Размещено на http://www.allbest.ru/

Учет количества теплоты и массы теплоносителя в системах теплоснабжения с трубопроводами большого диаметра

С.Н. Канев

Проблема учета количества теплоты и массы теплоносителя в системах теплоснабжения с трубопроводами большого диаметра (Dy>300 мм) стоит в настоящее время достаточно остро.

В России, как правило, в узлах учета с трубопроводами больших сечений используются преобразователи расхода на базе сужающих устройств и альтернативы сужающим устройствам пока еще не нашли.

Надо заметить, что за рубежом для измерения расхода и массы теплоносителя наравне с преобразователями расхода на базе СУ в настоящее время успешно применяются также и преобразователи других типов - ультразвуковые и электромагнитные. При этом отметим, что в этих случаях за рубежом, как правило, используются преобразователи расхода с измерительным участком (даже при Dy=2000 мм), которые как единое целое поверяются на специальных стендах. Врезные (погружные) преобразователи расхода на трубопроводах большого сечения не используются из-за их недостаточной метрологической надежности.

Неоднократные попытки использования врезных (погружных) ультразвуковых и электромагнитных преобразователей расхода на трубопроводах большого диаметра в России заканчивались, как правило, неудачно.

Наш опыт использования погружных (врезных) преобразователей расхода «ВЗЛЕТ», КМ-5Б, ДРК на трубопроводах Dy=300-800 мм показал низкую метрологическую надежность этих преобразователей.

Использование полнопроходных преобразователей расхода с Dy=300-2000 мм в России сдерживается отсутствием специальных стендов и методик для поверки этих расходомеров. Проливочные стенды для поверки таких расходомеров в России отсутствуют, а имитационные способы поверки или отсутствуют или вызывают большие сомнения.

Несмотря на все вышеизложенное, Хабаровские тепловые сети решили внедрить в г. Хабаровске три узла учета с полнопроходными преобразователями расхода:

· узел учета на насосной станции по пер. Холмскому на базе электромагнитных расходомеров фирмы «Кроне» (Dy=400 мм);

· узел учета на насосной станции «Энергомаш» на базе ультразвуковых расходомеров фирмы «Сименс» (Dy=800 мм);

· узел учета на микрорайон ул. Флегонтова на базе электромагнитных расходомеров фирмы «Кроне» (Dy=600 мм).

По различным причинам первые два узла учета в настоящее время не работают, а третий узел учета сдан в эксплуатацию с 1 ноября 2008г. В настоящее время специалистами Хабаровского центра энергоресурсосбережения на данном узле учета проводятся эксплуатационные испытания.

Эксплуатационные испытания преследуют следующие цели:

1. Проверить надежность и стабильность работы преобразователей расхода в процессе эксплуатации.

2. Разработать беспроливную методику поверки электромагнитных преобразователей расхода без их демонтажа.

Исследуемый узел учета состоит из двух полнопроходных электромагнитных расходомеров OPTIFLUX 4300 фирмы KROHNE с условным проходным диаметром Dy=600мм, комплекта термопреобразователей КТСПР и тепловычислителя СПТ 961. Последовательно с электромагнитными расходомерами установлен ультразвуковой накладной расходомер РТ878 фирмы PANAMETRICS. Данный расходомер был сначала установлен на подающий трубопровод, а затем на обратный трубопровод и подключался к тепловычислителю СПТ 961. Данные с узла учета через GSM-модем выводились на сервер ХЦЭС.

Принципиальная схема измерительного участка приведена на рис.1. Как видно из этого рисунка, для накладного расходомера РТ878 использована 2-х ходовая схема звукового сигнала, когда оба датчика установлены по одной стороне трубы. При этом длина прямолинейного участка от первого сопротивления (конфузор) до ультразвукового расходомера l1 равнялась примерно 8 диаметрам, а после расходомера l2 составляла примерно 7 диаметров.

Рис 1. Принципиальная схема измерительного участка.

1, 2, 3, 4 - дисковые затворы; 5, 6 - расходомеры Optiflux 4300 C, А - место установки накладного расходомера PT878.

В соответствии с инструкцией по эксплуатации на РТ878 эти величины должны быть не менее 10 и 5 диаметров соответственно. Мы не смогли выполнить это условие, так как были ограничены габаритами помещения, в котором располагается узел учета (это отдельно стоящее здание длиной 18 м и шириной 8 м). Заметим, что на обратном трубопроводе перед накладным расходомером имеется совмещенное местное сопротивление: колено и конфузор. Все дисковые затворы 1-4 находятся в открытом состоянии.

В соответствии с НТД на РТ878, он имеет следующие технические характеристики:

· диапазон измерения скорости потока 0,3-12,2 м/с;

· условный диаметр трубопровода 12-5000 мм;

· динамический диапазон по расходу 1/400;

· пределы допускаемой относительной погрешности при измерении объемного расхода ±1% для времяимпульсного метода при объемном расходе .

В качестве основных испытуемых преобразователей расхода, как следует из вышеизложенного, применялись полнопроходные электромагнитные преобразователи расхода OPTIFLUX 4300 фирмы KROHNE.

Эти преобразователи имеют следующие характеристики:

· условный диметр измерительного участка 600 мм;

· динамический диапазон измерения по расходу 305,4-12215 м3/ч;

· диапазон измерения скорости 0,3-12,0 м3/ч;

· относительная погрешность измерения объемного расхода , где = м/с.

Для справки: цена одного такого преобразователя расхода составляет ориентировочно 20-25 тысяч евро.

Мы остановились на данного типа преобразователях расхода по следующим причинам:

1. В 2007 году на нашем натурном стенде были проведены эксплуатационные испытания преобразователя расхода OPTIFLUX 5300 с диаметром условного прохода dy=25 мм. Результаты этих испытаний приведены в и из них видно, что данный преобразователь расхода зарекомендовал себя очень хорошо.

2. В отличие от всех других преобразователей расхода данный тип преобразователей позволяет осуществлять 100% диагностику в процессе его эксплуатации, которая подробно описана в . Отметим лишь некоторые главные проблемы, которые могут возникать в процессе эксплуатации и которые диагностирует этот прибор:

· наличие газовых включений в жидкости;

· коррозия электродов;

· повреждение футеровки (абразивное воздействие твердых величин);

· загрязнение электродов (отложение маслянистых продуктов и загрязнений на электродах);

· внешние магнитные поля;

· короткое замыкание на электродах (частички металла, приставшие к измерительной трубе);

· частичное заполнение (прибор неверно установлен);

· профиль потока (влияние местных сопротивлений);

· контроль катушки возбуждения на сопротивление, температуру, короткое замыкание/обрыв;

· неточность обработки сигнала (дрейф компонентов);

· повышение температуры обмотки выше допустимого значения;

· нелинейность магнитной системы и обработка сигнала (внешние магнитные поля, дефект электронного блока);

· неверное значение выходного тока возбуждения (перегрузка, обрыв провода в обмотке).

Как видно из вышеизложенного, диагностические инструменты в OPTIFLUX обеспечивают информацией:

- о процессе (проводимость, температура обмотки, газовые включения в жидкости, профиль потока);

- об окружающем пространстве (температура конвертора, внешние магнитные поля);

- о правильности работы расходомера (функциональность, линейность, точность, любые дрейфы).

В качестве примера самодиагностики рассмотрим, как в расходомере OPTIFLUX происходит идентификация профиля потока. На верхнюю обмотку возбуждения подается ток I1, а на нижнюю ток I2, которые генерируют магнитные поля противоположных знаков в верхней и нижней части измерительной трубы. Результирующие напряжения U1 и U2, вызванные токами I1 и I2, компенсируются на электродах.

Если U1=U2 (U1-U2=0), то профиль потока неискаженный (симметричный), если же U1U2, то профиль потока искаженный (несимметричный). Это может быть по следующим причинам:

· измерительная труба не полностью заполнена;

· отложения на данной части трубы;

· неверная установка сенсора (заступ прокладок внутри трубопроводной линии);

· влияние местных сопротивлений и т.д.

Большое количество внутренних тестов дает уверенность, что измерение осуществляется должным образом в сложных применениях и условиях окружающей среды. Именно это обстоятельство отличает расходомер OPTIFLUX от других расходомеров.

Результаты испытаний приведены в табл. 1-3 и на рис. 2-10. В табл. 1-3 приняты следующие обозначения: - температура и давление теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах соответственно; - масса теплоносителя, прошедшая по подающему и обратному трубопроводам и измеренная расходомером OPTIFLUX, - то же самое, но измеренное накладным расходомером РТ878, ; - количество теплоты, измеренное при помощи расходомеров OPTIFLUX и тепловычислителя СПТ, а .

На рис. 2-4 приведены среднечасовые расходы, прошедшие по подающему трубопроводу, измеренные преобразователями расхода OPTIFLUX и РТ878, а также расхождение между их показаниями , рассчитанное по формуле:

где - объемный расход, измеренный преобразователем OPTIFLUX, а - объемный расход, измеренный преобразователем РТ878.

Как видно из этих рисунков, расхождение между показаниями полнопроходного расходомера OPTIFLUX (Krohne) и накладного РТ878 (Panametrics) не превышает 2%. Причем вначале испытаний (рис. 2) оно составляло около 1% со знаком плюс, а через месяц (рис.4) это расхождение увеличилось до 1,5% и при этом знак плюс изменился на минус. То есть вначале испытаний накладной расходомер показывал расход меньший, чем полнопроходной, а через месяц все поменялось местами.

19 февраля 2009 года накладной расходомер был переставлен с подающего на обратный трубопровод. На рис. 5-7 приведены среднечасовые расходы, измеренные преобразователем OPTIFLUX и РТ878, установленным на обратном трубопроводе, а также расхождение между их показаниями, рассчитанное по формуле

где - объемный расход, измеренный полнопроходным расходомером, а - накладным расходомером.

Рис. 2. Среднечасовой расход по подающему трубопроводу V1 и расхождение между показаниями расходомеров за 12.12.2008.

Рис. 3. Среднечасовой расход по подающему трубопроводу V1 и расхождение между показаниями расходомеров за 03.02.2009.

Рис. 4. Среднечасовой расход по подающему трубопроводу V1 и расхождение между показаниями расходомеров за 15.02.2009.