Проблемы учета теплоты, отпущенной источниками

П. С. Цванг, НПФ «Гидроматик»,

В. А. Косарев, ТЭЦ 25,

Г. М. Иванова, МЭИ

Допустимая погрешность учета в пределах ±4% может быть получена только при использовании вторичных микропроцессорных устройств (теплосчетчиков) и соответствующих первичных средств измерения [1]. Если применение платиновых термопреобразователей класса А или их согласованных пар обеспечивают погрешность измерения разности температур в пределах ±1%, то измерение расхода сетевой воды с погрешностью 2–3% является серьезной проблемой, рассмотрению которой посвящена данная статья. Причин возникновения этой проблемы несколько. Основными являются значительные диаметры трубопроводов, составляющие 500–1 400 мм, и широкие диапазоны изменения нагрузок трубопроводов в отопительный и межотопительный периоды.

В настоящее время на ТЭЦ, РТС для измерения расхода сетевой воды используются в 90% случаев диафрагмы с дифманометрами и вторичными регистрирующими приборами [2]. Недостатками таких расходомеров, помимо значительных погрешностей, являются наличие потери давления, требуемые большие длины линейных участков до и после диафрагм, сложность изготовления и демонтажа при поверке последних. Кроме того, из-за большого диапазона сезонных изменений расхода сетевой воды и узкого диапазона измерения дифманометров-расходомеров приходится использовать два и даже три дифманометра со вторичными приборами, что влечет за собой дополнительные затраты на их обслуживание. Однако нельзя не учитывать, что этот метод измерения расхода используется много десятков лет, является наиболее отработанным и привычным для персонала ТЭЦ и РТС. Применение микропроцессорных дифманометров повышенной точности с расширенным диапазоном измерения позволяет значительно повысить эффективность этого метода, что имеет место в расходомерах типа «Гиперфлоу», обеспечивающих измерение расхода в диапазоне 10:1 с погрешностью ±0,5%.

Перечисленные выше недостатки расходомеров переменного перепада давления обуславливают стремление использовать на источниках электромагнитный и ультразвуковой методы измерения, которые широко применяются на трубопроводах диаметром до 250 мм. Наиболее значительный опыт накоплен по эксплуатации ультразвуковых расходомеров на трубопроводах больших диаметров. В отдельных регионах Российской Федерации ультразвуковые расходомеры используются в коммерческих узлах учета [2] благодаря следующим своим достоинствам:

- отсутствие потери давления;

- широкий динамический диапазон;

- устойчивая работа при диаметрах трубопровода до 2 000 мм;

- возможность раздельного учета количества воды при ее движении в прямом и обратном направлениях;

- меньшие по сравнению с диафрагмой длины линейных участков;

- имитационная поверка производится без дренирования трубопровода;

- возможность вывода информации на внешние устройства благодаря наличию интерфейсов RS232, RS485.

В табл. 1 приведены характеристики некоторых типов отечественных ультразвуковых расходомеров, которые могут устанавливаться на трубопроводах больших диаметров.

Приведенные в табл. 1 данные показывают, что при использовании этих расходомеров может быть обеспечена необходимая точность измерения отпущенной источниками теплоты. Что же сдерживает широкое внедрение ультразвуковых расходомеров в коммерческие узлы учета, в пользу которого выступает А. Ю. Филиппов в статье, опубликованной в предыдущем номере журнала «Энергосбережение» [3]? Рассмотренные ниже соображения по этому вопросу базируются на опыте эксплуатации ультразвуковых расходомеров на ТЭЦ АО «Мосэнерго».

Рисунок 1 (увеличить) Расхождение показаний расходомеров	Рисунок 2 (увеличить) Отклонения показаний расходомеров, т/ч

В целом положительные результаты получены при эксплуатации в 2001–2002 годах ультразвуковых расходомеров UFC 002R, UFM 005, UFM 001 на 12 трубопроводах ГРЭС-4 и UFM 005 на шести ГРЭС-5 в коммерческих узлах учета, где они работают параллельно с расходомерами переменного перепада, включающими дифманометры и регистрирующие вторичные приборы.

В течение марта-мая 2001 года проведена опытная эксплуатация расходомеров УРСВ-010М на пяти магистралях сетевой воды и двух подпиточных трубопроводах ТЭЦ № 20. Параллельно в коммерческих узлах учета расходомеры, включающие диафрагмы, дифманометры типа ДМ и вторичные приборы КСД-2, вели регистрацию расхода сетевой воды. При включении ультразвуковых расходомеров их показания были согласованы с показаниями расходомеров, входящих в узлы учета. В течение марта месяца суточные показания обоих типов расходомеров практически совпадали. В течение последующих двух месяцев показания ультразвуковых расходомеров по отношению к показаниям расходомеров переменного перепада монотонно снижались, и общее занижение массы сетевой воды по пяти магистралям составило 8%.

Делать какие-либо выводы на основании этих испытаний нельзя, поскольку в апреле и мае резко снижаются температуры и расходы сетевой воды. При низких значениях последних возрастают погрешности расходомеров переменного перепада и их показания нельзя считать в качестве действительных значений расхода. Необходимо также отметить, что испытуемые ультразвуковые расходомеры практически не обслуживались ни персоналом станции, ни организацией, проводившей испытания, в результате чего летом два прибора были кем-то выведены из строя.

Положительными являются результаты эксплуатации в течение полутора лет двухлучевых ультразвуковых расходомеров UFC 00R на двух подающих трубопроводах сетевой воды диаметром 1 200 мм ТЭЦ № 25. Эти данные являются более достоверными, поскольку в локальную компьютерную сеть ТЭЦ поступают сигналы от UFC 002R и блока извлечения корня БИК, работающего с дифманометром «Сапфир-22М». Класс каждого из двух последних приборов составляет 0,25. По специальной программе сигналы этих приборов каждые 6 ч архивируются одновременно с сигналами по температуре и давлению в магистралях сетевой воды.

В табл. 2 и на рис. 1 для магистралей сетевой воды «Фили» и «Карамышевская» приведены как относительные разности месячной массы сетевой воды, измеренной ультразвуковым расходомером и определенной по перепаду давления на диафрагме, так и отнесенные к среднемесячному значению измеряемого расхода средние квадратические значения отклонений текущих показаний этих расходомеров.

Приведенные цифры показывают, что отклонения суммарной массы воды за каждый из месяцев не превышают 1,1%, а средних квадратических отклонений – 1,6%. Следует отметить, что относительные нагрузки магистралей G/Gмакс в период отопительного сезона находились в пределах 30–50%. При этом погрешности измерения расхода по перепаду давления на диафрагме только для дифманометров класса 0,25 составляют ±(2,5–1,2)% без учета погрешностей диафрагмы и БИК. За рассматриваемый период температура сетевой воды в обеих магистралях менялась от 65 до 115°C. При диапазонах измерения расходомеров переменного перепада 16 000 и 6 300 т/ч расход менялся соответственно от 8 000 до 5 000 и от 5 000 до 1 000 т/ч.

Следует отметить, что регистрация параллельной работы расходомеров, фрагмент которой представлен на рис. 2, позволила выявлять уход начального сигнала дифманометра «Сапфир-22М». Если при нормальной работе расходомеров отклонения их показаний носят случайный характер и лежат в пределах ±80 т/ч при диапазоне измерения 16 000 т/ч, то при смещении начального сигнала дифманометра отклонения возрастают до 200 т/ч и имеют постоянный знак. После коррекции начального сигнала дифманометра, что предусмотрено инструкцией по эксплуатации этих приборов, случайный характер разброса показаний расходомеров и его величина восстанавливаются.

При первоначальном вводе расходомеров UFC 002R в работу их сигналы были согласованы с сигналами расходомеров переменного перепада. Для сопоставления мгновенных сигналов двух расходомеров необходимо согласование их динамических характеристик, поскольку дифманометры являются более инерционными и их динамика зависит от модели дифманометра, длины и диаметра импульсных линий.

Ультразвуковые расходомеры реагируют на наличие в воде пузырей воздуха и взвесей. Влияние этих факторов снижается при использовании двуххордовых преобразователей. При эксплуатации UFC 002R с частотой 4–5 раз в сутки наблюдались кратковременные сбросы сигнала длительностью до 2 с. Из-за малой продолжительности эти отклонения сигнала практически не влияют на суммарный расход.

Персонал ТЭЦ 25 дает положительные отзывы о работе ультразвуковых расходомеров, их надежности, простоте эксплуатации и поверки.

Опыт эксплуатации ультразвуковых расходомеров в коммерческих узлах учета на ТЭЦ Мосэнерго показывает, что в настоящее время действует несколько факторов, тормозящих их внедрение:

1. Необычность этих расходомеров для персонала. Как правило, решения о применении ультразвуковых расходомеров для измерения расходов на трубопроводах больших диаметров принимались техническими руководителями ТЭЦ на основании положительных многолетних результатов эксплуатации ультразвуковых расходомеров в цехах химводоочистки и на других менее ответственных технологических трубопроводах.

2. Необходимость производства проектных и строительных работ при замене расходомеров переменного перепада на ультразвуковые, что влечет за собой достаточно большие единовременные финансовые затраты.

3. Отрицательный опыт внедрения ультразвуковых расходомеров на некоторых объектах, обусловленный некачественной работой проектировщиков, монтажных и наладочных организаций.

4. Ультразвуковые расходомеры всех типов при установке на трубопроводы больших (>300мм) диаметров поверяются имитационным методом, что вызывает у многих сомнения в заявленной точности приборов, несмотря на то, что эти методики поверки официально признаны и аттестованы Госстандартом России.

5. Указанный в табл. 1 динамический диапазон расходомеров в большинстве случаев не может быть использован из-за низких скоростей воды в трубопроводах больших диаметров.

Последнее положение подтверждают приведенные в табл. 3 значения диапазонов изменения среднемесячных скоростей сетевой воды, которые имели место в магистралях Тепловых сетей АО «Мосэнерго» в 2000–2001 годах.

Сопоставление цифр, приведенных в табл. 1 и 3, показывает, что максимальные среднемесячные скорости ниже в 4 и более раз максимальных скоростей рабочего диапазона ультразвуковых расходомеров, а минимальные скорости сетевой воды в летний период ниже переходных скоростей расходомеров и близки к их минимальным значениям. Таким образом, у ультразвуковых расходомеров с учетом значений скоростей сетевой воды может быть использована только четвертая часть их динамического диапазона.

Выводы

Снижение погрешности учета теплоты, отпущенной источниками, до ±4% при использовании теплосчетчиков, термопреобразователей класса А или парных возможно при повышении точности измерения расхода сетевой воды.

1. При применении расходомеров переменного перепада давления необходимо использовать микропроцессорные дифманометры с цифровым выходом и пределом приведенной погрешности не более ±0,2%.

2. Опыт эксплуатации ультразвуковых расходомеров на ТЭЦ Мосэнерго и в других регионах Российской Федерации показывает, что при правильном выполнении проектных и монтажно-наладочных работ они обеспечивают требуемую точность измерения в широком динамическом диапазоне. Ультразвуковые расходомеры целесообразно использовать при модернизации оборудования ТЭЦ и РТС, новом строительстве, при этом:

а) ультразвуковые расходомеры должны поставляться с измерительным участком трубопровода, что при контроле состояния внутренней поверхности трубопровода обеспечивает метрологические характеристики приборов;

б) с целью повышения помехоустойчивости ультразвуковых расходомеров для труб больших диаметров надо применять двухлучевые преобразователи;

в) для использования динамического диапазона ультразвуковых расходомеров необходимо предусмотреть установку расходомеров на участках трубопроводов меньших диаметров либо использовать байпас для периода низких нагрузок.

3. Для разрешения метрологических проблем, связанных с измерением расхода в трубопроводах больших диаметров, необходимо создание в соответствии с предложениями [4] горячеводной проливочной установки на базе ТЭЦ или РТС.

Литература

1. Иванова Г. М. и др. Теплосчетчики в системе учета отпущенной теплоты ТЭЦ // Энергосбережение. 2001. № 2. С. 34–37.
   
2. Оранский И. П., Фикс М. О. Обзор систем автоматизированного коммерческого и технического учета теплоносителей на ТЭС РФ // Проблемы коммерческого учета энергоносителей. Материалы 1-й Международной научно-практической конференции «ТЕПЛОСИБ-2002» / Под ред. Б. М. Рогачевского. Новосибирск, 2002.
3. Филиппов А. Ю. Будет ли преодолен «диафрагменный» барьер? // Энергосбережение. 2002. № 4. С. 28–29.
   
4. Рогачевский Б. М. Приборное обеспечение учета тепловой энергии. Проблемы, пути решения // Проблемы коммерческого учета энергоносителей. Материалы 1-й Международной научно-практической конференции «ТЕПЛОСИБ-2002» / Под ред. Б. М. Рогачевского. Новосибирск, 2002.