О необходимости создания технических регламентов по учету тепловой энергии

Ю. Н. Осипов, главный метролог дирекции «Энергосбыт» ГУП «ТЭК Санкт-Петербурга»

В связи с введением в действие Закона «О техническом регулировании» появилась реальная возможность учесть недоработки в действующей нормативной базе по учету тепловой энергии, при создании технических регламентов по учету тепловой энергии, разработке, испытаниях и монтаже тепловычислителей, преобразователей температуры, давления и расхода.

В рамках технических регламентов необходимо рассмотреть вопросы обязательной и добровольной сертификации, касающиеся первичных преобразователей, тепловычислителей, входящих в состав теплосчетчиков. В соответствии с последней редакцией Закона «О сертификации продукции и услуг» обязательной сертификации подлежат счетчики расхода воды, манометры и теплосчетчики. Из этого следует, что все преобразователи расхода, не являющиеся счетчиками, преобразователи давления и температуры, а также вычислители не подлежат обязательной сертификации. Следовательно, они подлежат добровольной сертификации, т. е. необходимо определить объемы сертификации в пределах теплосчетчика.

Сходная ситуация и с блоками питания или сетевыми адаптерами для первичных преобразователей. Требования к электромагнитной совместимости должны быть не ниже, чем к первичным преобразователям с которыми они используются в составе теплосчетчиков. Вопрос о сертификации блоков питания для первичных преобразователей должен быть решен единообразно с сертификацией первичных преобразователей и тепловычислителей.

Далее можно рассмотреть несколько примеров недоработок нормативной базы по учету тепловой энергии.

Отсутствие полных и четких нормативных требований к установке термопреобразователей сопротивления с гильзами и без гильз в узлах учета создало условия для ситуаций, когда возникающая дополнительная температурная погрешность может превышать нормированную погрешность, определенную п. 5.2.5 Правил учета тепловой энергии и теплоносителя. Наряду с этим некоторые нормативные документы содержат рекомендации по монтажу, которые дезориентируют в правильности выбора монтажной длины и глубине погружения гильзы термометра.

В частности, рекомендации по установке термопреобразователей сопротивления, приведенные в ГОСТ 8.563.1–97 и ГОСТ 8.563.2–97, содержат в себе неопределенность, т. к. не указан статус положений, изложенных в стандартах.

Если вопрос о статусе оставить в стороне и рассмотреть некоторые пункты вышеупомянутых стандартов, которые имеют отношение к измерению температуры, то выясняется следующая ситуация.

Содержание п. 6.3.8 ГОСТ 8.563.2–97 – «часть чувствительного элемента термометра, выступающая над измерительным трубопроводом, должна иметь термоизоляцию, если температура потока отличается от температуры окружающей среды более чем на 40 °C», – ставит перед проблемой правильного измерения температуры теплоносителя в реальных условиях.

В соответствии с ГОСТ 6651–94 чувствительный элемент – элемент термопреобразователя, воспринимающий и преобразующий энергию в другой вид энергии для получения информации о температуре.

Если измерять температуру теплового потока в трубопроводе, то чувствительный элемент следует размещать в потоке полностью. Однако возникает вопрос, в какой части теплового потока следует размещать чувствительный элемент?

В настоящее время длина чувствительных элементов, применяемых в термопреобразователях сопротивления, колеблется от 10 до 40 мм. Если следовать рекомендации п. 6.3.7 ГОСТ 8.563.2–97 и погрузить в тепловой поток чувствительный преобразователь термометра длиной 25 мм на глубину 0,3Ду65, что соответствует 19,5 мм, то 5,5 мм его длины оказывается размещенной в стандартной бобышке высотой 55 мм. Мертвая зона в бобышке, где скорость потока равна нулю, составляет 41 мм. Понятно, что температура в этой зоне будет отличаться от однородного температурного поля, расположенного в интервале от 0,3 до 0,7 Ду.

Если при этом учесть дополнительные погрешности, которые возникают на бобышке и гильзе, то результаты измерения температуры теплоносителя могут быть занижены на несколько градусов Цельсия. Если термоизолировать выступающую часть (бобышку, гильзу, штуцер термопреобразователя сопротивления), то это несколько улучшит результаты измерения, но не устранит дополнительную погрешность полностью. Последняя в совокупности с абсолютной погрешностью термопреобразователя сопротивления может превышать допустимую величину. Очевидно, что ряд положений вышеупомянутых стандартов нуждается в ином изложении.

Для того чтобы реализовать достоинства теплосчетчиков класса «С» на практике, требуется не только правильно выбрать первичные преобразователи, но и правильно их установить на трубопроводах для исключения внесения искажений в результаты измерения рабочих параметров теплоносителя. Рекомендации производителя по монтажу термопреобразователей сопротивления в трубопроводы не предусматривают сохранение метрологических характеристик.

Подобная ситуация складывается и при установке преобразователей расхода теплоносителя и преобразователей давления. Имеет место множество конструктивных отличий в установочных чертежах преобразователей расхода, вплоть до того что в ряде случаев необходимо растачивать ответные фланцы. При этом стандартное изделие превращается в нестандартное и требует проведения повторных испытаний, но уже с требованиями, соответствующими нестандартному изделию.

Из этого следует, что необходимо разработать методические рекомендации и требования к выбору и установке первичных преобразователей на технологических трубопроводах. Наибольшее количество конфликтных ситуаций возникает в том случае, если фактический внутренний диаметр преобразователя отличается от его условного диаметра. Государственные стандарты (ГОСТ 28723–90; ГОСТ 14167–83; ГОСТ Р 50601–93; ГОСТ Р 50193.2–92, ГОСТ Р 50193.3–92) не определяют требования к соответствию внутренних присоединительных диаметров преобразователей расхода внутренним диаметрам прямолинейных измерительных участков до и после. Предприятия-изготовители, в свою очередь, не дают рекомендаций по этому вопросу. В результате монтаж осуществляется третьим лицом, и теплоснабжающему предприятию предъявляют узел учета с преобразователями расхода, у которых имеются уступы в местах соединения преобразователя расхода с прямолинейными измерительными участками, а требования к соосности и перпендикулярности трубопроводов, прямолинейных участков и преобразователей расхода вообще никого не интересуют, кроме теплоснабжающих предприятий.

Получается, что если разработчики вышеперечисленных государственных стандартов забыли, а производители умолчали о важнейших требованиях к выполнению монтажных работ для сохранения нормированной точности измерений средствами измерений, то теплоснабжающим предприятиям остается не согласовывать и не допускать в эксплуатацию те модели преобразователей расхода, у которых эти требования не определены в руководстве по эксплуатации и технических условиях на средство измерения.

Необходимо отметить, что органам Федеральной службы по техническому регулированию и метрологии, в которых согласовываются технические условия на преобразователи расхода, следует обращать внимание на полноту требований к выполнению монтажных работ, даже если эти требования не определены соответствующими государственными стандартами в той части, в которой они ущемляют интересы теплоснабжающих предприятий.

Если суммировать недостатки государственных стандартов, имеющих отношение к учету тепловой энергии и монтажу средств автоматизации на технологическом оборудовании и коммуникациях, то следует разработать технический регламент. Он должен учесть требования к выбору приборов для измерения температуры, давления, расхода, выполнению монтажных работ по их установке на технологическом оборудовании, прокладке измерительных цепей, разделке кабелей и проводов, подключению к тепловычислителям и пусконаладочным работам.

В техническом регламенте должна быть предусмотрена положительная составляющая действующих государственных стандартов и включена неучтенная составляющая, связанная с требованиями к монтажу средств измерений, материалам, сантехническим изделиям, эксплуатации. При этом необходимо принять во внимание условия измерения температуры теплоносителя в узлах учета тепловой энергии и определить методические рекомендации и их статус:

- при установке термопреобразователей сопротивления в измерительные трубопроводы горячей воды и пара;

- при применении гильз;

- при выборе материала, длины, толщины и диаметра гильз;

- при выборе бобышек;

- при определении зоны полного размещения чувствительного элемента в трубопроводе;

- при определении зоны размещения минимальной глубины погружения термопреобразователей сопротивления в трубопроводах.

Следует также определить:

- необходимый объем требований к производству монтажных работ при установке преобразователей расхода и давления на технологических трубопроводах;

- необходимый объем требований к размещению местных показывающих и измерительных приборов до и после измерительных участков;

- требования к схемам измерения расхода теплоносителя для различных схем узлов присоединений в целях уменьшения погрешности измерений;

- требования к обслуживанию и эксплуатации средств измерений.

Эти вопросы следует отнести также к измерениям рабочих параметров жидкого и газообразного топлива.

Обязательно следует определиться с разрешенными уровнями доступа к архивам и настроечным параметрам для представителей теплоснабжающих предприятий, Федеральной службы по техническому регулированию и метрологии и потребителей.

Дело в том, что теоретически все модели тепловычислителей имеют возможность доступа к архивам и настроечным параметрам по каналам интерфейса и выходам контрольного напряжения. Не секрет, что одни и те же «ножки» интегральных микросхем могут быть одновременно входом или выходом. Иными словами, по этим каналам можно ввести информацию для изменения содержания архивов и настроечных параметров без уведомления представителей теплоснабжающего предприятия.

Защита тепловычислителя от несанкционированного доступа в этом случае возможна, если ввести режим регистрации даты и времени несанкционированного отключения и подключения первичных преобразователей к задействованным и незадействованным измерительным входам, а также обеспечить режим просмотра в сервисном режиме. Все контрольные напряжения следует убрать под пломбу поверителя. Каждый доступ к архивам и настроечным параметрам после опломбирования поверителем должен регистрироваться во встроенном журнале событий – энергонезависимой памяти тепловычислителя. Все тепловычислители должны обеспечивать электронное пломбирование всех служебных режимов 8-значными паролями во избежание изменения заводских уставок.

При проведении экспертизы теплосчетчика в Главгосэнергонадзоре России необходимо проверять листинг программного обеспечения тепловычислителя на сохранение в неприкосновенности архивов и настроечных параметров и регистрации в независимой памяти всех несанкционированных действий.

Государственный стандарт ГОСТ Р 51649–2000 на теплосчетчики для водяных систем теплоснабжения не предусматривает подобную защиту от несанкционированного доступа, поэтому требования к защите следует определить в техническом регламенте.

Пункт 5.2.3 указанного стандарта, который оговаривает обеспечение защиты от несанкционированного вмешательства, носит рекомендательный статус. То есть на основании этого пункта производитель может и не обеспечивать защиту. Требования к уровням защиты архивов и настроечных параметров в теплосчетчиках должны быть определены конкретно и носить обязательный статус. Если государственный стандарт не определяет своего отношения к сохранению неискаженной финансовой информации, то кому нужен такой стандарт?

Понятно, что за таким подходом к реализации самой главной задачи теплосчетчика стоит создание условий для ущемления финансовых интересов теплоснабжающих предприятий, поскольку формально теплосчетчики защищены сертификатами Федеральной службы по техническому регулированию и метрологии и экспертным заключением Госэнергонадзора России. Механическая защита в тепловычислителях не исключает возможности несанкционированного доступа к важной коммерческой информации по интерфейсным каналам, а в некоторых преобразователях расхода возможно изменение настроечных параметров на интервале после поверки до сдачи в эксплуатацию. Применение приборов с такими возможностями в энергосбережении просто недопустимо. Необходимо жестко отсекать обманную продукцию, а для производителей создать условия, при которых им было бы невыгодно ущемлять государственные интересы в области учета тепловой энергии и энергосбережения.

Каждый комплект измерительного канала расхода в современных теплосчетчиках состоит из преобразователя расхода и канала измерения тепловычислителя. Как правило, величина относительной погрешности канала измерения расхода в тепловычислителях (по данным сертификатов об утверждении типа измерения) не превышает ±0,1 %, а величина относительной погрешности преобразователя расхода не превышает ±2,0 %. Таким образом, суммарная величина относительной погрешности измерения расхода составит ±2,1 %, при норме не более ±2,0 %.

Если величину относительной погрешности канала измерения расхода в тепловычислителе принять за величину постоянную, т. к. она обусловлена погрешностями квантования аналогового сигнала аналого-цифрового преобразователя и машинными погрешностями микропроцессора, то на относительную погрешность любого преобразователя в составе теплосчетчика остается ±1,9 %.

Из этого следует важный вывод, что в составе теплосчетчика могут применяться преобразователи расхода, аттестованные с относительной погрешностью не более ±1,9 или ±2 %, но с уточненной допустимой величиной относительной погрешности не более ±1,9 %. Эту информацию следует отражать в сертификатах и экспертных заключениях.

Правила учета тепловой энергии и теплоносителя 1995 года допускают ±2 % относительной погрешности для водосчетчиков при измерении расходов сетевой воды. Если рассматривать преобразователь расхода со встроенным электронным архиватором измеренных значений расхода, как водосчетчик, то его суммарная относительная погрешность будет складываться из погрешности измерения и аналого-цифрового преобразователя измерительного канала. В теплосчетчиках, как правило, аналогово-цифровой преобразователь измерительного канала преобразователя расхода (водосчетчика) располагается в тепловычислителе. Следовательно, вышеприведенное утверждение о допустимой величине относительной погрешности не более ±2 % для измерительного канала измерения расхода теплосчетчиком справедливо.

Из всех действующих в настоящее время нормативно-технических документов по учету тепловой энергии известно, что требования к погрешности каналов измерения вычислительных устройств тепловычислителя не определены и не систематизированы Федеральной службой по техническому регулированию и метрологии. Поэтому при проведении государственных испытаний на утверждение типа измерения тепловычислителей или теплосчетчиков эти требования не рассматриваются как обязательные ввиду отсутствия таковых.

Разработчики и изготовители теплосчетчиков и тепловычислителей представляют сведения о погрешности каналов измерения и вычислительных устройств добровольно, но без ссылок на методики, по которым они определялись. Представленная ниже таблица содержит пределы погрешности измерения и вычислительных устройств, взятые из сертификатов об утверждении типа измерения тепловычислителей класса «С».

Отметим, что только четыре производителя данной продукции обнародовали эти данные. Из этого следует вывод, что чем полнее представлена информация о погрешностях каналов измерения тепловычислителей и вычислительных операций, тем выше профессионализм производителя и тем достовернее будет измеренная и зарегистрированная информация о потребленной тепловой энергии.

Стоит отметить профессиональный подход к вопросу о представлении сведений о погрешностях каналов измерения в течение последнего десятилетия двух ведущих предприятий Санкт-Петербурга, которые разрабатывают и выпускают современные теплосчетчики –ЗАО НПФ «Логика» и ЗАО «Теплоком».

Достоверность представляемых сведений о погрешностях каналов измерения и измерительных каналах нуждается в методическом и нормативном обеспечении со стороны Федеральной службы по техническому регулированию и метрологии.

Попытки свести эту задачу к добровольному изложению производителем в технических условиях на тепловычислитель и теплосчетчик, как это было сделано в ГОСТ Р 51649–2000, говорят о непонимании важности этой задачи.

Содержание экспертных заключений, оформляемых Госэнергонадзором России на тепловычислители и теплосчетчики, нуждается в дополнении информацией о некоторых погрешностях, которые оказывают влияние на результаты измерений. Если при проведении экспертных работ представителями Госэнергонадзора России не учитываются погрешности каналов измерения, комплектов измерительных каналов в различных конфигурациях, всевозможных типов защитных гильз для термопреобразователей с различными длинами и изготовленных из различных материалов, то такие экспертные заключения не отражают все возможности теплосчетчиков.

Тепловой и водяной небалансы, полученные за счет погрешностей измерения, которые не были учтены при производстве экспертных работ, по неоплаченным затратам ложатся на плечи теплоснабжающих предприятий в виде прямых убытков.

Сложилась парадоксальная ситуация, когда теплоснабжающее предприятие, проектно-монтажное предприятие и производитель теплосчетчика знают, что экспертное заключение не отражает полностью метрологические характеристики теплосчетчика, а смонтированный теплосчетчик не учитывает все погрешности измерения и таким образом представляет искаженную информацию о потреблении тепловой энергии. Теплоснабжающее предприятие вынуждено согласовывать рабочий проект с таким теплосчетчиком и осуществлять допуск в эксплуатацию.

Следует отметить, что широкое разнообразие протоколов обмена информацией создает дополнительные трудности при создании и эксплуатации АСУТП для сбора информации о теплопотреблении и последующих взаиморасчетов.

Учитывая вышеизложенное и во исполнение Федерального закона № 184-ФЗ «О техническом регулировании» необходимы разработка и принятие технического регламента (регламентов) по основополагающим принципам учета тепловой энергии, электрической энергии и других энергоносителей в целях защиты интересов поставщика и потребителя тепловой энергии.