 |
Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции "Энергоресурсосбережение в строительстве и жилищно-коммунальном комплексе"-2002 (Ярославль, 16 – 17 ноября 2002 г.):
Влияние температуры теплоносителя на погрешность измерения тепловой энергии
Алексей Николаевич Крошкин, начальник Центральной метрологической лаборатории ЗАО "Тепловодомер", к.т.н.;
Ю.Н. Казанов, директор МУП "Теплосеть", Президент Ассоциации "Мособлтеплоэнерго", Заслуженный работник ЖКХ РФ (г. Мытищи Московской области)
В наше время производители и потребители тепловой энергии вступили в товарно-денежные отношения, а в этой ситуации необходимо точное знание количества товара, подлежащего оплате, другими словами, необходим теплосчетчик. Теплосчетчик фактически и юридически является средством измерений (СИ), причем средством измерений, попадающим в сферу действия государственного метрологического контроля и надзора (статья 13 Закона [1]). Правила [2] определяют прибор учета несколько шире, чем СИ, а именно как прибор, который помимо измерений может накапливать, отображать и хранить информацию. Однако следует признать, что основной функцией теплосчетчика все же является измерение, а все сервисные функции служат для проведения финансовых расчетов на основе измерений.
В настоящее время все без исключения коммерческие теплосчетчики реализуют косвенный метод измерения тепловой энергии. Этот метод для закрытой системы подразумевает измерение расхода теплоносителя в трубопроводе, а также температуры на входе и на выходе из системы. Затем тепловая энергия (согласно3 вместо термина "тепловая энергия" также можно использовать термин "количество теплоты") рассчитывается согласно формуле:
где G1 — масса теплоносителя, пришедшая в систему по подающему трубопроводу;
h1, h2 — удельная энтальпия теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе соответственно.
Для открытых систем теплоснабжения схемы измерений и расчетов несколько видоизменяются (в частности, появляется необходимость измерения температуры и массы подпиточной холодной воды на источнике), однако суть метода измерения тепловой энергии остается прежней.
Правила [2] определяют для теплосчетчиков не только верхний предел интегральной погрешности измерения тепловой энергии, но и погрешности в различных каналах теплосчетчика. В частности, в диапазоне расходов (4…100)% от максимального прибор не может иметь погрешность измерения объема (массы) теплоносителя более 2%. Подход к жесткому нормированию погрешностей теплосчетчиков сохранен и в недавно утвержденном ГОСТе [3], где приборы разбиты на классы по величине погрешности измерений, причем для "наихудшего" класса А интегральная погрешность также как и в [2] определена на уровне около 4%.
Несмотря на повышенное внимание, уделяемое в нормативной документации именно точности измерений тепловой энергии, приемлемой для коммерческих расчетов, существует ряд факторов, сводящих на нет все усилия по ее достижению. Дело в том, что в реальных условиях эксплуатации первичный преобразователь расхода работает в трубе, по которой подается либо возвращается теплоноситель (чаще всего вода). Сама идея функционирования систем теплоснабжения подразумевает, что вода должна быть горячей. В подающих трубопроводах температура теплоносителя может доходить до величины 150°С. Однако настройка, испытания и поверка преобразователей расхода в большинстве случаев проводится на холодной воде. При этом предполагается, зачастую необоснованно, что погрешность измерения объема (массы) теплоносителя от его температуры не зависит.
С одной стороны, в силу принципа действия, конструктивных особенностей или специально принятых мер погрешность расходомерного канала прибора может действительно не зависеть от температуры. С другой стороны, физическая природа возникновения температурной составляющей погрешности теплосчетчиков вполне объяснима. Это связано как с изменением физических свойств воды: плотности, вязкости, электропроводности – так и с ее влиянием на параметры измерительного преобразователя: диаметр условного прохода, геометрические размеры деталей, коэффициент трения, удельное сопротивление проводников и т.д. Более подробный анализ подобных факторов можно найти4. В любом случае, наличие или отсутствие значимой температурной составляющей погрешности требует определения в каждом конкретном случае.
Существует два пути проверки гипотезы о температурной "боязни" теплосчетчиков и об ее величине. Первый из них заключается в прямых испытаниях прибора на высокой температуре, второй — косвенный, связанный со статистическим анализом архивов измерений, то есть реальных учетных данных, используемых для расчетов. Тот и другой метод имеет свои достоинства и недостатки, а также ограниченную сферу применения. Прямые испытания очень дороги, для их проведения требуются специальные высокотемпературные поверочные установки. Косвенный метод приемлем не в любой системе теплоснабжения, а только при определенной конфигурации системы и выполнении ряда дополнительных условий. Однако в настоящее время имеются данные, подтверждающие гипотезу о температурной зависимости погрешности теплосчетчиков, полученные как прямым, так и косвенным методом. Эти данные получены в разных организациях и различными авторами, в том числе и в метрологической лаборатории ЗАО "Тепловодомер".
Они позволяют сделать следующие общие выводы:
- Температурная составляющая погрешности расходомерных каналов теплосчетчиков, как физическое явление, имеет место быть и может достигать огромных (с точки зрения допустимых пределов интегральной погрешности) значений.
- Данная составляющая погрешности присуща приборам в разной степени, поэтому для каждого типа средств измерений должны проводиться отдельные исследования.
Такие исследования логично было бы проводить на этапе выхода изделия на рынок, то есть на этапе сертификационных испытаний теплосчетчиков, либо при экспертизе Госэнергонадзора. В противном случае требования документов [2, 3] при практическом использовании для коммерческих расчетов лишены всякого смысла.
Для проведения таких исследований прямым методом могут быть использованы специализированные стенды (установки) различных организаций и, в частности, созданная на базе группы предприятий "Мытищинская теплосеть" горячеводная поверочная установка МТ-ПИК, основу которой составляет трубопоршневой эталон Syncrotrak S-25. Установка обеспечивает рабочий диапазон температур до 150°С, расходов — до 600 м3/ч, погрешность измерения объема (массы) теплоносителя – от 0,02%. Измерительные линии установки приспособлены для монтажа приборов с диаметром условного прохода до 250 мм.
Исследования температурной погрешности актуальны не только для вновь создаваемых, но и для "старых", широко распространенных и используемых в узлах учета приборов. С одной стороны, для таких приборов ситуация даже более предпочтительна, так как имеется большая выборка экспериментальных (архивных) данных и широкое поле для применения косвенных статистических методов исследований. Некоторые специальные приемы, позволяющие без особых затрат доработать схему теплоснабжения для получения необходимых экспериментальных данных, предложены в [4].
Литература:
- Закон РФ "Об обеспечении единства измерений", 1993.
- Правила учета тепловой энергии и теплоносителя, Минтопэнерго РФ, 1995.
- ГОСТ Р 51649-2000. Теплосчетчики для водяных систем теплоснабжения. Общие технические условия.
- Лачков В.И. Метод исследования влияния температуры воды на преобразователи расхода теплосчетчика. Материалы 14-й научно-практической конференции "Коммерческий учет энергоносителей", С.-Петербург, ноябрь 2001 г.
|
|
|
