Автоматизированные системы учета газа на ТЭЦ Мосэнерго

А. В. Захаренков, В. Н. Дегтерев, В. В. Усанов, А. А. Шкурин, А. А. Ефимов, Г. М. Иванова

В 2000 году Мосэнерго было принято решение о создании автоматизированных систем коммерческого учета расхода отпущенного тепла, полученного газа, и в качестве одного из пилотных объектов была выбрана ТЭЦ 26.

Опыт создания и эксплуатации на этой ТЭЦ коммерческих узлов учета тепла с использованием теплосчетчиков СПТ-960 был изложен в [1]. В 2000 году на ТЭЦ 26 начались работы по созданию системы коммерческого учета газа (АСКУГ) с использованием расходомеров газа «Гипер-Флоу-ЗП», производимых НПО «Вымпел». Опытная эксплуатация АСКУГ была начата в декабре 2001 года и продолжалась в течение двух лет. Все это время велось постоянное сопоставление показаний АСКУГ с данными расчета по диаграммам самописцев. При этом велась доработка как технических средств, так и программного обеспечения. Разработку, монтаж и наладку АСКУГ проводила организация «Электроцентрналадка». В 2003 году система принята в эксплуатацию. Общая стоимость затрат без учета расходов на установку калориметра составила 2 млн руб.

Приборостроительная промышленность предлагает весьма ограниченный круг средств измерения расхода газа для трубопроводов диаметром 400–800 мм, используемых в газораспределительных пунктах (ГРП) ТЭЦ. В связи с этим сохраняет свои позиции метод измерения расхода по перепаду давления на диафрагме. Этому методу измерения расхода присущи такие недостатки, как наличие потери давления, сложность периодической поверки диафрагм, требования по длине линейных участков, узкий динамический диапазон. Последнее определяется квадратичной зависимостью между расходом и перепадом давления, в связи с чем 10 % расхода соответствует только 1 % от максимального перепада давления.

При наличии узкого динамического диапазона расходомеров важным является структура газопроводов ГРП, позволяющая за счет отключения части из них при снижении нагрузки обеспечить работу расходомеров в узком динамическом диапазоне. Тем не менее, задача расширения динамического диапазона расходомеров газа остается актуальной.

Первым способом расширения динамического диапазона, давно применяемым на ТЭЦ, является использование при одной диафрагме двух и даже трех комплектов дифманометров с вторичными приборами. В соответствии с [2] расход газа на ТЭЦ должен производиться с предельной относительной погрешностью ±1,6 %. В таблице приведены значения динамического диапазона, в котором удается это требование выполнить при использовании с одной диафрагмой одного и двух измерительных комплектов, включающих дифманометр и вторичное устройство. Данные, приведенные в таблице, получены при расчете расходомеров газа по программе «Расходомер-СТ» версия 4.47 для газопровода диаметром 400 мм с максимальным расходом 400 тыс. м³/ч при отсутствии погрешностей, создаваемых местными сопротивлениями. При погрешности как дифманометра, так и вторичного устройства ±1 % (ДМ; КСД) это требование нельзя обеспечить, так как минимальная погрешность расходомера при максимальном расходе уже составляет ±2 %. Аналогичная картина имеет место при использовании дифманометра с предельной погрешностью ±0,25 % и вторичного ±1 % (ДД; КСУ), для них минимальная погрешность при максимальном расходе составляет ±1,9 %. Только при использовании приборов с предельной погрешностью ±0,5 % удается получить погрешность расходомера менее ±1,6 % в ограниченном динамическом диапазоне. При погрешностях дифманометров 0,25 % и использовании вторичных микропроцессорных устройств с аналогичной погрешностью и менее обеспечивается требуемая погрешность расходомера.

Следует отметить, что в условиях эксплуатации из-за дополнительных погрешностей, вызванных влиянием изменений температуры и рабочего давления, трудно ожидать погрешностей дифманометров менее ±0,25 %.

Вторым способом расширения динамического диапазона является использование микропроцессорных дифманометров с коррекцией их индивидуальных характеристик. Так, у расходомеров газа «Гипер-Флоу-ЗП» при динамическом диапазоне 1–10 предел относительной погрешности определения расхода составляет ±0,5 %. В этом динамическом диапазоне погрешность с учетом погрешности диафрагмы по расчету Ростеста не превышает ±1,5 %. При измерении вводятся сигналы по давлению, температуре, и производится приведение расхода газа к нормальным условиям (t = 20°C, p = 101,325 кПа). С использованием указанных расходомеров строятся АСКУГ на ТЭЦ Мосэнерго, которых в настоящее время принято в эксплуатацию девять.

Система подачи газа на ТЭЦ 26 содержит два распределительных пункта ГРП-1 и ГРП-2. ГРП-1 состоит из пяти трубопроводов, а ГРП-2 – из шести, на каждом установлены диафрагмы и расходомеры «Гипер-Флоу-ЗП». Потребителями газа являются котлы семи энергоблоков и 11 пиковых водогрейных котлов. Суммарное месячное потребление газа в отопительный сезон составляет около 300 млн м³, в летний – 180 млн м³. Разветвленная структура ГРП хотя и требует повышенных расходов на оснащение АСКУГ и ее эксплуатацию, но зато обеспечивает более высокую надежность системы распределения газа, возможность работы расходомеров в ограниченном динамическом диапазоне за счет изменения числа нагруженных трубопроводов, упрощает проведение периодической поверки диафрагм и измерительной системы.

Структурная схема системы учета газа представлена на рисунке.

Структурная схема АСКУГ

На вычислитель комплексного датчика «Гипер-Флоу-ЗП» поступает сигнал dP от преобразователя разности давлений ДП-007, измеряющего перепад давления на диафрагме, которая установлена в трубопроводе газа. Там же находится термопреобразователь сопротивления градуировки 50М, формирующий сигнал по температуре t. Давление газа измеряется преобразователем давления ДИ-005, сигнал которого (Р) также поступает на вход датчика.

Выходы «Гипер-Флоу-ЗП» каждого ГРП подключены к шине М-bus, по которой информация передается на вычислительный блок ВБ-002. Необходимые для расчетов данные по характеристикам трубопровода, сужающего устройства, составу газа вводятся ППЗУ вычислителя. Расход газа рассчитывается по ГОСТ 8.563.1; ГОСТ 8.563.2. Вывод информации производится на двухстрочный ЖК-индикатор и по интерфейсу RS-232 подается на принтер и сервер, в который поступает также сигнал от калориметра КСНГ-05. Сервер обеспечивает хранение и обработку информации по ниткам подвода газа, которую затем передают в локальную сеть станции. К сети подключены мониторы операторских станций (ОС), начальника смены станции (НСС), ПТО, руководства ТЭЦ и др. Блок ВБ-002 может комплектоваться модемом телефонной связи для передачи информации в сеть Мосгаза. В памяти блока ВБ-002 фиксируются все вмешательства в работу системы с глубиной до 1 200 обращений. В настоящее время изготовителем произведена модернизация расходомера и вычислительного блока («Гипер-Флоу-ЗПм, МАС-003»).

Затраты за потребленную с газом тепловую энергию определяются как расходом газа, так и его теплотворной способностью. На всех ТЭЦ Мосэнерго установлены непрерывные микропроцессорные калориметры, измеряющие объемную теплоту сгорания газа. Калориметры представляют собой наиболее сложные и дорогостоящие устройства из всех измерительных устройств, эксплуатируемых на ТЭЦ. Их установка производится в специальном помещении при соблюдении соответствующих правил подключения к газопроводу. В результате суммарная стоимость затрат на калориметр и его установку достигает 3 млн руб.

На ТЭЦ 26 с АСКУГ работают калориметры КСНГ-05 и более совершенная его модификация – НКС (производство ЗАО «Теплофизические приборы», Санкт-Петербург). КСНГ-05 производит измерение удельной теплоты сгорания в диапазоне 25–50 МДж/м³ (5 970–11 940 ккал/м³) с приведенной погрешностью ±0,5 %, у НКС диапазон измерения 25–41 МДж/м³ (5 970–10 750 ккал/м³) при относительной погрешности ±0,45 %. Калориметры работают по компенсационному методу измерения: в термостате находится измерительная и сравнительная камеры, в последней поддерживается постоянная выделяемая мощность. В измерительной камере сжигается газ в объеме, необходимом для поддержания нулевой разности температур между обеими камерами. Объем газа, подаваемого в измерительную камеру, известен с высокой точностью благодаря поддержанию его постоянных параметров, известному объему дозирующих цилиндров и числу ходов поршней. Калибровка калориметра производится по образцовым газовым смесям. Значение усредненной за час теплотворной способности газа (q) вводится в систему, и его можно увидеть на экране монитора при вызове системы коммерческого учета расхода газа.

Обслуживание, калибровку, поверку и ремонт калориметров производит подразделение Мосэнерго Мосэнергоналадка. При сложных отказах ремонт отдельных блоков калориметра делает производитель. В Мосэнерго по данным ТЭЦ рассчитывается среднее значение теплоты сгорания газа. При отклонении показаний калориметра более чем на 84 кДж/м³ (20 ккал/м³) от среднего значения производится вызов ремонтной бригады Мосэнергоналадки.

При погрешности канала ввода сигнала калориметра ±0,2 % погрешность учета внесенного тепла по одному трубопроводу без учета дополнительных погрешностей составляет ±1,8 %. Погрешности учета общего расхода газа и полученного с ним тепла по ТЭЦ зависят от нагрузки трубопроводов.

Важной операцией является ежегодная поверка всех эле-ментов, входящих в АСКУГ. Отдельно поверяются преобразователи температуры. Поверка «Гипер-Флоу-ЗП» совместно с ВБ-002 производится при подаче давления на входы манометра и дифманометра, вместо термопреобразователя подключается магазин сопротивлений. Поверка производится при вариации максимальных, расчетных и минимальных значений P, t при значениях dP, составляющих 1; 3; 10 и 100 % максимального перепада давления. Погрешность определяется при сопоставлении полученных значений расхода с рассчитанными Ростестом по ГОСТ 8.563.1; ГОСТ 8.563.2 значениями. Каждые три месяца проводится калибровка и два раза в год поверка калориметра с использованием эталонных газовых смесей, которые поставляются ВНИИМ им. Д. И. Менделеева (Санкт-Петербург).

Следует отметить, что предприятия Газпрома используют косвенный метод определения ОТС, по которому ОТС рассчитывается по составу газа, определенному по показаниям хроматографа (ГОСТ 22667, ГОСТ 30319). Поскольку перерасчет оптовой цены на газ производится по фактическому значению ОТС, то расхождение этих значений у Мосэнерго и поставщика газа служит источником разногласий. Для их урегулирования ВНИИМ им. Д. И. Менделеева разработал рекомендации по метрологии «Теплота объемная (энергия) сгорания природного газа. Метрологическая экспертиза результатов измерений, полученных с использованием калориметров и газовых хроматографов» (Р50.2.043-2005). К сожалению, этот документ официально до сих пор не принят в качестве руководящего во взаимоотношениях поставщика и потребителей газа.

Выводы

1. Система учета газа на базе «Гипер-Флоу-ЗП» в целом является надежной и удобной в эксплуатации. Она обеспечивает учет газа во всем диапазоне нагрузок ТЭЦ.

2. Погрешности учета расхода газа и внесенного с ним тепла по одному трубопроводу для рассмотренной выше АСКУГ не превышают соответственно ±1,5 и ±1,8 %. Погрешности учета суммарного расхода газа и тепла на ТЭЦ ниже указанных цифр и зависят от нагрузки трубопроводов и их числа.

3. Исходя из опыта эксплуатации, надежность работы калориметров является недостаточной, и требуется доработка отдельных его элементов.

4. Для снятия разногласий между поставщиками и потребителями газа необходимо официально в качестве основы соглашения о поставке газа принять документ «Теплота объемная (энергия) сгорания природного газа. Метрологические эксперименты, результаты измерения, полученные с применением калориметров и газовых хроматографов» (З50.2.043-2005).

Литература

1. Иванова Г. М., Ячина С. П., Дегтерев В. Н. и др. Теплосчетчики в системе учета отпущенного тепла ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2002. № 1. С. 39–43.

2. РД 34.11.321-96. Нормы погрешности измерений технологических параметров тепловых электростанций и подстанций. М.: Изд. ВТИ, 1997.