RU191903U1

RU191903U1 - Теплосчетчик для определения тепловой энергии и массы утечек теплоносителя в закрытых водяных системах теплоснабжения

Info

Publication number: RU191903U1
Application number: RU2019107534U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Юрьевич Теплышев; Александр Александрович Варгин; Абдулжелил Махмудович Абдулкеримов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные Энергетические Технологии"
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2019-08-28

Abstract

Полезная модель относится к экспериментальной технике и может быть использована при тепло- и водоснабжении в энергетике, других отраслях промышленности и ЖКХ. В теплосчетчик, используемый в закрытых водяных системах теплоснабжения, содержащий трубопроводы подающий, обратный, каждый, оснащены по одному ОЭР. Оба ОЭР, и оба датчика температуры градуированы индивидуально и в паре. В каждом трубопроводе имеется по одному датчику давления и температуры, блоки вычисления плотности, удельной энтальпии, массового расхода, блок прямого измерения разности объемных расходов, блок вычисления разности массовых расходов, блок массы утечки теплоносителя (теплоносителя, отобранного из ВСТ). В конце обратного трубопровода смонтирован вентиль для удаления воздушных пробок. Кроме того, дополнительно введены узлы отбора теплоносителя, каждый из которых состоит из пары колен, устройств удаления воздушных пробок. Подающий и обратный трубопроводы между собой соединены коленами (не менее двух) и устройствами удаления воздушных пробок. Определяют тепловую энергию и массу теплоносителя с учетом составляющих, ушедших с утечками, в закрытых водяных системах теплоснабжения. Для этого измеряют в подающем и обратном трубопроводах значения: объемных расходов q, q, температуру и давление для вычисления плотностей ρ, ρи удельной энтальпии h, h, разность Δq объемных расходов q, q, разность Δρ плотностей ρ, ρ, и Δh - разность h, h, и разность массовых расходов Δm=qΔρ+ρΔq. Массу утечек теплоносителя (массу теплоносителя, отобранного из ВСТ) определяют, какТепловую энергию определяют по уравнениюТехнический результат - повышение точности измерений разности массовых расходов в подающем и обратном трубопроводах ВСТ за счет прямого измерения разностей объемных расходов, и на этой основе повышения точности измерений массы утечек. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к экспериментальной технике и может быть использована при измерениях тепловой энергии, количества и параметров горячей воды на объектах (промышленных, жилых, коммунальных и т.д.), имеющих водяные системы теплоснабжения (ВСТ).

Известен теплосчетчик для определения тепловой энергии и массы теплоносителя, с учетом составляющих, штатно отобранных из открытых ВСТ. Конструкция теплосчетчика располагается на подающем и обратном трубопроводах ВСТ. На подающий трубопровод монтируют объемный электромагнитный расходомер (ОЭР), преобразователь температуры (ПТ) и преобразователь давления (ПД), имеются также блок вычитания температуры, блок вычитания плотности, удельной энтальпии, массы теплоносителя, памяти и ПТ окружающей среды. На обратном трубопроводе монтируют ОЭР, ПТ и ПД, есть также второй блок вычитания температуры, блоки вычитания плотности, удельной энтальпии, массы теплоносителя, памяти и ПТ окружающей среды. Теплосчетчик имеет блоки: деления давления, массы теплоносителя, объемных расходов теплоносителя и индикатор, кроме того, блок измерений массы теплоносителя, отобранного открытой ВСТ на горячее водоснабжение.

Такое конструктивное решение для теплосчетчика позволяет в открытых ВСТ определять объемный и массовый расход теплоносителя прямым измерением (Патент РФ №2300086 Теплосчетчик и способ определения тепловой энергии теплоносителя в открытых водяных системах теплоснабжения авторы: Теплышев В.Ю., Бурдунин М.Н., Варгин А.А. 2007).

Недостатки такого теплосчетчика: отсутствие возможностей определения для закрытых ВСТ: массы и параметров качества горячей воды и ее тепловой энергии, ушедших с утечками (потери теплоносителя вместе с тепловой энергией, как штатные, так и нештатные).

Известно устройство узла учета тепловой энергии и количества теплоносителя. Устройство содержит подающий, обратный, два байпасных трубопровода и индикатор. В подающем и обратном трубопроводах последовательно соединены по одному объемные электромагнитные расходомеры. ОЭР соединен параллельно с ОЭР в обратном трубопроводе. Каждый байпасный трубопровод оснащен эталонными расходомером и преобразователем температуры, не менее восьми запорных шаровых кранов, два регулируемых вентиля. Подающий трубопровод оснащен термопреобразователем сопротивления и запорным шаровым краном, обведенным с обеих сторон первым байпасным трубопроводом, соединенным с обоих концов с подающим трубопроводом с помощью запорных шаровых клапанов. Обратный трубопровод оснащен термопреобразователем сопротивления и регулируемым вентилем, с обеих сторон обведенным вторым байпасным трубопроводом, с обоих концов соединенным с обратным трубопроводом запорными шаровыми кранами. Третий байпасный трубопровод подсоединен к обратному трубопроводу с одной стороны запорным шаровым краном, с другой стороны регулируемым вентилем. И, обводит на обратном трубопроводе рабочие расходомер, термопреобразователь сопротивления, регулируемый вентиль и второй байпасный трубопровод. Между подающим и обратным трубопроводами имеется теплообменный контур, оснащенный трубопроводом горячего водоснабжения. Соединенный с теплообменным контуром с помощью запорного шарового крана и не менее, чем один запорным шаровым краном для удаления воздушных пробок. Все выходы ОЭР, ПД, ПТ и управляемых шаровых вентилей соединены с индикатором.

Такой теплосчетчик позволяет в закрытых ВСТ определять прямым измерением объемный и массовый расходы теплоносителя (Полезная модель РФ №57894 «Устройство узла учета тепловой энергии и количества теплоносителя», авторы: Теплышев В.Ю., Михайловский В.Н., 2006).

Недостатки такого теплосчетчика: отсутствие возможностей определения массы и параметров качества горячей воды и тепловой энергии, ушедших с утечками закрытых ВСТ.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели техническим решением является теплосчетчик, монтируемый на подающий и обратный трубопроводы ВСТ. Каждый трубопровод в отдельности: и подающий, и обратный, оснащены по одному ОЭР, имеющими линейную градуировочную характеристику. Каждый трубопровод содержит также преобразователи давления ПД и температуры ПТ, блоки вычисления плотности, удельной энтальпии, массового расхода, массы теплоносителя. В теплосчетчике имеются блоки вычисления удельной энтальпии холодной воды и вычисления тепловой энергии холодной воды. Теплосчетчик содержит также блок измерения разности объемных расходов теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах. С помощью комплекта ПТ измеряют значения температуры и разности температур в подающем и обратном трубопроводах: и одиночным ПТ в трубопроводе подпитки. Классы точности применяемых ПТ и комплектов ПТ выбирают исходя из требуемых пределов допускаемой относительной погрешности измерений температуры и разности температур. Избыточное статическое давление в трубопроводах контролируется с помощью одного из известных видов ПД. Наиболее приемлемыми, при решении данной задачи, считаются ПД видов: тензометрические, емкостные, пьезоэлектрические и т.д.

Такой теплосчетчик позволяет в открытых ВСТ определять прямым измерением объемный и массовый расходы теплоносителя (Патент РФ №2300087 Теплосчетчик и способ определения тепловой энергии теплоносителя в открытых водяных системах теплоснабжения, авторы: Теплышев В.Ю., Бурдунин М.Н., Варгин А.А., 2007).

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений разности массовых расходов в подающем и обратном трубопроводах ВСТ, за счет прямого измерения разностей объемных расходов и на этой основе повышения точности измерений массы утечек.

Технический результат достигается тем, что в теплосчетчик, используемый в закрытых водяных системах теплоснабжения, содержащий трубопроводы подающий, обратный, каждый трубопровод в отдельности подающий, обратный оснащены по одному объемному электромагнитному расходомеру q₁, и q₂, преобразователю давления Р₁ и Р₂, температуры t₁ и t₂, блоками вычисления плотностей ρ₁ и ρ₂, удельных энтальпий h₁, и h₂, блок прямого измерения разности объемных расходов Δq, блок вычисления разности массовых расходов Δm, блок вычисления массы утечек теплоносителя М_у, блок вычисления массового расхода в подающем трубопроводе m₁, блок разности температур Δt, вентиль в конце обратного трубопровода выходы блоков измерения температуры и давления, соответственно соединены с входами блоков вычисления удельных энтальпий h₁, h₂, плотностей ρ₁, ρ₂ и преобразователей температур t₁, t₂, выходы блоков плотностей ρ₁ и ρ₂, соединены с входами блока разности плотностей Δρ, выходы блоков температур t₁ и t₂, соединены с входами блока разности температур Δt, выход объемного электромагнитного расходомера q₁ соединен к входу блока вычисления разности массовых расходов Δm, выходы q₁ и q₂ соединены к входам блока разности объемных расходов Δq, а выход этого блока через блок вычисления разности массовых расходов Δm соединен к входу блока вычислений массы утечек теплоносителя М_у, выход блока плотности ρ₂ и выход блока разности плотностей Δρ соединен с входом блока вычисления разности массовых расходов Δm, выход блока разности температур Δt соединен с входом блока разности плотностей Δρ, выходы блоков вычисления удельных энтальпии h₁, h₂, через блок вычисления разности удельных энтальпии Δh соединены с входом блока измерения тепловой энергии Q, другой выход блока удельной энтальпии обратного трубопровода h₂ соединен к входу блока измерения тепловой энергии Q, выход блока плотности в подающем трубопроводе ρ₁ соединен к входу блока массового расхода в подающем трубопроводе m₁, выход q₁ через блок вычисления массового расхода m₁ подающего трубопровода соединен к входу блока измерения тепловой энергии Q.

На чертеже изображена блок-схема теплосчетчика с прямым измерением разности объемных расходов теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах закрытых ВСТ. На блок-схеме теплосчетчика изображены подающий 1, обратный 2 трубопроводы в виде двух линий, соединенных между собой не менее, чем двумя коленами 1'', 2'', и вентиль 15'' узла отбора теплоносителя (горячей воды), расположенный за пределами узла учета. Таких врезок, как вентиль 15'', может быть несколько и определить их наличие контролирующим организациям наиболее сложно. В теплосчетчике на подающем трубопроводе 1 имеются: объемный электромагнитный расходомер q₁ (ОЭР) 3, преобразователь температуры t₁ (ПТ) 5 и давления Р₁ (ПД) 4, блоки вычисления плотности ρ₁ 6, удельной энтальпии h₁ 7, на обратном трубопровод 2 имеются аналогичные блоки, т.е. ОЭР q₂ 8, ПТ t₂ 9, ПД Р₂ 10, блоки вычисления плотности ρ₂ 11 и удельной энтальпии h₂ 12 теплоносителя. Блок вычисления разности температур Δt=t₁-t₂ 13, блок вычисления разности удельных энтальпий Δh=h₁-h₂ 14, вентиль 75 в конце обратного трубопровода 2. В отличие от прототипа, в устройстве дополнительно введен: узел отбора теплоносителя, который состоит из вентилей 15'', не менее одного, используемых для штатного удаления воздушных пробок прошедшего цикл специальной подготовки. Подающий и обратный 1 и 2 трубопроводы между собой соединены не менее, чем двумя коленами 1'', 2''. Устройство также содержит блоки вычислении разности плотностей Δρ=ρ₁-ρ₂ 16, прямого измерения разности объемных расходов Δq=q₁-q₂ 17, теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, блок вычисления разности массовых расходов Δm=q₁Δρ+ρ₂Δq 18, блок вычисления массового расхода в подающем трубопроводе m₁=ρ₁q₁ 19. В открытых ВСТ, вычисленные массового расхода производят в обратном трубопроводе, m₂=ρ₂q₂, что показано в прототипе. А также блок массы отобранного из сети теплоносителя, (т.е. массы утечки теплоносителя) закрытой ВСТ

Блок вычисления измеряемой тепловой энергии 21, т.е.

Для выявления отличительных особенностей предлагаемого в настоящем изобретении уравнения измерений тепловой энергии

для закрытых ВСТ, сравним его с уравнением измерений тепловой энергии, применяемого для открытых ВСТ

где h₁, h₂, h_XB - значения удельных энтальпий среды в трубопроводах подающем, обратном и подпитки; m₂- массовый расход в обратном трубопроводе открытой ВСТ. Уравнение

в отличие от

при значении Δm=0, или α=m₂/m₁=1 переходит в уравнение измерений

которое пригодно для закрытой ВСТ (без утечки), однако для российских закрытых ВСТ оно не эквивалентно уравнению измерений, допускаемому к применению в соответствии с Методикой и имеющему вид

не будет соответствовать действительности и значение составляющей тепловой энергии, уходящей из закрытых ВСТ с утечками, т.е

которое в

выражено в явном виде. Вместе с тем, чтобы получить значение

из

необходимо проводить пересчет, который выполнять в теплосчетчике нерентабельно. Поэтому применять

в закрытых ВСТ нецелесообразно. Из сравнения

и

следует также, что в закрытых ВСТ штатно отсутствует подпиточный трубопровод, по которому поступает исходная холодная вода, применяемая для подпитки открытых ВСТ. Тепловая энергия холодной воды на источниках не производится и потребители ее оплачивать не должны, (поэтому параметры этой воды измеряются до ее подготовки: механической и химической очистки, деаэрации и т.п.); следует подчеркнуть, что трубопроводы подпитки имеются только на источниках тепловой энергии, у потребителей их быть не может в принципе, поэтому учет тепловой энергии холодной воды, применяемой для подпитки, у потребителей должен рассматриваться особо, что не входит в предмет настоящей полезной модели. Вентиль 15 в конце обратного трубопровода 2 установлен для удаления воздушных пузырей, образующихся от засорения воды воздухом (неисправные насосы и т.п.) и последующей некачественной деаэрации, выполняемой, в том числе, с целью определения реального объемного расхода горячей воды.

В идеально закрытых ВСТ масса теплоносителя уходящего с утечками, по определению равна нулю, (такие ВСТ де-факто существуют, например, в странах Евросоюза, где объемы их подпитки ничтожно малы). В российских ВСТ существуют значительные утечки теплоносителя (их масштабы оценены в Методике, статья 91, откуда видно, что по нормам весь теплоноситель в ВСТ может полностью замениться за 400 часов, или менее чем за 17 суток). В российских ВСТ утечки теплоносителя разделяются на нормативные и сверхнормативные. К нормативным утечкам относятся потери при регламентных работах (перечень таких работ и нормы утечек для них утверждаются в установленном порядке). К утечкам сверхнормативным (на практике многократно превосходящим нормативные) относятся потери теплоносителя при нештатных ситуациях: из-за аварий при нарушениях правил эксплуатации ВСТ, от стихийных бедствий. В настоящее время составляющая тепловой энергия, уходящая из ВСТ с утечками не измеряется, а определяется расчетным путем.

Введенные обозначения в блоках вычислений разности: температур Δt=t₁-t₂ 13, разности удельных энтальпий Δh=h₁-h₂ 14, разности плотностей Δρ=ρ₁-ρ₂ 16, разности объемных расходов Δq=q₁-q₂ 17 к блока вычисления разности массовых расходов Δm=q₁Δρ+ρ₂Δq 18, показывают, что значения этих параметров получены с помощью специально подобранных при выпуске из производства согласованных пар датчиков температуры, позволяющих сделать наименьшими погрешности измерений разностей значений t₁ и t₂, т.е. t₁-t₂, а отсюда и значения h₁-h₂ и ρ₁--ρ₂ т.д. Такая практика применяется всюду, в том числе реализована и в стандарте Евросоюза EN 1434-1: 2007. Heat meters - Part 1: General recuirements. Дополнительно используются также пары датчиков ОЭР, позволяющие существенно уменьшить погрешность измерений Δq-q₁-q₂, а отсюда и Δm=q₁Δρ+ρ₂Δq. Используемые датчики температуры, ОЭР, либо расходомеры другого вида, должны иметь линейную градуировочную характеристику.

Выходы датчиков измерений температуры ПТ 5, 9 и давления ПД 4, 10 соответственно соединены с входами блоков вычисления удельной энтальпии (h₁, h₂) 7, 12, плотности (ρ₁, ρ₂) 6, 11 Выходы блоков вычисления удельных энтальпий (h₁, h₂) 7, 12 через блок вычисления разности удельных энтальпии (Δh) 14 соединены с входом блока измерения тепловой энергии Q 21 (индикатор), другой выход блока 12 удельной энтальпии h₂ соединен к входу блока 21. Выходы блоков плотностей (ρ₁, ρ₂) 6, 11, разности температур Δt 13 соответственно соединены с входами блока разности плотностей Δρ 16 и блока вычисления массового расхода m₁ 19. Выход ОЭР q₁ 3, соединен к входу блока вычисления разности массовых расходов Δm=q₁Δρ+ρ₂Δq 18, и через блок вычисления массового расхода m₁ 19 соединен к входу блока измерения тепловой энергии Q 21. Выходы ОЭР q₁ 3, q₂ 8 соединены к входам блока разности объемных расходов Δq 17, а выход этого блока через блок вычисления разности массовых расходов Δm 18 соединен к входу блока массы утечки теплоносителя М_у. Между собой подающий и обратный трубопроводы соединены с помощью двух колен 1'', 2'', трубопровод 2' и вентилем 15'', удаление воздушных пробок.

Параметры теплоносителя штатно в водяных системах теплоснабжения следующие: - температура от 40 до 150°С; - удельная электрическая проводимость от 0,001 до 10 См/см; - скорость движения теплоносителя от 0,01 до 10 м/с.

Наряду с основополагающим документом: «Методика осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя». Утверждена Приказом Минстроя России от 17.03.2014 N 99/ПР и зарегистрирована в Минюсте России 12.09.2014, №34040 (Методика), при измерении тепловой энергии, количества и параметров теплоносителя для коммерческого учета используются также два действующих нормативных документа:

- МИ 2714 - 2002. ГСИ. Энергия тепловая и масса теплоносителя в системах теплоснабжения. Методика выполнения измерений. Основные положения. - М.: ГОССТАНДАРТ России, 2002. - Утверждена 05.09.2001;

- МИ 2553 - 99. ГСИ. Энергия тепловая и теплоноситель в системах теплоснабжения. Методика оценивания погрешностей измерений. Основные положения: - М.: ГОССТАНДАРТ России, 1999. - Введена в действие с 01.09.99 г.

Поскольку в МИ 2714 и МИ 2553 содержится одновременно несколько видов уравнений измерений, которые можно использовать в российских условно закрытых ВСТ, авторы настоящей полезной модели, предлагают выбирать из них требуемое уравнение измерений тепловой энергии на основе одновременного выполнения двух предлагаемых ими критериев:

Критерий 1. Уравнение измерений должно учитывать все значимые составляющие тепловой энергии и количества теплоносителя, расходуемые или создаваемые в границах балансовой принадлежности рассматриваемого объекта. При этом по критерию ничтожной погрешности, применяемому в метрологии (Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. Учебное пособие для вузов, изд. 3-е, перераб. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 256 с, ил.) составляющая тепловой энергии (массы теплоносителя) является значимой, если при ее учете (равно как и при ее не учете) оценка пределов погрешности измерений тепловой энергии (массы теплоносителя) увеличится более, чем на 1/3 (уменьшится погрешность измерений не может, поскольку по законам метрологии любая неопределенность приводит только к увеличению пределов погрешности результата измерений, т.е. в том числе, и пределов погрешности средства измерений, в данном случае, теплосчетчика). Так, например, именно такие последствия наступят, если в границах балансовой принадлежности объектов потребителей закрытыми ВСТ, не учитывать массу утечек теплоносителя и тепловую энергию, ушедшую из этих ВСТ с утечками за все нормируемые интервалы времени (час, сутки, расчетный период и т.д).

Критерий 2. Выбранное уравнение измерений по сравнению со всеми остальными уравнениями измерений тепловой энергии (перечень приведен в МИ 2714) должно обеспечивать наименьшие пределы погрешности измерений суммарного значения тепловой энергии, а также той части тепловой энергии, которая уходит из ВСТ вместе с утечками теплоносителя, в границах балансовой принадлежности рассматриваемого объекта за установленный расчетный период.

Для подающего и обратного трубопроводов использованы зависимости для относительной погрешности измерений разности температур Δt, т.е. δ_Δt,

%, где Δt - значение измеряемой разности температур, а Δt_min- нижний предел измерений разности температур, выбираемый из ряда 1, 2, 3°С в зависимости от класса применяемого комплекта ПТ. Опыт эксплуатации ВСТ показывает, что реализуемые на практике значения разности температур в подающем и обратном трубопроводах ВСТ невелики и редко превышают Δt_min=40°С. В условиях эксплуатации измерять разность температур Δt в реальном времени, путем введения в теплосчетчике пары датчиков температуры t₁ и t₂ 5, 9 и блока вычисления разности температур Δt 13.

Избыточное давление в подающем, обратном трубопроводах, контролируется с помощью одного из известных типов ПД. Преобразователи давления 4, 10 контролируют избыточное статическое давление. Их виды разнообразны. Наиболее распространенными считаются тензометрические, емкостные, пьезоэлектрические и т.д. На выход ПД установлены усилители согласования и усиления, которые также входят в комплект теплосчетчика - стандартный. Точность измерения избыточного давления от 0,1 до 0,5%. Как правило, их градуировочные характеристики аппроксимированы линейно.

Принцип преобразования давления в электрический сигнал состоит в том, что при изменении давления на Δр изменяется сопротивление тензорезистивного ПД 4, 10 на ΔR и соответственно изменяется приращение ΔR/R. Выходное напряжение тензометрического ПД изменяется пропорционально ΔR/Rn напряжению питания.

В блоках вычисления плотности 6, 11, энтальпии 7, 12, соответственно вычисляют зависимости ρ_l=ρ_l(P_l,t_l), h_l=h_i(P_i,t_i), а в блоках вычисления разности массовых расходов Δm 18, массы m₂ 19 и массы утечек (массы отобранного из сети) теплоносителя закрытых ВСТ М_у 20, вычисления значений плотности и удельной энтальпии воды (теплосетевой, горячей, холодной) по измеренным значениям температуры и давления осуществляют согласно требований нормативных документов, (например МИ 2412-97 Рекомендация. ГСИ. Водяные системы теплоснабжения. Уравнения измерений тепловой энергии и количества теплоносителя). Все эти блоки и индикатор 21 известны в электронной технике, они стандартные. В блоке 17 прямого измерения разности объемных расходов Δq в подающем и обратном трубопроводах при каждом заданном значении для Δq, составляющем -10, … -4, -2, 0; 2; 4; 10% от наибольшего расхода в подающем трубопроводе q_1max, строят зависимости выходных напряжений ОЭР 3, 8, т.е. U(q₂) 8 и U(q₁) 3 между собой, которые при каждом значении Δq аппроксимируют линейно. Тогда, например, при Δq=0, подразумевается, что пара идентичных расходомеров в подающем и обратном трубопроводах при одинаковых значениях объемного расхода имеет и одинаковые выходные сигналы (напряжения), т.е. U₁=U₂, и градуировочная характеристика, проведенная через все полученные значения, будет прямой симметричной относительно осей координат. На практике, даже при Δq=0, реальная градуировочная характеристика пары расходомеров из-за их индивидуальных погрешностей будет несимметричной. Аналогичные отклонения выходных напряжений U(q₂) 8 и U(q₁) 3 от идеальной прямой получаются и для других значений Δq₁, как больших, так и меньших нуля (значения Δq₁ меньшие нуля не имеют физического смысла, но не редко возникают на практике из-за реально возникающих сочетаний погрешностей ОЭР, как положительных, так и отрицательных, а также в результате засорения в ВСТ теплоносителя воздухом, который полностью не удаляется при последующей даже качественной деаэрации и со временем накапливается и при падении давления переходит в свободное состояние в виде пузырей, внося искажения в результаты измерений объема и плотности теплоносителя). Все реальные градуировочные характеристики, полученные (проверенные) на стендах, прошиты в блоке Δq 17. Окончательно вычисления разности массовых расходов и массы теплоносителя, ушедшего с утечками в закрытых ВСТ, проводятся без применения операции вычитания, и осуществляются в блоке Δm 18 и масса утечки отобранного из сети теплоносителя М_у вычисляется в блоке 20. Затраченное значение тепловой энергии за время эксплуатации теплосчетчика от τ₀ до τ₁ вычислено в индикаторе 21. Все математические выражения прошиты в соответствующих блоках.

Через ОЭР прямого измерения средней скорости потока с индукционной системой, протекает теплоноситель 5'' в трубопроводах 1, 2, расположенные в магнитном поле, индукция которого равна В, и которое электрически изолировано футеровкой от металлической трубы. Если теплоноситель (вода) 5'' протекает через трубопровод со средней скоростью V от 0,01 до 10 м/с, то в нем, как движущемся проводнике наводится электродвижущая сила (ЭДС) - е, равная е=VBd, где d - внутренний диаметр трубопровода. Это выражение можно предоставить как: е=qB/πd×10³, где q - средний расход теплоносителя - жидкости, т.е. воды и т.д. в л/с. Питание расходомера от сети переменного или источника постоянного напряжения. Питание расходомера переменным напряжением устраняет электролитическую поляризацию в ОЭР, если частота достаточно высокая, а также позволяет использовать усилители переменного тока для усиления и согласования выходного напряжения ОЭР. Выходное напряжение ОЭР пренебрежимо мало зависит от режима течения теплоносителя ламинарного или турбулентного, т.е. профиля скоростей теплоносителя 5''. Однако значимая осевая несимметрия профиля скоростей теплоносителя может влиять на входной сигнал ОЭР. Используемые расходомеры стандартные, например, как в теплосчетчиках КМ-5. Электронные блоки усилителя монтированы рядом с ОЭР и в одном корпусе и от окружающей среды изолированы герметично.

Принцип работы электромагнитного расходомера теплосчетчика основан на явлении электромагнитной индукции, при прохождении электропроводящей жидкости по подающему 1 и обратному 2 трубопроводам и магнитное поле с индукцией В в движущейся жидкости, как проводнике наводится ЭДС, которая в ОЭР 3, 8 снимается с помощью электродов. Снимаемый сигнал с выходов ОЭР 3, 8 пропорционален индукции В магнитного поля, средней скорости V прохождения потока теплоносителя и напряжению намагничивании ОЭР до 12 В.

Опыт ООО «ТБН «энергосервис» по эксплуатации теплосчетчиков и изучение современного состояния теплоснабжения в ВСТ, показывают, что все ВСТ, существующие в России в огромном количестве, и на источниках тепловой энергии, и у потребителей тепловой энергии, разделяются примерно поровну закрытые ВСТ и открытые ВСТ. Определения упомянутых используемых понятий даны в действующем ГОСТ 26691 - 85. «Теплоэнергетика. Термины и определения»:

Из объектов, имеющих закрытые ВСТ, подавляющее большинство принадлежит потребителям, поскольку каждый источник снабжает, как правило, до десятков и даже сотен потребителей.

Проанализировать низкую эффективность применения на практике требования статьи 92 Методики можно на наглядном примере. Пусть на объекте потребителя с закрытой ВСТ истинное значение массового расхода теплоносителя в подающем, а значит и обратном трубопроводах составляет 100 т/ч. При этом относительная погрешность измерений расхода в обоих трубопроводах находится в пределах, установленных Методикой (статья 119), и составляет ± 2%. Тогда, если за час по одному трубопроводу прошло 102 т, а по-другому 98 т, или наоборот, то часовая разность масс ± 4 т, согласно статье 92 Методики, считаться утечкой не может. А это недопустимо много.

Утечка в 4 т примерно соответствует потерям теплоносителя в ВСТ крупного города Евросоюза, причем за весь отопительный сезон (примерно столько воды добавляется в ВСТ всего города Стокгольм в конце отопительного сезона).

Более того, что в закрытой ВСТ при наличии утечек действительные значения пределов погрешности измерений тепловой энергии, при не редко встречающимся на практике значении разности температур в подающем и обратном трубопроводах Δt=20°С, в зависимости видов комплектации теплосчетчика датчиками расхода и температуры (одиночными или парными), применяемых ныне на практике, составляют соответственно ±27% и ±21%. Тогда как, для тех же условий при расчете пределов по главе XII Методики (т.е. без учета составляющей тепловой энергии, ушедшей из ВСТ с утечками) получается только ±5%.

Допустимые пределы измерения погрешностей теплоносителя, по Закону 102-ФЗ, являющиеся, обязательными метрологическими требованиями, определяются как:

а) относительная максимально допускаемая погрешность для датчика расхода δ_q, выраженная в процентах в зависимости от наибольшего значения объемного расхода q_max и текущего значения объемного расхода q определяется как:

- класс 2:

- класс 1:

б) относительная максимальная допускаемая погрешность пары датчиков температуры (δ_Δt), выраженная в процентах в зависимости от

абсолютной разности температур (Δt) в подающем и обратном трубопроводах:

где (Δt_min) - минимальное значение разности температур, при которой теплосчетчик функционирует без превышения максимально допустимой (как правило, в том числе и в EN 1434-1:2007, принимается Δt_min=3°С);

в) относительная максимальная допускаемая погрешность вычислителя δ_B, выраженная в процентах:

Значение δ_B является второй составляющей погрешности измерений разности температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, вносимой вычислителем, при обработке первичной измерительной информации, поступающей от пары датчиков температуры (первой составляющей является δΔ_t).

Используют допускаемые пределы (1)-(4) в Методике так же, как и в EN 1434-1:2007 устанавливаются допускаемые пределы для относительной погрешности измерений тепловой энергии (δ_Q) при использовании уравнения (2):

Заимствованные из EN 1434-1:2007 в Методику допускаемые пределы для всех измеряемых параметров теплоносителя, т.е. δ_q - объемного расхода в отдельно взятом трубопроводе и обе составляющие разности температур теплоносителя в подающих и обратных трубопроводах ВСТ. Для российских закрытых ВСТ, приемлемы полностью δ_Δt и δ_В, поскольку они доказательно обоснованы и уже достаточно апробированы.

Claims

Теплосчетчик для определения тепловой энергии и массы теплоносителя, используемый в закрытых водяных системах теплоснабжения, содержащий трубопроводы подающий, обратный, каждый трубопровод в отдельности подающий, обратный оснащены по одному объемному электромагнитному расходомеру q₁, и q₂, преобразователю давления Р₁ и Р₂, температуры t₁ и t₂, блоками вычисления плотностей ρ₁ и ρ₂, удельных энтальпий h₁, и h₂, блок прямого измерения разности объемных расходов Δq, блок вычисления разности массовых расходов Δm, блок вычисления массы утечек теплоносителя М_у, блок вычисления массового расхода в подающем трубопроводе m₁, блок разности температур Δt, вентиль в конце обратного трубопровода, выходы блоков измерения температуры и давления, соответственно соединены с входами блоков вычисления удельных энтальпий h₁, h₂, плотностей ρ₁, ρ₂ и преобразователей температур t₁, t₂, выходы блоков плотностей ρ₁ и ρ₂, соединены с входами блока разности плотностей Δρ, выходы блоков температур t₁ и t₂, соединены с входами блока разности температур Δt, выход объемного электромагнитного расходомера q₁ соединен к входу блока вычисления разности массовых расходов Δm, выходы q₁ и q₂ соединены к входам блока разности объемных расходов Δq, а выход этого блока через блок вычисления разности массовых расходов Δm соединен к входу блока вычислений массы утечек теплоносителя М_у, выход блока плотности ρ₂ и выход блока разности плотностей Δρ соединен с входом блока вычисления разности массовых расходов Δm, выход блока разности температур Δt соединен с входом блока разности плотностей Δρ, выходы блоков вычисления удельных энтальпии h₁, h₂, через блок вычисления разности удельных энтальпии Δh соединены с входом блока измерения тепловой энергии Q, другой выход блока удельной энтальпии обратного трубопровода h₂ соединен к входу блока измерения тепловой энергии Q, выход блока плотности в подающем трубопроводе ρ₁, соединен к входу блока массового расхода в подающем трубопроводе m₁, выход q₁ через блок вычисления массового расхода m₁ подающего трубопровода соединен к входу блока измерения тепловой энергии Q.