Использование приборов коммерческого учета энергетических ресурсов на Украине

И. В. Коробко, А. В. Писарец, П. К. Кузьменко, И. А. Гришанова, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина, г. Киев

Своеобразным стимулом для этого является внедрение эффективных систем контроля, учета и регулирования потребления энергетических ресурсов. Отсутствие в тепловых пунктах домов этих систем обычно приводит к 40–60 % перерасходу тепловой энергии, некомфортным условиям, высокой стоимости коммунальных услуг (которые в большинстве случаев не может полностью оплатить пользователь). Реконструкция тепловых пунктов домов требует высоких денежных затрат, и не каждый пользователь согласен ждать длительное время пока окупится реконструкция (хотя этот метод эффективен с точки зрения экономичности). Более того, деятельность коммунальных хозяйств часто неэффективна, так как одни из них нерентабельны, а руководство других просто боится внедрения новых технологий.

На сегодняшний день невозможно представить промышленные объекты и коммунальное хозяйство без современных средств автоматизации с использованием современных достижений телематики и теории управления. Упрощаются логические измерительные схемы, которые дают возможность сделать существующие измерительные процессы более интеллектуальными, повышается надежность и эффективность приборов. При этих условиях необходимы счетчики и расходомеры, удовлетворяющие высокие, порой противоречивые требования:

- высокая надежность и точность измерений на протяжении длительного промежутка времени;

- большой динамический диапазон измеряемых расходов;

- устойчивость к воздействию агрессивных сред;

- экологическая безопасность;

- возможность выдавать информацию в виде сигнала, который без помех можно передавать на большие расстояния;

- энергонезависимое питание;

- самотестирование с индикацией погрешностей;

- возможность органического соединения с системами автоматического управления;

- архивация данных о потребленной тепловой энергии, количестве энергоносителя, времени простоя теплосчетчика, сбоях в работе системы и др.

Метрологические характеристики теплосчетчиков определяются расчетными методами по характеристикам тех измерительных узлов, приборов и систем, на базе которых счетчики построены. Сложность в оценке погрешностей объясняется условиями эксплуатации таких приборов, необходимостью учета переменного состава и физических свойств теплоносителя (наличие примесей), и т. п. [1].

В настоящее время достаточный опыт эксплуатации разнообразных типов теплосчетчиков накоплен монтажными организациями и фирмами-производителями. Проведение конференций и семинаров на базе научно-исследовательских институтов, центров, организаций и предприятий также дает повод надеяться на то, что обмен опытом и возникновение новых контактов даст мощный толчок в развитии энергосберегающих технологий.

На данный момент времени для учета тепловой энергии наибольшее распространение получили теплосчетчики, в состав которых входят тахометрические, ультразвуковые, электромагнитные и вихревые расходомеры и счетчики. Теплосчетчики с тахометрическими первичными преобразователями одни из первых появились на рынке Украины. Они нашли широкое распространение благодаря своей простоте и относительно невысокой стоимости. Но при эксплуатации в местных условиях появился ряд факторов, которые ухудшают метрологические характеристики тахометрических приборов в первую очередь из-за:

- накопления ферромагнитных частичек на магнитной полумуфте крыльчатки, что приводит к возрастанию трения между крыльчаткой и крышкой измерительной камеры;

- появления на стенках измерительной камеры налета и твердых осадков;

- износа осей и подшипников ротора или турбинки.

В настоящее время тахометрические преобразователи используются, главным образом, в квартирном учете холодной и горячей воды благодаря дешевизне, простоте обслуживания и наличию достаточной ремонтной базы. В теплосчетчиках их применение практически приостановлено.

Электромагнитные измерительные преобразователи расхода имеют высокую стабильность метрологических характеристик во времени, надежность при правильных условиях монтажа и эксплуатации. Важным преимуществом электромагнитных расходомеров перед другими является то, что они измеряют расход, используя результаты определения средней скорости потока по его эффективной площади, это делает показания независимыми от плотности, вязкости и температуры теплоносителя. Особенностями конструкций таких счетчиков сводятся практически к нулю потери давления, требуются минимальные длины прямых участков до и после приборов. Для них характерен широкий диапазон измерения, а за счет корректировки показаний в зависимости от условий эксплуатации, правильного выбора Ду преобразователя обеспечивается измерение расхода теплоносителя с достаточной точностью.

Основные недостатки:

- уменьшение точности измерения при налипании осадков (магнетитов) на рабочие поверхности преобразователей расхода;

- дестабилизация показаний счетчика (смещения нуля, появления систематических погрешностей и др.) из-за блуждающих токов на трубопроводах [2];

- измерение расхода лишь электропроводных жидкостей.

Еще одним широко распространенным типом теплосчетчиков являются измерительные приборы с ультразвуковыми первичными преобразователями. Метод измерения ультразвуковыми расходомерами основывается на соотношении скоростей распространения акустических колебаний в неподвижной среде и самой среды. Многообразие параметров, которые зависят от скорости измеряемой среды, и предопределило большое количество способов измерения задержки прохождения сигнала от излучателя к приемнику и обратно. С дальнейшим развитием теплосчетчиков данного типа преимущество предоставляется тем приборам, метрологические характеристики которых не зависят от условий эксплуатации – температуры, давления, концентрации примесей и т. п. [3].

Преимущества ультразвуковых измерительных приборов довольно существенные:

- сохранение технико-эксплуатационных характеристик во времени;

- высокая точность измерения в широком динамическом диапазоне;

- отсутствие подвижных и выступающих в поток измерительных элементов;

- отсутствие потерь давления;

- независимость показаний от изменения электропроводности среды;

- низкое энергопотребление;

- возможность бесконтактного измерения расхода жидкостей, в том числе агрессивных и загрязненных, а также пульп;

- возможность измерения расхода жидкостей в широком диапазоне диаметров условного прохода трубопроводов (15–1 600 мм);

- возможность измерения расхода пара и газа;

- возможность простой имитационной поверки без демонтажа первичного преобразователя с трубопровода.

Существует ряд проблем, которые требуют серьезного изучения, а именно: работа ультразвуковых преобразователей при наличии несимметричных профилей изменения скорости, а также работа при малых числах Рейнольдса (Re); необходимость учета зависимости скорости распространения звука от физико-химических свойств различных измеряемых сред. Наличие этих факторов приводит к необходимости применения в ультразвуковых расходомерах специальных методов и средств компенсации, использованию дифференциальных схем измерения (для выделения «слабого» полезного сигнала).

С развитием современных информационных технологий, достаточно большим накоплением опыта эксплуатации ультразвуковых расходомеров становится возможным устранение вышеприведенных проблем и стабилизация их метрологических характеристик, что значительно поднимет конкурентоспособность этих приборов.

В современной расходометрии также находят применение вихревые счетчики и расходомеры с телом обтекания.

Основными преимуществами вихревого метода измерения являются:

- невысокая стоимость;

- отсутствие вращающихся частей;

- простота и надежность преобразователя расхода;

- независимость показаний от давления и температуры;

- линейность шкалы;

- достаточная точность;

- частотный измерительный сигнал;

- стабильность показаний;

- возможность создания несложных имитационных методов и средств поверки;

- возможность измерения расхода пара и газа.

К недостаткам вихревых расходомеров относятся потери давления, которые для некоторых конструкций достигают 30–50 кПа, и ограничения возможности их применения: они непригодны при малых скоростях потока, поскольку при этом вихри не образуются, а также при больших скоростях, когда вихри невозможно отделить друг от друга – этим объясняются трудности получения большого диапазона расходов; применение их для измерения расходов при больших и малых диаметрах трубопроводов также затруднительно; многие конструкции вихревых расходомеров непригодны также и для измерения расхода загрязненных и агрессивных сред, которые могут нарушить работу преобразователей выходного сигнала [2].

Направлением развития вихревой расходометрии является улучшение метрологических и эксплуатационных характеристик приборов, построение устройств с автоматической коррекцией характеристик по вязкости и температуре измеряемой среды на основе применения микропроцессорной техники и с использованием как дополнительных датчиков температуры и вязкости, так и информативных свойств дорожки Кармана. Вообще, при определенных конструктивных решениях выходной измерительный сигнал первичного преобразователя может нести информацию как о температуре, так и о вязкости контролируемого потока [4].

В условиях дефицита энергоресурсов на Украине все шире используются приборы для их учета. При этом в последние годы наблюдается тенденция увеличения доли приборов ультразвукового типа, несмотря на их более высокую стоимость по сравнению с тахометрическими и вихревыми приборами. Так в Киеве в 2003 году впервые доля отечественных и зарубежных приборов ультразвукового типа среди всех установленных в этом году приборов превысила 50 %. Это объясняется, главным образом, их более высокими эксплуатационными и техническими характеристиками, в первую очередь надежностью и стабильностью характеристик во времени.

В дальнейшем необходимо направить усилия разработчиков и фирм-производителей на дальнейшее усовершенствование, улучшение метрологических характеристик и поиск путей снижения стоимости приборов измерения расхода для повышения их доступности потребителям.

Литература

1. ДСТУ 3339-96. Теплосчетчики. Общие технические условия. Киев: Госстандарт Украины.

2. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение, 1989.

3. Киясбели А. Ш. и др. Частотно-временные ультразвуковые расходомеры и счетчики. М.: Машиностроение, 1984.

4. Писарец А. В. Анализ современного состояния вихревых средств измерения количества вещества. Сборник трудов международной научно-технической конференции «Приборостроение – 2001» // Вестник Черкасского инженерно-технологического института. 2001. С. 53–56.