Приборы учёта тепловой энергии и теплоносителя

Измерение количества теплоты осуществляется теплосчётчиками. Теплосчётчик также измеряет и количество теплоносителя, т.е. объем или массу переданного теплоносителя за определённый промежуток времени.Теплосчётчики — приборы или комплекты приборов (средства измерения), пред­назначенные для определения количества теплоты и измерения массы и параметров теплоносителя (его температуры и давления). Состав теплосчётчика показан на рис. 13.2.

Количество теплоносителя или его расход может также измеряться прибо­рами, которые носят названия расходомеров, счётчиков воды и счётчиков пара.

Счётчики воды — приборы, предназначенные для измерения массы (объёма) воды, протекающей в трубопроводе через сечение, перпендикуляр­ное направлению движения потока. Расходомеры-счётчики, в отличие от счётчиков воды, позволяют вычислять расход жидкости в трубопроводе. Они состоят из первичных преобразователей расхода и микропроцессорного устройства, которое преобразует сигнал от первичного преобразователя в значения массового (объёмного) расхода и массы (объёма) теплоносителя.

Счётчики пара — приборы, измеряющие массу пара, протекающего в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению движения потока. В состав этих приборов обязательно входят датчики расхода и элект­ронный блок, производящий вычисление количества теплоносителя. Кроме того, в состав теплосчётчика должны входить датчики расхода теплоносителя, датчики температуры, а при измерениях в паровых системах тепло­снабжения и датчики давления.

Рис. 13.2. Состав теплосчётчика

Важнейшей частью теплосчётчика является тепловычислитель — уст­ройство, обеспечивающее расчёт количества теплоты на основе входной информации о массе, температуре и давлении теплоносителя. Он выполняет преобразование сигналов расходомеров, термометров сопротивления, преоб­разователей давления в цифровые значения накопленной тепловой энергии, массы (объёма) теплоносителя, температуры подаваемой, обратной, а иногда и холодной воды подпитки. Указанная информация отображается по запросу пользователя на электронном табло и архивируется в памяти прибора. Архивируются среднечасовые, среднесуточные, а иногда и среднемесячные параметры. Архивные данные, как правило, сохраняются в электронной памяти при отключении питания прибора, что обеспечивает независимый встроенный источник питания. Многие модели тепловычислителей преду­сматривают возможность объединения группы теплосчётчиков в локальные измерительно-информационные сети.

По показаниям тепловычислителя можно определить, имели ли место нарушения договора между энергоснабжающей организацией и потребите­лем теплоты за расчётный период времени.

Другими необходимыми составными частями теплосчётчика являются дат­чики расхода, температуры и давления теплоносителя. Датчики расхода — наиболее важные элементы теплосчётчиков в том смысле, что от них суще­ственно зависят технические и эксплуатационные характеристики теплосчётчиков. Для измерения расхода теплоносителя наиболее широкое распро­странение получили датчики с сужающими устройствами, ультразвуковые, электромагнитные, вихревые и тахометрические датчики.

В датчиках расхода с сужающими устройствами, или датчиках расхода переменного перепада давления, используется зависимость перепада давле­ния на сужающем устройстве (диафрагме, сопле), установленном на трубо­проводе, от расхода. Этот тип датчиков применяется в течение длительного времени. К их недостатку можно отнести наличие существенного гидравли­ческого сопротивления. В последнее время датчики данного типа в составе теплосчётчиков постепенно вытесняются другими видами датчиков расхода.

Принцип действия ультразвуковых датчиков расхода основан на излуче­нии и приёме ультразвукового сигнала, измерении разности времени его распространения по потоку жидкости и против него. Измеренная разность времени распространения сигнала пропорциональна средней скорости потока жидкости и ее расходу.

Принцип действия электромагнитных датчиков расхода основан на явле­нии электромагнитной индукции. При прохождении электропроводящей жил- кости через импульсное магнитное поле в ней возникает электродвижущая сила, пропорциональная средней скорости потока жидкости и ее расходу. Недостатком этих датчиков является чувствительность к содержанию в воде оксидов железа.

Вихревые датчики расхода используют для определения средней скоро­сти потока ее зависимость от частоты отрыва вихрей жидкости или газа, воз­никающих при погружении в поток твёрдого тела определённой формы. Час­тота отрыва вихрей может быть определена электромагнитными или ультразвуковыми датчиками. Недостатком вихревых расходомеров является появление дополнительного гидравлического сопротивления при погруже­нии в поток плохообтекаемого тела.

Для измерения массы теплоносителя применяются тахометрические счётчики воды, в которых используется зависимость частоты вращения тела, установленного в трубопроводе, — крыльчатки (ось которой перпен­дикулярна оси трубопровода) или турбиной (ось совпадает с осью трубопро­вода) от скорости движения теплоносителя или его объёма. Этот метод измерения получил широкое распространение за рубежом для коммерческих расчётов.

Как ультразвуковые, так и электромагнитные датчики расхода при изме­рении не оказывают влияния на измеряемый поток, поскольку не создают препятствий течению теплоносителя.

Для правильного измерения расхода на участке трубопровода перед мес­том установки расходомера и после него требуется предусмотреть прямоли­нейные участки для стабилизации потока теплоносителя, т.е. для выравнива­ния профиля скорости по сечению трубопровода. На этих участках не должно быть поворотов, изменения сечений трубопровода, не должна нахо­диться запорная арматура. Длина прямолинейных участков обычно равна нескольким диаметрам трубопровода. Она обязательно должна быть указана в технической документации датчика расхода. Некоторые расходомеры выполняются в виде участка трубы с установленным на ней прибором, кото­рый непосредственно подключается к трубопроводу. В этом случае прямо­линейные участки могут быть уже предусмотрены предприятием-изготови­телем в составе прибора и учитываются при указании его габаритных размеров.

При выборе теплосчётчика следует обращать внимание на требования к качеству воды для работы датчиков расхода. Приборы, рассчитанные на массового пользователя, должны быть надёжны и просты в эксплуатации.

Датчики температуры, используемые в составе теплосчётчиков, чаще всего представляют собой платиновые термометры сопротивления. Их уста­навливают на подающем, обратном трубопроводах, а у источника теплоты также и на трубопроводе холодной воды, используемой для подпитки сис­темы теплоснабжения.

Датчики давления представляют собой тензопреобразователи или ёмкостные преобразователи, имеющие унифицированный токовый выход­ной сигнал. Нужно отметить, что не все теплосчётчики комплектуются пре­образователями давления. Это связано с тем, что регистрация давления обя­зательна не во всех системах теплоснабжения.

Измеренные значения температуры и давления в трубопроводах по линиям связи передаются на тепловычислитель, который на их основе рассчитывает значения энтальпии.

Приборы учёта тепловой энергии, устанавливаемые на узле учёта, должны быть зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений. Для каждого прибора устанавливается межповерочный интервал, в течение кото­рого прибор должен проходить обязательную поверку. Поверка первичных преобразователей расхода, входящих в состав теплосчётчиков, может произ­водиться при натурных испытаниях, т.е. при проливке их на специальном стенде, либо имитационным способом. В этом случае отпадает необходи­мость демонтажа преобразователей расхода, установленных на трубопрово­дах узла учёта.

Теплосчётчик должен соответствовать условиям эксплуатации в систе­мах теплоснабжения. Для водяных систем температура измеряемой среды должна составлять 5 —150 °С. Максимальное давление измеряемой среды, на которое рассчитан теплосчётчик, должно быть не ниже 1,6 МПа.

Приборы учёта должны проводить измерения с заданной точностью. Метрологические требования к приборам учёта сформулированы в [1]. Они соответствуют международным требованиям к приборам учёта.

Согласно [1] должна быть предусмотрена защита прибора учёта от несан­кционированного вмешательства в его работу, нарушающего достоверный учёт тепловой энергии, массы или объёма теплоносителя и регистрацию его параметров.