж.

Место монтажа теплосчетчика определяется ограничениями на длину “прямых” участков трубопровода до первичных преобразователей и после них, а также допускаемыми длинами линий связи между датчиками и прибором учета тепловой энергии.

Затраты на эксплуатацию теплосчетчиков определяются сроком периодической поверки и содержанием работ по их обслуживанию. Наибольшая продолжительность межповерочного периода для современных приборов составляет 3-5 лет.

Преимущество имеют теплосчетчики с утвержденной методикой поверки имитационным методом.

Основные российские производители теплосчетчиков: ООО “ТеРосс” (Раменское), ООО “Интелприбор” (Жуковский),  «Теплоком» (С-Петербург),  ОАО “Арзамасский приборостроительный завод”

4. Как выбрать теплосчетчик?

Теплоснабжающие организации и потребители тепла подходят к выбору теплосчетчика индивидуально.

Учёт тепловой энергии Поставщиком тепла осуществляется по согласованию с Госэнергонадзором. Потребитель  выбирает теплосчетчик самостоятельно по согласованию с теплоснабжающей организацией (при возникновении разногласий арбитром выступает Госэнергонадзор).

В первую очередь проверяется “легитимность” прибора.

Если прибор удовлетворяет техническим требованиям, следует перейти к творческой стадии выбора.

Для правильного выбора теплосчетчика  на источниках тепловой энергии можно рекомендовать следующую последовательность действий:

  1. Выбрать производителя теплосчетчика.

    • производитель должен иметь положительную репутацию, достаточно продолжительное время работать на рынке теплосчетчиков, с оснащенным современном серийным производством (Сертификат на соответствие требованиям ГОСТ Р ИСО 9002-96), желательно чтобы он самостоятельно производил совместимые тепловычислители и расходомеры; следует избегать производителей, имеющих отрицательные отзывы; косвенным внешним признаком уровня производства могут быть эргономические и свойства, стиль выпускаемых приборов (применение уникальных корпусов, окраски, качество обработки материалов и проч.);
    • производитель должен иметь  дилерские и сервисные центры, выполняющие ремонт приборов, выполняющие их поверку (не обязательно на собственных установках) и обучение обслуживающего персонала;
    • большим плюсом является возможность  учета тепловой энергии, основанными на различных методах измерения ( ультразвуковые или вихревые теплосчетчики – для трубопроводов большого диаметра, электромагнитные расходомеры – для технологического учета на трубопроводах малого диаметра). Удобно, чтобы один производитель самостоятельно выпускал всю требуемую номенклатуру приборов;
    • производитель обязан предоставить всю техническую информацию о приборе, которая может понадобиться при установке и эксплуатации прибора. Например, при интеграции теплосчетчика в АСУ и диспетчеризации.
  1.  потребительские качества приборов (сложность монтажа, надежность, удобство эксплуатации) определить на основе технической документации, отзывов организаций, где эти приборы установлены, в результате пробных испытаний, выполненных самостоятельно. Необходимо знать периодичность поверки и метода ее проведения (имитационный или проливной), порядок проведения  регламентных работ утвержденный Госстандартом.
  2.  Оценить технические характеристики теплосчетчиков.
    • метрологические характеристики, динамический диапазон. Особый интерес уделить динамическому диапазону теплосчетчика, в котором обеспечивается выполнение требований к метрологическим характеристикам;
    • требования к длинам прямых участков;
    • предельные значения параметров теплоносителя, при которых прибор нормально функционирует;
    • стойкость элементов теплосчетчика (датчиков, тепловычислителя) к действию окружающей среды;
    • ограничения на длины линий связи;
    • алгоритмы вычисления тепловой энергии сопряжен с числом каналов измерения параметров теплоносителя;
    • наличие унифицированных выходов, позволяющих интегрировать прибор в существующую АСУ;
    • наличие специального сертифицированного программного обеспечения, позволяющего решить последнюю задачу.
  3. Выполнить оценку экономических затрат на приобретение и установку прибора.

Потребителю тепловой энергии можно рекомендовать выполнить предложенную выше последовательность действий при решении задачи выбора теплосчетчика и согласовать действия с теплоснабжающей организацией во избежании  разного понимания подходов к теме.

Основные критерии для потребителя  при выборе имеют цена, продолжительность межповерочного интервала, наличие центров для поверки, простота эксплуатации и обслуживания, надежность прибора, удобство съема информации.

.Для правильного подбора  теплосчетчика потребителя тепловой энергии являются выбор динамического диапазона для исключения ошибки при выборе типоразмера дорогостоящего прибора, работоспособности теплосчетчика в разных тепловых нагрузках; надежность; простота эксплуатации; сохранение работоспособности  при изменении разницы температур в подающем и обратном трубопроводах; удобство съема информации; требуемая длина прямых участков, цена прибора и затраты на его установку.

По подбору оборудования обращайтесь по тел. 8 (977) 262-36-80
либо на e-mail: vnt-vod@mail.ru

×

Написать письмо

Ваше имя*:
E-mail*:
Телефон:
Сообщение:
Файл: