Датчики расхода теплоносителя

 

Для измерения расхода теплоносителя наиболее игроков распространение получили датчики расхо­да с сужеными устройствами, ультразвуковые, элек­тромагнитные, вихревые и тахометрические датчики расхода

Датчики расхода с сужающими устройствами или датчики расхода переменного перехода давления ис­пользуют зависимость перепада давления на сужа­ющем устройстве, установленном в трубопроводе, от расхода.

Эти расходомеры обладают рядом достоинств, ос­новными из которых являются высокая надежность из­мерений и низкая зависимость качества измерений от физико-химических свойств измеряемой жидкости. Однако эти приборы имеют и недостатки, например та­кие: узкий динамический диапазон, нелинейность ха­рактеристик, высокое гидравлическое сопротивление, оказываемое потоку жидкости первичным преобраз­ователем, необходимость демонтажа для ежегодной поверки, сложность эксплуатации, сложный монтаж, требуемые длинные прямые участки (трубопровода до и после места установки ППР). Эти недостатки за­трудняют применение данных приборов и становятся очевидными в сравнении с преимуществом», созда­ваемыми применением современных приборов дру­гих типов.

В последнее время датчики данного типа п составе теплосчетчиков постепенно вытесняются другими видами датчиков расхода.

Принцип денегвии ультразвуковых датчиков расхо­да основан на излучении и приеме ультразвукового

сигнала и измерении разности времени его распрост­ранения по потоку жидкости и против него. Измерен­ная разность времени распространения сигнала про­порциональна средней скорости потока жидкости и ее расходу. Некоторые ультразвуковые вод счётчики имеют портативные переносные модификации (как, например, расходомер счетчик «Днелр-7»), позво­ляющие проводить оперативные измерения на раз­личных трубопроводах и получать общую информа­цию о потреблении и распределении теплоносителя.

Ультразвуковые датчики расхода обладают сле­дующими преимуществами: не создают гидравличе­ского сопротивления потоку среды. обеспечивают сравнительно широкий динамический диапазон и вы­сокую линейность измерений, имеют высокую точ­ность и надежность, могут поверяться бес проливными (имитационными) методами без демонтажа с трубо­провода.

Для ультразвуковых расходомеров характерны требуемые длинные прямые участки, необходимость выполнения высокоточных линейных измерений при монтаже, чувствительность к «завоздушиванию» сре­ды, чувствительность к состоянию внутренней поверх­ности трубопровода (если применяются накладные датчики расхода).

Появление многолучевых ультразвуковых расхо­домеров позволило сократить длину прямых участков в несколько роз, применение измерительных участ­ков, изготовленных 8 заводских условиях, исключает необходимость выполнения высокоточных линейных измерений непосредственно и о трубопроводе, воз­можность выбора между врезными и накладными дат­чиками позволяет учесть состояние внутренней поверхности трубопровода.

Ультразвуковые расходомеры для трубопроводов небольших диаметров, как правило, изготавливаются с измерительным» участками, на которых установле­ны врезные ППР.

Поверка ультразвуковых расходомеров может выполняться имитационным или проливным методами.

Для измерения расхода в трубопроводах большо­го диаметра (обычных для источников тепловой энер­гии) следует отдавать предпочтение многоканальным расходомерам, о которых преду­смотрена компенсация температурного влияния но скорости ультразвука, возможность применения как накладных, так и врезных датчиков; которые уком­плектованы готовыми измерительными участками, имеют максимальное допустимое расстояние между ППР и вычислительным блоком расходомера, рабо­тоспособны при температуре теплоносителя до 180 “С; ППР хорошо защищены от действия окружающей среды.

В настоящее время наиболее крупным отечест­венным производителем ультразвуковых расходоме­ров является ЗАО «Взлет» (С.-Петербург). Большое распространение получили ультразвуковые расходо­меры производства АО «Центрприбор» (Москва),

«Альбатрос Инжиниринг РУС» (Москва), НПП «Сатиру» (Москва) и др.

Принцип действия электромагнитных датчиков рос- хода основан но явлении электромагнитной индукции. При прохождении электропроводящей жидкости че­рез импульсное магнитное поле в ней наводится электродвижущая сила, пропорциональная средней ско­рости потока жидкости и ее расходу. Как ультразву­ковые, так и электромагнитные датчики расхода при измерении не оказывают влияния но измеряемый по­ток, поскольку не создают препятствий течению теп­лоносителя.

Электромагнитные расходомеры обеспечивают высокую точность измерений (часто применяются в качестве образцовых приборов), практически нечув­ствительны к загрязнению и физико-химическим свой­ствам жидкости (единственное ограничение для сов­ременных приборов — жидкость должна быть элек­тропроводной с удельной проводимостью не менее 10 ^s Ом/м), имеют широкий динамический диапазон (до 200) и способны измерять очень малые расходы, создают минимальное гидравлическое сопротивление потоку, нечувствительны к осесимметричным измене­ниям профиля распределения скоростей потока, име­ют высокое быстродействие, не требуют длинных пря­мых участков до и после место установки лимборо: (4-8 Ду).

Электромагнитные расходомеры в основном при­меняются на трубопроводах небольшого диаметра (до ДуЗОО).

Основные российские производители электромагнитных расходомеров: ЗАО «Взлет» (С.-Петербург), ПО «Машзавод «Молния» (Москва), ООО «ТБН- энергосервис» (Москва), НПФ «ТЭМ-сервис» (Моск­ва), ЗАО «АСВЕГА-М» (Москво), ЗАО «Теплоком» (С.-Петербург), ЗАО «Промсервис» (г. Димитрсвград Ульяновской обл.), ЗАО «ВТК Эмерго» (г. Киров), ГУП РФ Владимирский завод «Эталон» Госстандарта России (г. Владимир), ОАО «Арзамасский приборостроитель­ный завод» (г. Арзамас Нижегородской обл.) и др.

Электромагнитные расходомеры для трубопрово­дов большого диамотра в России выпускаются ПО «Мошзовод «Молния» (Москва), «ТБН-энсргосервис» (Москва) Они существенно отличаются от электро­магнитных расходомеров для трубопроводов неболь­шого диаметра. До настоящего времени донные при­боры не получили широкого распространение. По-ви­димому, это объясняется сложностью их монтажа, недостаточной стабильностью характеристик, необ­ходимостью поверки проливным методом (повероч­ные проливные стенды для труб большого диаметра уникальны и имеются только в Козани, Москве, С.-Пе­тербурге).

Вихревой метод измерения расхода основан на измерении частоты отрыва вихрей (вихревая «дорож­ка Кармана»), возникающих при обтекании потоком жидкости погруженного в нее тело обтекания. Часто­та вихрей пропорциональна средней скорости пото­ка, а амплитуда колебаний давления — пропорционально квадрату средней скорости (скоростная напору). Измерение частоты может выполняться при помощи ультразвуковых или электромагнитных дат­чиков, датчиков давления. Вихревой метод применяется также для измерения расхода паро и газовы сред-

Для вихревых расходомеров характерны следу­ющие положительные особенности: они к физико-химическим свойствам жидкости, ад» каково удобны для выполнения измерений на трубо­проводах малых и больших диаметров, обеспечиваемые хорошую точность измерений и быстродействие.

Для трубопроводов малых диаметров вихрей! расходомеры обычно конструктивно выполняются вместе с измерительным участком. Для трубопрово­дов большого диаметра применяются расходомер погружного типа (тело обтекания размещается по оо> потока на специальной штанге).

Характеристики расходомеров недостаточно ста­бильны, динамический диапазон недостаточно шире(соизмерим с динамическим диапазоном ультразву­ковых расходомеров и в несколько роз меньше динамического диапазона электромагнитных расходомеров), требуемые прямые участки довольно велики- (10-20 Ду).

Вихревые расходомеры производятся на таких российских предприятиях, кок ЗАО «ИВК-Саяны» (Москва). Промышленная группа «Метран» (г. Челябинец- ЗАО НПО «Промприбор» (г. Колуго). ЗАО «Фив- укор» (Москва), планируется начать произведем вихревых расходомеров на ЗАО «Взлет» (С.-Петербург).

Тахометрические датчики расхода используют зависимость частоты вращения тело, установленного трубопроводе (крыльчатки, ось которой оси трубопровода, или трубники, ось котором совпадают с осью трубопровода), от скорости движения теплоносителя или от его объёма. Этот метод измерения получил широкое распространение за рубежом для коммерческих расчетов.

Токио расходомеры обеспечивают высокие то есть измерений и чувствительность, мало измены, слабо чувствительны к физико-химическим вам жидкости, не требуют длинных прямых уч (4..5 Ду). До времени их неоспоримы решающим достоинством была относительно низкая цена.

Вместе с тем турбинные расходомеры быстро к грязнится и выходят из строя, имеют трущиеся, узкий динамический диапазон» задают значительное гидравлическое сопротивлений которое увеличивается из-за обязательной установки фильтра. В связи с уменьшенном цен магнитные приборы, привлекательность расходомеров перестало быть решающей.

К наиболее крупным отечественным производи лам турбинных расходомеров можно отнести QA

кМыткщиискся теплосеть» и ЗАО «Тепловодомер» (г. Мытищи Московской обл.).

Преобразователи температуры, используемые в составе теплосчетчиков, чаще всего представляют собой платиновые термометры сопротивления. Их ус­танавливают в подающий, обратный трубопроводы, о со источнике теплоты также и трубопровод хо­лодной воды, используемой для подпитки системы теплоснабжения. Измеренные значения температуры и разности температур в трубопроводах по линиям связи передаются тепло вычислитель. Последний, используя заложенные в его помять константы, но ос­нове значений температуры, о также давлений рас- считывает значения энтальпии.

Исходя из целей и задач, решаемых теплосчетчи­ками, они должны обладать следующими свойствами; легитимностью, системностью, надежностью, простотой и экономичностью эксплуа­тации

Под легитимностью понимают соответствие свойств теплосчетчике» требованиям существующей нормативно -термической документации.

Основные документы, в которых сформулированы требования к теплосчетчикам, следующие.

1. Рекомендация OIMl R75. Теплосчетчики.

2. Рекомендация МИ 2164-91. ГСИ. Теплосчетчики. Требования к испытаниям, метрологической ат­тестации, поверке. Общие положения.Европейский стандарт EN 1434-97. Теплосчет­чики.

3. Международный документ OIML ID II. Общие требования к электронным средствам измерения.

4. Рекомендация OIMl PR 3.2. Счетчики воды с элек­тронными блоками.

5. Рекомендация МИ 2112-97. ГСИ. Водяные систе­мы теплоснабжения. Уравнения измерений тепло­вой энергии и количества теплоносителя. М., ВНИИМС, 1997.

6. Рекомендация МИ 2553-99. ГСИ. Тепловая энер­гия в системах теплоснабжения. Методика оценивания погрешностей измерений. Основные положения.А Аксмендация МИ 2537-99. ГСИ. Тепловая энер­гия в открытых системах теплоснабжения, полу­ченная потребителем. Методика выполнения из­мерений.

7. Правило учета тепловой энергии и теплоносителя / Ггсвгосэнергсмадзор — М.: МЭИ, 1995. — 68 с.

Основными требованиями, предъявляемыми к теп­лосчетчиком, являются:

- теплосчетчики должны иметь сертификат Гас- стагщсрта РФ об утверждении типа средства измерения, быть зарегистрированы в Государ­ственном реестре средств измерений и иметь заключение Главэнергонадзора; теплосчетчики должны обеспечивать измере­ние тепловой энергии с относительной погреш­ностью не более 5 % при разности температур в подающем и обратном трубопроводах от 10 до 20 °С, и не более 4 % при разности температур более 20 °С; приборы, измеряющие массу (объем) теплоно­сителя (в составе теплосчетчика), должны иметь относительную погрешность не более 2 % в диа­пазоне расхода воды от 4 до 100 %; I измерение температуры теплоносителя дол­жно выполняться с абсолютной погрешностью приборы, регистрирующие давление теплоно­сителя, должны обеспечивать его измерение с относительной погрешностью не более 2 %.

Под системностью понимают возможность при помощи одного типа приборов обеспечить учет как, но источниках тепло, так и у потребителей, и возмож­ность интеграции в автоматизированные системы сбо­ра, накопления, обработки и отображения информа­ции, а также управления потреблением тепла

Учет тепловой энергии у потребителей и на источ­никах тепла, организованный с использованием при­боров одного типа, позволяет уменьшать или исклю­чать методические погрешности метода измерения и аппаратурные погрешности используемых приборов.

Источники тепло подают в тепловые сети теплоно­ситель по трубопроводам, кок правило, диаметром 400"г-1200 мм, Потребители получают теплоноси­тель, кок правило, по трубопроводом диаметром от 50 до 400 мм.

В таком диапазоне значений диаметров трубо­проводов могут быть использованы теплосчетчики производства фирм ЗАО «Взлет» (С.-Петербург), ООО «ТБН-энергосервис» (Москва), ПО «Машзавод «Молния» (Москва), ЗАО «Центроприбор» (Москва), «Альбатрос Инжиниринг РУС» (Москва).

Возможность интеграции теплосчетчика в автома­тизированные системы определяется, с одной сторо­ны, технической возможностью считывания информа­ции из оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ) теплосчетчика в ЭВМ и, с другой стороны, наличием специального сертифицированного программного обеспечения, позволяющего реализовать подобный обмен информацией. Часто очень полезным может оказаться наличие у теплосчетчика дополнительных унифицированных выходов, дублирующих, например, комолы измерения расходов. В этом случае оказывается возможной простая интеграция теплосчетчика в существующую автоматизированную систему, постро­енную но базе какого-либо контроллера.

Надежность как свойство теплосчетчика проявля­ется в процессе сто эксплуатации и определяется на­дежностью входящих в его состав элементов. Основ­ным элементом, надежность которого фактически оп­ределяет надежность теплосчетчика в целом, является расходомер. Свойство расходомеров, используемых для измерения расхода теплоносителя, подробно проанализированы выше. Отметим только, что надеж­ность роботы теплосчетчика во многом зависит от качества монтажа и соблюдения правил эксплуатации теплосчетчика.

Известный нам опыт позволяет оценить как «высо­кую» надежность теплосчетчиков фирм «Взлет», «Ас- вего-М»; «умеренно высокую» — фирм «ТБН-энерго- сервис», «ТЭМ-сервис; «невысокую» — фирм «Мол­ния», «Арзамаский приборостроительный завод», «ИВК-Саяны», «Мытищи-Камструп». Следует иметь в виду, что донная оценка субъективно и, очевидно, мо­жет сильно отличаться от точки зрения, например, предприятий — изготовителей данных приборов.

Технологичность монтажа теплосчетчика опреде­ляется свободой выбора метода и конкретного места его монтажа, о также затратами на монтаж.

Свобода выбора место монтажа теплосчетчика определяется ограничениями, накладываемыми на длину «прямых» участков трубопровода до пер­вичных преобразователей и после них, а также допускаемыми длинами линий связи между датчи­ками и ТВ.

Затраты на эксплуатацию теплосчетчиков оп­ределяются периодичностью и содержанием работ по их обслуживанию и периодической поверке. Наибольшая продолжительность меж поверочного пе­риода для современных теплосчетчиков составляет от 3-5 лет.

По содержанию периодической поверки преиму­щество имеют теплосчетчики, для которых существу­ет утвержденная методика поверки имитационным методом.

Основные российские производители теплосчет­чиков: ЗАО «Взлет» (С.-Петербург), ПО «Мошзавод «Молния» (Москва), ООО «ТБН-энергосервис» (Москва), НПФ «ТЭМ-сервис» (Москва), ЗАО «АСВЕГА-М» (Москва), ЗАО «Теплоком» (С.-Петер­бург), «Логика» (С.-Петербург), ЗАО «Промсервис» (г. Димитровград Ульяновской обл.), ЗАО «ВТК Энерго» (г. Киров), ГУП РФ Владимирский завод «Эталон» Госстандарта России (г. Владимир), ОАО «Арзамосский приборостроительный завод» (г. Арзамас Ни­жегородской обл.), НПО «Системотехника» (г. Ива­ново), ПО «Точмош» (г. Владимир), ООО «Енха» (г. Белгород), ЗАО «Центрприбор» (Москва), ЗАО «Центроприбор» (г. Рязань), «Альбатрос Инжини­ринг РУС» (Москва), Промышленная группа «Мет- ран» (г. Челябинск), ЗАО «ИВК-Сояиы» (Москва), ЗАО «Мытищи-Камструп» (г. Мытищи Московской обл.), ОАО «Мытищинская теплосеть» & ЗАО «Тепло-

водомер» (г. Мытищи Московской обл.), НПФ «Выи пол» (г. Саратов), ТОО «НПФ «ЭКОС» (Москва|. НПП «Флоу-Спектр» (Москва) и др.