На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Пояснительная записка к методике выполнения измерений потребляемой воды и тепловой энергии на транзитных домах
Коптев В.С., Прохоров А.В., Сычев Г.И.
В данной работе анализируются главные источники
погрешностей в разностных схемах измерения тепловой энергии и предлагаются способы
их понижения до допустимых значений. Весь жилой сектор Москвы представляет собой
дома, в каких трубопроводы тепло- и горячего водоснабжения сразу выполняют
транзитные (транспортные) функции, обеспечивая снабжение поочередно присоединенных
домов. Ежели для домов с параллельным подключением, также для одиночных либо конечных
в цепях домов неувязка учета теплопотребления имеет обычное решение, то обеспечение
учета на транзитных домах и, а именно, метрологических требований, очень проблемно.  Потому разработка способов обеспечения требуемых
метрологических характеристик водо- и теплоучета в разностных
схемах очень актуальна.
Весь жилой сектор
Москвы в зависимости от района от 40 до 60% представляет собой дома, в каких трубопроводы
тепло- и горячего водоснабжения сразу выполняют транзитные (транспортные)
функции, обеспечивая снабжение поочередно присоединенных домов. Такое последовательное
включение домов в трассу теплоснабжения дозволяло понизить издержки при строительстве
в сопоставлении с параллельным подключением, при котором каждый дом подключался к трассе
независимо. Стройку теплотрасс велось таковым образом, что цепь могла состоять
из 3-х и поболее поочередно включенных домов, а в частых вариантах теплоснабжение
реализовывалась подключением к одному транзитному дому пары цепей, также
другими, наиболее сложными методами.
Ежели для домов
с параллельным подключением, также для одиночных либо конечных в цепях домов неувязка
учета теплопотребления имеет обычное решение, то обеспечение учета на транзитных
домах и, а именно, метрологических требований в согласовании с требованиями ГОСТ
Р 51649 [1] и «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя»
[2] (дальше «Правил»), очень проблемно. Относительная погрешность измерения
тепловой энергии теплоносителя при разностных измерениях в зависимости от величины
разбора тепла может достигать 20 и поболее процентов, что неприемлимо при коммерческом
учете. Следует отметить также, что в большинстве транзитных домов
изменение («переврезка») трубопроводной сети с целью отделения транзитного дома
от цепи, т.е. переход от поочередной к параллельной схеме подключения, фактически
невозможен либо просит значимых издержек. Потому разработка способов обеспечения
требуемых метрологических характеристик водо- и теплоучета
в разностных схемах очень актуальна. К данной же теме относится неувязка точности
измерений в системах горячего водоснабжения (дальше ГВС) у потребителя при двухтрубном
подключении.
В данной работе
анализируются главные источники погрешностей в разностных схемах измерения тепловой
энергии и предлагаются способы их понижения до допустимых значений.
В связи с принятым
решением о использовании для целей теплоучета теплосчетчиков с электромагнитным
принципом измерения расхода, дальше будем проводить анализ с учетом особенностей
работы расходомеров-счетчиков этого типа.
Исходя из опыта
производства и эксплуатации электромагнитных расходомеров, расходомеров-счетчиков
и теплосчетчиков их измерительные каналы преобразования расхода (размера, массы)
с нужной для нас точностью могут быть представлены линейной функцией преобразования
вида:
 – настоящий расход (размер, масса), м3/ч (м3, т)
 – коэффициент преобразования (чувствительность)
канала расхода,
 – смещение нуля канала расхода.
При всем этом удобнее
расход (размер, массу) представлять в относительной нормализованной форме, как отношение
текущего значения к наибольшему значению (а для размера и массы как отношение фиксированного
к очень вероятному за контролируемый просвет времени). Тогда значения нормализованного
расхода (размера, массы) будут находиться в интервале от «0» до «1» (либо от 0 до
100%). Настоящий нормализованный расход, также меняется в этом интервале. Значение
«
 – нормализованный расход (размер, масса),
 – наибольший расход (размер, масса), м3/ч (м3,
т), описывает масштаб.
Отметим, что функция
преобразования безупречного преобразователя будет:
Требования к погрешностям
измерения устанавливают «Правила», при всем этом для водяных систем теплоснабжения пределы
погрешности измерения размера и массы составляют
Рис.1
На рис.1 для наглядности
с искажением масштаба графически изображена область допустимых отклонений функций
преобразования массы (размера) расходомерных каналов теплосчетчиков в согласовании
с «Правилами» (трапеция со штриховкой). Там же изображена ровная – как функция преобразования
идеального преобразователя (помечена знаками i) и две прямые – как функции максимально
допустимых вариантов преобразования (помечены знаками L1 и L2). Характеристики «
Дополнительно
отметим, что отличия коэффициента преобразования «
На основании вышеизложенного
определяем эквивалентные характеристики функции преобразования в разностной схеме измерения
при использовании независимо откалиброванных электромагнитных преобразователей расхода.
В данной схеме измерения расход первого преобразователя
 расходов, а расход второго есть транзитный
Таковым образом,
при использовании разностной схемы измерения у результирующей функции преобразования
расхода параметр смещения «0» растет на величины
Эти величины взяты
по модулю, т.к. для оценки погрешности измерения нам важны конкретно размеры вероятных
отклонений. Исходя из результатов анализа статистики соотношений нагрузок транзитных
домов и следующих домов в жилом секторе Москвы, величина отношения
«Правилами» величина
относительной погрешности измерения разностного расхода при использовании в разностной
схеме измерения независимо откалиброванных электромагнитных преобразователей расхода
может превосходить 40%.
Ясно, что ежели
мы будем стремиться уменьшить величины данной погрешности до требуемых по «Правилам»
традиционно повышая класс точности устанавливаемых на транзитных домах устройств,
то нам будет нужно сделать лучше его наиболее, чем в 20 раз. Беря во внимание
тот факт, что понижение погрешности расходомеров вдвое достигается приблизительно
за 10 лет, то таковой скачок абсолютного увеличения метрологических черт
счетчиков-расходомеров, теплосчетчиков в наиблежайшие годы навряд ли возможен, в том
числе и в части метрологического обеспечения. Но несложно узреть, что величины
Для увеличения
наглядности разглядим похожую задачку измерения разности массы 2-ух гирь взвешиванием
каждой на собственных весах. Ежели гири имеют настоящие массы 1,0 кг и
0,9 кг, а измеряются весами с относительной погрешностью 1% в спектре от 0,2 кг
до 2,0 кг, при всем этом 1-ые завышают, а 2-ые занижают показания в пределах погрешности,
то ошибка в измерении первой гири будет плюс 10 гр, а 2-ой гири – минус
девять гр. Тем относительная погрешность измерения разности масс
составит 19%. В то же время при взвешивании гирь на одних и тех же весах наибольшая
ошибка не превзойдет 1-го грамма и, следовательно, относительная погрешность будет
не наиболее 1%.
Следует отметить,
что при всем этом у весов в спектре измерений обязана быть обеспечена линейность, т.е.
не обязано быть локальных и общего гистерезиса (эффекта аккомодации) функции преобразования.
Разглядим возможность
обеспечения парной калибровки расходомеров-счетчиков в схемах учета на транзитных
домах.
Для этого воспользуемся
опытом эксплуатации электромагнитных расходомеров в разностных схемах измерения.
Как нередко бывает, более информативным тут является опыт в смежных
отраслях индустрии, к примеру, эксплуатации систем защиты от прогара фурм доменных
печей.
Метод работы
систем сводится к контролю разности расходов в подающем и обратном трубопроводах.
Эта разность рассматривается, как утечка охлаждающей воды вовнутрь домны через свищ,
возникающий вследствие прогара фурмы. Подобные электромагнитные расходомеры выпускались
с 80-х гг. прошедшего века, к примеру, компанией Krohne (первичные преобразователи расхода
MID 51D с электронным блоком TIV 60D) [3]. Такие системы, реализованные на российских
расходомерах современной конструкции, удачно работают на домнах ОАО «Северсталь»,
при этом разрешают при помощи парной калибровки выявлять утечки наименее 10 л. в
час при расходе 30-40 м3/ч, т.е. на уровне 0,03-0,04% от рабочего значения расхода.
При всем этом следует
отметить, что охлаждающая оборотная вода имеет очень низкое качество, т.к. годами
используется без фильтрации с открытыми накопительными емкостями, выполненными из темной углеродистой стали. Крайнее событие делает
этот опыт более близким к условиям эксплуатации в настоящих системах водяного
теплоснабжения Рф. Температура охлаждающей воды колеблется от 10°С в зимнее время до 30°С в летнее время.
В этих критериях
электромагнитные расходомеры эксплуатируются без очистки измерительного канала первичных
преобразователей от 1,5 до 2,5 лет, обеспечивая выявление утечек с вышеуказанными
уровнями.
Возможность измерения
малой разности огромных масс либо размеров воды с малой погрешностью при помощи электромагнитных
расходомеров экспериментально подтверждена также и исследованиями сибирских учёных [4].
Расхождение в показаниях 2-ух однотипных электромагнитных водосчетчиков за время
более полугода составило порядка 0,1%.
Таковым образом,
эти данные разрешают подтвердить возможность использования парной прикалибровки
двух электромагнитных расходомеров в пределах взаимных отклонений
не превосходящих 0,1% в локальной области их рабочего спектра в течение наиболее 1-го
года при близких температурах измеряемой среды в обоих каналах измерения расхода.
Такое согласование настоящих личных метрологических черт на определенном
узле учета (с учетом личных критерий эксплуатации) при помощи прикалибровки
наряду с повторяющимся контролем метрологических черт является неотклонимым
условием для четкого измерения утечек по мнению [5].
Последующим по значимости
для доказательства способности использования парной подкалибровки расходомеров является
опыт эксплуатации теплосчетчиков для закрытых систем, где расходомер, установленный
на обратном трубопроводе, играет роль контролирующего,
выявляющего по способности необнаруженные утечки. Анализ работы расходомерных каналов
в таковых теплосчетчиках указывает, что почти всегда, при условии закрытости
самой системы отопления, приметных конфигураций меж подающим и обратным трубопроводами
в течение, по последней мере годичной эксплуатации, не наблюдается.
Наиболее того, ежели
такие конфигурации у отдельных абонентов и происходят, то
они и разрешают в конечном итоге выявлять предпосылки утечек.
Беря во внимание значимый
разброс меж избираемыми верхними пределами по расходу таковых теплосчетчиков и настоящими
расходами общественная статистика подтверждает, что у электромагнитных расходомеров, по
крайней мере в течение года эксплуатации, в спектрах
расходов от
 не отмечается приметных уходов калибровочных черт.
Естественное желание
получить подобранную пару/тройку расходомерных каналов по аналогии с комплектом
термопреобразователей [6] не подтверждается экспериментальными данными, а предложения
по [7] представляют собой очень далёкие от настоящих устройств умозрительные конструкции.
Следует сходу отметить, что пробы уменьшить расхождение показаний расходомерных
каналов в теплосчетчике за счет одновременной калибровки обоих каналов на проливной
установке и ужесточение требований к их вероятным отклонениям в процессе калибровки,
как правило, не дают желаемые результаты [8], [9]. Отмечается влияние на градуировочную
характеристику расходомерного канала, не считая температурных погрешностей, остальных дестабилизирующих
факторов, связанных с установкой первичных преобразователей расхода (ПрП) на трубопровод
(отклонение оси ПрП от оси трубопровода, выступание либо утопание прокладок и т.п.)
и иными критериями эксплуатации. При всем этом опыт калибровочных работ на проливных
установках указывает, что наибольшие конфигурации калибровочных черт расходомерных
каналов, связанные с возможными отклонениями позиционирования ПрП при их установке
на трубопроводах, не превосходят 1% и могут быть скомпенсированы незначимой подстройкой
регулировочных частей (либо программных средств), определяющих чувствительность
и смещение «0».
Очень увлекателен
опыт эксплуатации теплосчетчиков в открытых системах горячеводного теплоснабжения
жилых спостроек. Нестационарный нрав употребления жильцами горячей воды, также
возможные перетоки меж системами ГВС и ХВС в квартирных смесителях, из-за их неплотности,
не разрешают с высочайшей достоверностью применять эксплутационный опыт теплоучета
в этих системах. Тем более, анализ статистически важного массива архивных данных
теплосчетчиков на ГВС подтверждает стабильность разности среднечасовых значений
расходов в периоды фактически гарантированного отсутствия водоразбора, т.е. в 2-3
часа ночи (часа «Быка»).
Таковым образом, исходя из анализа опыта эксплуатации двухканальных электромагнитных
теплосчетчиков на отопительных сетях и горячем водоснабжении следует:
1. У электромагнитных
расходомеров в течение 2-3 месяцев быть может обеспечена нужная стабильность
разностной расходомерной свойства (т.е. менее 0,1% взаимных отклонений);
2. Парная калибровка расходомерных каналов в процессе выпуска теплосчетчиков
из- за дестабилизирующего влияния установочных причин на метрологические свойства
расходомерных каналов не может обеспечить надежного решения теплоучета в разностных
схемах измерения в согласовании с «Правилами»;
3. Наибольшая
величина отклонений калибровочных черт за счет влияния установочных причин
не превосходит 1%, т.е. для электромагнитных расходомерных каналов теплосчетчиков,
выпускаемых с классом 1% с учетом доборной погрешности из-за причин установки
суммарные отличия свойства преобразования расхода не выходят за границы
установленных «Правилами » требований.
4. Дестабилизирующее
влияние установочных причин на свойства преобразования электромагнитных
расходомерных каналов быть может постоянно скомпенсировано имеющимися регулировочными
средствами.
Не считая перечисленных
факторов, на появление доп погрешностей оказывает влияние температура
и давление измеряемой среды, температура и влажность окружающего воздуха, питающее
напряжение и др. Потому для ослабления влияния этих причин целенаправлено:
1. Парные каналы
(их электронную часть) лучше располагать в одном блоке с общим питающим напряжением
и схожими критериями эксплуатации.
2. Характеристики теплоносителя
(температура и давление) не должны значительно различаться в этих каналах.
Используя эти
критерии, с целью выбора рационального конфигурационного решения теплосчетчика для
транзитных домов разглядим вероятные варианты алгоритмов теплоучета.
На рис.2 схематично
изображена транзитная схема теплоснабжения элемента цепи из 2-ух домов.
1.
 теплосодержание в подающем трубопроводе на входе
и выходе из дома фактически не меняется.
Сумма поступающих
в дом расходов теплоносителя равна сумме выходящих из дома расходов плюс вероятные
утечки. Потому что утечки в отопительной системе жилого дома фактически исключены:
Отсюда, используя
Следует отметить,
что конкретно этот метод определения потребляемой домом тепловой энергии употребляет
результаты измерения расходов при более близких параметрах теплоносителя.
Где потребляемое
домом тепло определяется как разность потребляемой тепловой энергии всеми домами
в цепи и потребляемой тепловой энергии последующими в цепи домами. Для рис.2:
т.е. эквивалентный
ранее определенному метод определения потребляемой домом
тепловой энергии.
Тем более,
использование обычного метода объединения расходомерных каналов в едином
блоке и даже вычисление тепловой энергии одним вычислителем очень проблемно.
Потому, пожалуй,
самым хорошим методом исходя из убеждений обеспечения метрологически надежных
разностных измерений является метод:
к тому же этот
алгоритм дозволяет вычислить потребляемое домом тепло без «подмеса» теряемого тепла
на междомовых трассах.
Не представляется
сложной задачка «привязки» калибровочных черт 3-х платиновых термопреобразователей.
Сразу следует оговорить, что стоимость подобранных в тройку термопреобразователей
возрастает менее, чем на 20 % ( с учетом установочной
арматуры около 3 тыс. руб.)
1. Электромагнитные
расходомерные каналы установленного в узле учета на жилом доме теплосчетчика соответствуют
требованиям «Правил».
2. Наибольшее
относительное отклонение среднечасовых больших и массовых расходов в парных расходомерных
каналах не может превосходить 4% в спектре расходов от 4 до 100% от верхних пределов
измерений расходов.
3. Ежели не выполняется
условие 2, теплосчетчик должен быть демонтирован с узла учета и повторно комиссионно
поверен.
4. Для понижения
случайной составляющей погрешности, связанной с колебаниями расхода, шумами преобразователей
при сопоставлении характеристик функций преобразования расходомерных каналов время скопления
объема (массы) обязано быть наиболее 900 с.
5. Для исключения
произвола при проведении «привязки» черт каналов, 1-ый расходомерный
канал теплосчетчика по отоплению принимается за опорный и величины его настроечных характеристик на момент выпуска
из производства сохраняются в течение всего времени эксплуатации в узле учета на
доме.
Исходя из вышеизложенного,
предлагается последующая методика проведения «привязки» каналов.
Методика проведения привязки расходомерных каналов 1. Теплосчетчик
устанавливается на трубопроводы системы отопления в транзитном доме в согласовании
с рис.3
Рис.3
Примечание: группы
вентилей, помеченных сероватым цветом, могут не устанавливаться на отоплении, но с их
помощью можно проверить неплотность системы отопления.
2. На все трубопроводы обеспечивающие подачу теплоносителя в квартиры («стояки»)
должны быть установлены с подающей и обратной стороны по два отсекающих вентиля
(лучше шаровых крана).
3. На промежных участках трубопроводов меж 2-мя поочередно
установленными отсекающими вентилями на «стояках» должны быть «врезаны» доп
запираемые сливные участки для обеспечения способности слива промежных участков
с целью проверки уровня утечек через отсекающие вентили на стояках. Ежели
утечки есть, то они суммируются за время наблюдения, измеряются по размеру
(массе) и вычитаются из величины измеренной разности показаний каналов алгебраически,
т.е. с учетом символов.
4. Измеряем среднечасовой расход по каналам и ежели относительное
расхождение показаний меж каналами не превосходит 4% (с учетом п.3) в спектре
расходов от 4 до 100% от верхних пределов измерений расходов (при отсутствии утечек
по п.3 сопоставление можно делать по распечаткам среднечасовых значений расхода теплоносителя),
то на этом теплосчетчике может быть проведение операции привязки расходомерных каналов.
Если расхождение превосходит 4%, то теплосчетчик должен быть выслан на повторную
поверку.
5. Принимая 1-ый расходомерный канал за опорный производим корректировку
калибровочной свойства второго канала, очень приближая ее к характеристикам
калибровочной свойства первого канала. Корректировку калибровочной свойства
второго канала теплосчетчика производим конкретно в узле учета дома при 2-ух
значениях расхода (при отсутствии утечек по п.3). На рабочем
уровне расхода (т.е. при на сто процентов открытых входных и выходных задвижках на трубопроводе
отопления дома) и на уровне 2-4% от значения рабочего расхода (т.е. при помощи одной
из задвижек достигается уровень расхода в пределах от 2 до 4% от рабочего значения).
6. Корректировку свойства
производят в режиме «Поверка» по величине скопленной массы при одновременном пуске
и останове счетчиков скопленной массы обоих каналов. Время скопления обязано быть
не наименее 15 минут (900 с). Отличие скопленных масс первого и второго расходомерных
каналов опосля корректировки не обязано превосходить 0,1%.
7. Корректировку черт
производят комиссионно с ролью представителей Госстандарта и Энергоснабжающей
организации.
8. Через 30 суток
комиссией с ролью представителей Госстандарта и Энергоснабжающей организации
производят проверку на рабочем расходе совпадения калибровочных черт расходомерных
каналов в согласовании с п.5 истинной методики. Ежели отличия не превосходят 0,14%,
то операции по п.7 создают через 60 суток. Ежели превосходят,
то повторяют операцию по п.6.
9. При положительных
результатах 2-ух проверок по п.8 через 30 и 60 суток соответственно принимают решение о способности перехода
на ежегодный период проверки совпадения калибровочный черт расходомерных
каналов теплосчетчика.
Следует отметить,
что проведение работ по данной методике даже при месячном периоде комиссионных проверок
позволит не только лишь обеспечить правильность теплоучета на транзитных домах, но также
позволит оценить относительную стабильность метрологических черт хоть какого
из применяемых типов теплосчетчиков.
Не считая этого, данные
работы подготовят корректное решение водо- и теплоучета
в системах горячего водоснабжения.
В завершение ответим
на вопросец: а можно ли отрешиться от разностных измерений? На теоретическом уровне следует утвердительный
ответ: да! Для этого будет нужно сделать в каждом доме личный
тепловой пункт с теплообменниками и насосами на отопление и ГВС, где тепловой учет
можно воплотить по «высокой» стороне трёхканальным (3-ий канал на подпитку системы
отопления дома) теплосчетчиком при полной стоимости такового теплового пт в пределах
0,8-2 млн. руб. в зависимости от нагрузок дома. Сервис этого теплового
пункта востребует на порядок огромных издержек, чем при имеющейся схеме теплоснабжения.
Предлагаемая же методика при её реализации на обыкновенном четырёхподъездном доме востребует
не наиболее 120 тыс. руб. доп издержек.
Литература 1. ГОСТ Р 51649-2000. Теплосчетчики для водяных систем теплоснабжения.
Общие технические условия.
2. «Правила учета
тепловой энергии и теплоносителя» П-683, Главгосэнергонадзор. М.: изд.МЭИ, 1995.
3. Technishe Daten. Magnetish-inductive
Durchflu.messer fur Differenzmessungen//KROHNE-Messtechnik GmbH&Co. KG,
1985.
4. Волынкин В.Н.,
Иванов И.А., Карнаухов И.Н., Лурье М.В., Рогачевский Б.М. О способности измерения
малой разности огромных масс (размеров) воды с малой погрешностью//Трудности коммерческого
учета энергоносителей//Труды 2-й Интернациональной научно-практической конференции -
Новосибирск.: НГТУ, 2003.
5. Шешуков И.Ю.
О необходимости разработки МВИ тепловой энергии и утечки теплоносителя//Коммерческий
учет энергоносителей – СПб.: Борей-Арт, 2003.
6. Новицкий П.В.
Методические погрешности узлов учета при косвенном определении разности измеряемых
величин // Коммерческий учет энергоносителей – СПб.: МЦНТ, 1997.
7. Глухов А.П.
Дифференциальный расходомер. Концепция, варианты схемных решений, перспективы использования
// Коммерческий учет энергоносителей – СПб.: Борей-Арт, 2003.
8. Шешуков И.Ю.
Как уменьшить погрешность измерений тепловой энергии и утечки теплоносителя//Законодательная
и прикладная метрология - 2002, №5.
9. Милейковский
Ю.С. О принципах расчета МХ теплосчетчиков для открытых систем теплосабжения//Коммерческий
учет энергоносителей – СПб.: Борей-Арт, 2001.
Рекомендуем еще поглядеть по теме .
      
Наши филиалы: Ростов-на-Дону / Уфа / Волгоград / Пермь / Красноярск / Воронеж / Москва /