Теплоэнергетика: Вчера, сегодня, завтра

Учет тепловой энергии стал актуальным вопросом в последнее время. В соответствии с Федеральным законом от 27.07.2010 N 190-ФЗ (ред. от 08.12.2020) "О теплоснабжении" (с изменениями и дополнениями от 01.01.2021) коммерческий учет тепловой энергии, теплоносителя осуществляется путем их измерения приборами учета в соответствии с правилами коммерческого учета тепловой энергии, утвержденными Постановлением Правительства РФ от 18.11.2013 N 1034 (редакция от 13.02.2019) "О коммерческом учете тепловой энергии, теплоносителя".

Узел учета тепловой энергии оборудуется теплосчетчиками и приборами учета, типы которых внесены в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений. Подбор оборудования для коммерческого узла учета тепловой энергии — это сложный процесс, который требует всестороннего изучения и рассмотрения с точки зрения целесообразности, надежности, практичности, погрешности применяемого оборудования и ряда других факторов. Средства измерения, входящие в узел учета тепловой энергии, должны иметь сертификат об утверждении типа средств измерений и быть внесены в Государственный реестр средств измерений, иметь положительное экспертное заключение Ростехнадзора. Подбором средств измерений для узлов учета, как правило, занимаются специализированные проектные и инжиниринговые организации, в то же время, специалистам, которым придется обслуживать данные узлы, желательно знать заранее «подводные камни», которые могут встретиться в случае неправильного подбора оборудования. Основное внимание в первую очередь нужно обратить на правильность подбора расходомера, как прибора, который вносит основную составляющую в общую погрешность измерения количества тепловой энергии.

Определение количества тепловой энергии (горячей воды, теплофикационной воды, теплоносителя) возможно различными методами измерения, который можно разделить на две основные группы:

1. Преобразователи, реализующие метод измерения, основанный на внесении каких-либо механических элементов в трубопровод:

  • тахометрические
  • вихревые
  • переменного перепада давления

Недостатки: протяженные прямолинейные участки трубопровода до и после места установки измерительных преобразователей и относительно низкая чувствительность при низких скоростях измеряемой среды (особенно при применении метода переменного перепада давления и вихревого метода), сложность в обслуживании, не высокая надежность из-за наличия движущихся частей в конструкции преобразователей, малый срок службы.

Достоинства: простота конструкции и низкая цена на стадии закупки.

2. Преобразователи, реализующие метод измерения, основанный на использовании акустических и электромагнитных эффектов:

  • ультразвуковые;
  • электромагнитные.

Недостатки: относительно высокая стоимость на стадии закупки.

Достоинства: широкий диапазон измерения, высокая точность измерения, отсутствие выступающих в трубопровод элементов, практически отсутствие потерь давления на участке измерения, высокая надежность за счет отсутствия механических частей в конструкции преобразователей, длительный межповерочный интервал.

Широкое применение электромагнитных расходомеров в России (по некоторым данным доля электромагнитных расходомеров на сегодня превышает 80%) объясняется в первую очередь исторически сложившимся рынком производителей в России. Вторая причина обусловлена существенно более сложным технологическим процессом изготовления ультразвуковых расходомеров по сравнению с электромагнитными. При производстве ультразвуковых расходомеров требуется точное соблюдение стандартов, применение высококачественных элементов пьезоэлектрических преобразователей и электронных компонентов, необходимых для высококачественного приема, передачи и обработки сигналов. Чтобы досконально отработать собственную технологию при массовом выпуске ультразвуковых расходомеров, предприятию приходится тратить 5-10 лет, иметь собственную метрологическую базу с калибровочными установками для расходомеров различного типоразмера. Несмотря на массовое использование электромагнитных приборов, им свойственны и многочисленные недостатки: снижение точности измерения при налипании осадков, в большей степени магнетита, на рабочие поверхности; дестабилизация показаний счетчика (смещение нуля, появление систематических погрешностей и др.) из-за блуждающих токов на трубопроводах.

Так выглядит внутри расходомер после одного года эксплуатации

Указанные обстоятельства не гарантирует сохранения заявляемых высоких метрологических характеристик электромагнитных расходомеров на протяжении межповерочного интервала при работе на загрязненном теплоносителе, что характерно для большинства регионов России. Например, в журнале «Энергосбережение» (№ 5 за 2003 г.) помещена статья российских специалистов из ООО «Теплоучетсервис» при ГУП «Мосгортепло», посвященная эксплуатационным качествам электромагнитных теплосчетчиков, которые составляют основную массу установленных в г. Москве приборов. Согласно приведенным данным, после завершения межповерочного срока эксплуатации из почти 2500 предварительно промытых (!) электромагнитных приборов, не прошли периодическую поверку 40%. Аналогичные выводы получены в результате испытаний и за рубежом, в Германии. По итогам трехлетней эксплуатации расходомеров в идентичных условиях, контрольные замеры показали, что электромагнитный расходомер занижал показания на 20%, а ультразвуковой – менее чем на 1%.

Западная Европа прошла эволюционный путь от тахометрических счетчиков к электромагнитным и затем к ультразвуковым. В середине 80-х гг. прошлого века доля электромагнитных расходомеров составляла около 40%. Затем ситуация стала изменяться. Например, в системах теплоснабжения Дании к началу 1990- х гг. доля ультразвуковых приборов составила 80%, а электромагнитных – упала с 40 до 12%. Именно по данным причинам в последнее время потребители и производители тепловой энергии в России все больше стали обращать внимание на ультразвуковые расходомеры при измерении количества теплоносителя. Неоспоримые достоинства ультразвуковых расходомеров: надежность, высокая точность, быстродействие, помехозащищенность – определили их широкое распространение.

Одним из лидеров рынка является ультразвуковой расходомер жидкости OPTISONIC 3400 производства компании КРОНЕ

Ультразвуковой расходомер жидкости OPTISONIC 3400

Ультразвуковые расходомеры OPTISONIC 3400 имеют следующие отличительные особенности и преимущества:

  • конструкция с тремя акустическими каналами;
  • самый широкий диапазон доступных номинальных диаметров: DN 25 – DN 3000;
  • полностью сварная конструкция, сохранение точности измерений на протяжении многих лет, отсутствие потенциальных мест утечки;
  • температура измеряемой среды от -200°C до +250°C;
  • усовершенствованная электроника с полнофункциональными модулями ввода-вывода и протоколами обмена данными, включая комплексную диагностику и измерение скорости звука для возможности идентификации продукта или анализа технологического процесса,
  • нечувствительность к отложениям (магнетита или другое);
  • невосприимчивость к перепадам давления или вакууму во время запуска;
  • раздельная версия подходит для трубопроводов, подверженных воздействию вибрации;
  • компенсация расширения трубопровода при высоких температурах теплоносителя;
  • назначенный срок службы расходомера - 25 лет;
  • средняя наработка на отказ - 200 000 часов;
  • первичная поверка производимых расходомеров производится исключительно проливным методом, в том числе расходомеров диаметром до 1400 мм. (это безусловное преимущество компании КРОНЕ в России), с помощью собственной метрологической базы поверочного оборудования и эталонов;
  • периодическая поверка расходомеров OPTISONIC 3400 имитационным методом, в том числе и без демонтажа прибора с технологического трубопровода;
  • возможность снятия и установки пьезоэлектрических преобразователей без остановки потока измеряемой среды;
  • компания KROHNE имеет огромный опыт производства ультразвуковых расходомеров: более 40 лет и десятки тысяч изготовленных приборов.

В дополнение хотелось бы сказать о диагностических возможностях конвертера UFC 400 OPTISONIC 3000, которые соответствуют рекомендациями NAMUR NE107:

  • сообщения о состоянии: вывод сообщений о состоянии на дисплей, через токовый выход и/или выход состояния, протокол HART® или через другой интерфейс связи
  • параметры диагностики первичного преобразователя: скорость звука на каждом акустическом канале, скорость потока, коэффициент усиления, соотношение сигнал/шум
  • параметры диагностики технологического процесса: пустая труба, целостность сигнала, кабельное соединение, условия потока
  • параметры диагностики преобразователя сигналов: мониторинг шины данных, подключения Вх./Вых., температура электроники, целостность параметров и данных.