+7 (499) 500-02-16

+7 (499) 500-02-17

г.Москва, ул.Водников, д.2, стр.4

Метрологический контроль, испытания и поверка счётчиков воды большого диаметра в составе средств коммерческого учёта средств коммерческого учёта тепла на теплоисточниках

20 Февраля 2007

Технический директор ЗАО "ЭСКО 3Э" Милейковский Ю.С.

К коммерческим счетчикам большого диаметра в составе теплосчетчиков я отношу типоразмеры, которые в условиях эксплуатации измеряют расходы воды свыше 600 м³/ч при скорости в измерительном сечении (0,5-1,5) м/с. Метрологические характеристики (MX) указанного элемента теплосчетчика являются определяющими по отношению к другим средствам измерений в его составе. Экспериментальная оценка MX указанных счетчиков на поверочном стенде - наиболее дорогостоящая и физически трудноисполнимая операция. Поясню последнее. Для исключения влияний динамической погрешности на результаты измерений счетчика при корректной оценке его MX требуется время измерений не менее 20 с. Нетрудно подсчитать, что на расходе 3000 м³/ч поверочная установка объемного либо весового типа должна иметь вместимость эталонных средств измерений не менее 16 м³. Стоимость комплекса работ по поверке такого расходомера методом пролива на поверочной установке, т.е. экспериментальным методом достигает 150 тысяч рублей. Надо отметить, что в настоящее время большинство подобных средств измерений поверяются сравнительно дешевыми имитационными или расчетными методами. По результатам подобной поверки указанным счетчикам присваивается погрешность от ±1,5 до ±2,5%. Мой личный опыт утверждает, что погрешность имитационной поверки может быть в несколько раз больше. Причиной является несоответствие идеализированной модели поверки данного счетчика реальным условиям его эксплуатации. В качестве иллюстрации остановлюсь на одном примере.

Мне восемь лет назад в качестве эксперта пришлось участвовать в разрешении конфликта, возникшего на одной из ТЭЦ, где последовательно с нормализованной диафрагмой класса 1.5 установили ультразвуковой счетчик класса 2%. При вероятности Р=0,95 относительная разность результатов измерений указанных счетчиков не должна превышать δ(д) = ±1.1 х Vl .52 + 22 = ±2.8%. Фактически эта разность составила около 10%. Оба счетчика имели действующие свидетельства о поверке установленного образца. Представители завода-изготовителя утверждали, что именно их прибор показывает правильно, приводя в качестве "железных" аргументов результаты натурных испытаний и "бесспорные" аналитические выражения, зафиксированные в утвержденной нормативной документации. Для установления истины мне пришлось провести натурные испытания на месте эксплуатации методом, предлагаемым на рисунке 2 настоящей статьи. Оказалось, что диафрагма в среднем "ушла" на +4%, а ультразвуковой расходомер на -6% от значений расхода, принятого в качестве действительного. Представители завода согласились с результатами испытаний, не нарушая пломб, скорректировали гра-дуировочные характеристики приборов и благополучно отбыли. Спустя год ультразвуковой прибор и поверочный стенд демонтировали. В приведенном примере теплосчетчик на основе нормализованной диафрагмы с точки зрения экономических интересов предприятия оказался более "выгодным" средством измерений. В другом случае все происходило наоборот.

На этом можно было поставить точку, если бы не многочисленные публикации в специализированных изданиях, свидетельствующие о нарастающем интересе к проблеме точных измерений коммерческих средств учета. Некоторые производители теплосчетчиков для решения указанной проблемы рекламируют в качестве панацеи метод подбора согласующихся комплектов расходомеров при выпуске их из производства. По их мнению, таким методом достигается существенное повышение точности измерений на месте эксплуатации. В качестве опорного постулата выдвигается идея, основанная на предположении о том, что погрешность счетчика носит систематический характер, а, следовательно, может быть исключена из результатов его измерений при поверке. С этим достаточно умозрительным заключением, на мой взгляд, можно отчасти согласиться при следующей формулировке - "Погрешность счетчика воды имеет преимущественно систематический характер, фактическое значение которой определяется условиями эксплуатации и качеством прибора, а потому должна быть отнесена к случайным величинам и может быть эффективно исключена только при его калибровке на месте эксплуатации". В определенном смысле это утверждение можно отнести ко всем средствам измерений в составе теплосчетчика.

Для иллюстрации этого положения приведен рис.1. Внесению счетчика в РЕЕСТР СИ предшествуют испытания для целей утвер ждения типа. При указанных испытаниях исследуется погрешность контрольной выборки счетчиков под воздействием влияющих факторов. К влияющим факторам обычно относят температуру теплоносителя, влажность и температуру окружающей среды, а также распределение скоростей воды по сечению потока в измерительной камере счетчика и т.д. По результатам испытаний получают доверительную границу результатов измерений счетчиков (см. область 5-6-7-8 на рис.1). Предел погрешности счетчиков (область 1-2-3-4) обычно принимают по крайнему положению доверительной границы распределения. В данном примере при операциях градуировки индивидуальные границы погрешности двух счетчиков совмещены в области "I", как это показано на рис.1. Но при установке на место эксплуатации (к примеру, прямой и обратный трубопровод теплоносителя) фактические границы погрешности указанных счетчиков могут занять положение, соответствующее области "II" и "III" на рис.1.

Рис.1. Математическая модель погрешности счетчиков-расходомеров воды в составе теплосчетчиков.
Область (1-2-3-4) - предел относительной погрешности счетчиков-расходомеров воды данного типа, область (5-6-7-8) - граница относительной погрешности представительной выборки счетчиков-расходомеров воды по результатам испытаний для целей утверждения типа, I - совмещенная граница относительной погрешности двух счетчиков-расходомеров воды по результатам индивидуальной калибровки или поверки, II и III -границы относительной погрешности счетчиков-расходомеров воды в реальных условиях эксплуатации.

В лучшем случае, когда испытания проведены профессионально, а качество счетчиков при массовом выпуске не уступает качеству контрольной группы, можно утверждать, что фактические границы погрешности счетчиков на месте эксплуатации не выйдут за рамки допустимого предела. Стабилизация фактической границы погрешности счетчика при перемещении его от места поверки на место эксплуатации является достойной темой для серьезной научной работы. При этом определяющим фактором является приближение условий поверки счетчика к условиям эксплуатации. Другими словами, подобных эффектов можно надежно добиваться только при наличии горячеводных поверочных установок. Горячеводные поверочные установки - это дорогие изделия. Затраты при их разработке и строительстве в 2-3 раза больше, чем на хо-лодноводные установки с аналогичным классом точности и диапазоном измерений. Так суммарные затраты на горячеводную поверочную установку с температурой воды до 150°С класса 0.05 с диапазоном измерений 0,01-600 м³/ч составляют не менее 120 тысяч долларов США. Указанная установка при средней производительности 5000 единиц в год способна поверять счетчики с типоразмером от Ду15 до Ду150 мм. Обычно подобную установку располагают в непосредственной близости от источника теплоснабжения с соответствующими параметрами теплоносителя. В противном случае не представляется возможным ее быстрый (с точки зрения экономической целесообразности) выход на заданную температуру и последующая утилизация тепловой энергии при охлаждении. С экономической точки зрения нет смысла проектировать ее для счетчиков с типоразмером более 150 мм. Ведь никому не приходит в голову поверять 20-ти тонные весы 20-ти тонной эталонной гирей. Указанные весы поверяют набором эталонных гирь с одинаковым классом точности. При этом точность измерений суммарного веса только улучшается. Подобный метод предлагается применять для испытаний и поверки счетчиков большего диаметра непосредственно на месте эксплуатации и в соответствии с их реальными эксплуатационными нагрузками. Каждый эталонный счетчик предварительно калибруют на горячевод-ной поверочной установке. Параллельный комплект калиброванных эталонных счетчиков затем устанавливают в стационарный поверочный узел в режим последовательного соединения с поверяемым счетчиком.

На рис.2 принципиально изображен узел учета источника теплоснабжения со счетчиками на прямом и обратном трубопроводе. В отопительный период циркуляция теплоносителя составляет 3600±200 м³/ч при средней температуре 90°С на прямом и 55°С на обратном трубопроводе. В межотопительный период циркуляция составляет 1200±200 м³/ч при средней температуре 70°С на прямом и 35°С на обратном трубопроводе. Поверка узла учета проводится последовательно параллельным набором электромагнитных счетчиков Ду150 мм с пределом погрешности 6Э.С=±0,15% в диапазоне измерений 300-600 м³/ч каждый. Эталонные счетчики предварительно калиброваны при указанных температурах на горяче-водной поверочной установке в заданном диапазоне измерений.

Рис.2. Схема принципиальная испытаний и поверки средств измерений узла учета теплоносителя источников тепла на месте эксплуатации.
АИВК - автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс, УСО - устройство сопряжения, КЭ - клапан электромагнитный, КрЭ - кран электрифицированный, РД - регулятор давления, НЦ - насос циркуляционный, НП - насос подпитки, НВ - насос вспомогательный, Сэ - расход сетевой воды по эталонным счетчикам, Ог - расход сетевой воды по штатному счетчику на подающем трубопроводе, С2 - расход сетевой воды по штатному счетчику на обратном трубопроводе, С" - расход подпиточной воды по штатному счетчику, Тг - подающий трубопровод тепловой сети, Т2 - обратный трубопровод тепловой сети.

На рис.2 представлен вариант поверочного стенда со встроенной исходной поверочной установкой на базе эталонной меры вместимости V=5000 дм³ для горячей воды с пределом погрешности 5Э.У=±0,05%. Погрешность измерений рабочих счетчиков узла учета при калибровке указанным методом может достигать 8С=±0,5%. Для воспроизведения поверочного расхода в отопительный период применяют шесть эталонных счетчиков, установленных в параллель. В межотопительный период поверочный расход воспроизводят аналогично тремя эталонными счетчиками. Наличие горячеводной установки позволяет без больших технических проблем создать эталонное средство для измерений количества тепла класса точности 0.5, а значит произвести экспериментальное метрологическое освидетельствование теплосчетчика с допустимым пределом измерений 8Э.Т=±1%. Указанный теплосчетчик, в свою очередь, позволит производить поверку и калибровку узлов учета тепла непосредственно на месте эксплуатации. В качестве примера подобного метода приведен рис.3. Внедрение предлагаемых технологий станет экономически целесообразным, когда остро встанет вопрос сведения балансов между отпущенной и полученной тепловой энергией. Создание необходимой экспериментальной базы требует параллельного внесения существенных корректив в нормативные документы средств учета тепловой энергии и принципиальных изменений в организацию метрологического контроля.

Рис.3. Схема принципиальная контроля метрологических характеристик теплосчетчика на месте эксплуатации.
ЭСИ1, ЭЭСИ2 -эталонные счетчики-расходомеры, U.i, t3.2, ta.xe - эталонные термометры сопротивлений, ti, t2, txs -термометры сопротивлений теплосчетчика, G1, G2 - счетчики-расходомеры теплосчетчика, АИВК - автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс, ХВ - холодная вода, ГВС - горячее водоснабжение, РТ - регулятор температуры.

Когда в одном из регионов СНГ нашим коллективом была разработана и введена в эксплуатацию горячеводная поверочная установка, группа предприятий производителей тепловой энергии обратилась с просьбой о метрологическом освидетельствовании ультразвуковых расходомеров с накладными датчиками. Целью подобного освидетельствования являлся узаконенный метрологический контроль теплосчетчиков на месте эксплуатации. Была разработана программа испытаний, которая, к сожалению, выявила весьма скромные возможности отечественных и зарубежных приборов подобного типа. Относительная погрешность лучших образцов указанных средств измерений в узком диапазоне 1:10 составила ±3% (по технической документации указанных приборов она не должна была превысить ±1%). Это значило, что при эксплуатационном контроле теплосчетчика с допустимой погрешностью по расходу ±2% относительная разность результатов измерений при доверительной вероятности Р=0,95 не должна выйти за пределы 6Д13 = ±1.1 х V22 +32 = ±4 %. Тем не менее, даже этот достаточно грубый метод позволил выявить и прекратить эксплуатацию большого количества теплосчетчиков, погрешность которых только по расходу превышала 4%. Брак, выявленный при эксплуатационном контроле, затем подтверждался при последующем выборочном снятии указанных приборов и поверке их на холодноводных установках, принадлежащих независимым экспертным центрам.

Последующий анализ подтвердил, невиновность основной массы поверителей в выявленном браке. Система метрологического надзора, доставшаяся нам от СССР, предполагает 100% контроль погрешности измерений приборов при их выпуске и периодической поверке. Поверители при выпуске и периодической поверке продукции наблюдают только индивидуальную границу погрешности, которая как указывалось выше, является принадлежностью конкретных условий испытаний и при должном усердии наладочного персонала всегда меньше допустимого предела даже у заведомо негодных приборов. Попытки усложнения операций поверки в рамках действующей системы, по моему глубокому убеждению, не принесут желаемого результата, но нанесут существенный экономический ущерб потребителю, поскольку стоимость теплосчетчиков заметно увеличится без принципиального улучшения их качества.

На самом деле нам ненужно ничего изобретать. Проблема эффективного контроля качества уже давно решена в экономически развитых странах. В указанных странах качество продукции - это проблема производителя, которым управляют при помощи жестких экономических санкций за брак и престижем торговой марки продукции в глазах потребителя. Действующая система надзора построена следующим образом. Одни независимые экспертные центры периодически контролируют систему качества, установленную у производителя при выдаче ему лицензии на производство. Другая группа экспертных центров выборочно контролирует качество выпускаемой продукции в процессе ее эксплуатации. Независимость экспертных центров основана на конкуренции между ними, взаимном контроле и прямом экономическом интересе при выявлении брака. Но, пожалуй, самым главным является то, что эта система работает по единым нормативам, профессионально и открыто, а потому ее трудно использовать в недобросовестной конкурентной борьбе между производителями.

В заключении я хотел бы попросить уважаемого читателя не обольщаться внешней простотой предложенных решений. Реализация подобных методов требует высокого профессионализма в сочетании с большим опытом в области экспериментальных исследований. Специалисты "Энергосервисной компании ЗЭ" указанными компонентами успеха обладают.


← Назад к списку статей