Анализ работы расходомеров всистеме автоматизированного теплоснабжения зданий

Неживова Юлиана Александровна, магистрант;

Азарова Татьяна Борисовна, магистрант;

Рахимзянова Рината Фаритовна, магистрант.

Чекардовский Михаил Николаевич, доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет»

Рассмотрен один из способов решения проблемы энергосбережения и энергоэффективности — оснащение приборами учета. Прибором учета, рассматриваемым в данной статье, выступал расходомер-счетчик, применяемый в системе автоматизированного теплоснабжения зданий. Изучены его наиболее популярные виды, достоинства и недостатки, проанализирован принцип работы каждого прибора. После установки такого прибора учета наблюдается повышение энергетической эффективности.

Ключевые слова: расходомер, теплоснабжение, расход, учет и измерение жидкости.

1. Введение

Проблемы энергосбережения и энергоэффективности являются одними из наиболее актуальных во всем мире. Сверхнормативный расход топлива, неэффективное использование энергии, утечки теплоты на тепловых трассах, в зданиях, отсутствие приборов учета расхода тепловой энергии и теплоносителя, отсутствие узлов регулирования приводят к дополнительным расходам и дефициту энергоресурсов.

В связи с нерациональным использованием энергетических ресурсов правительство Российской Федерации утверждает ряд государственных программ, создает федеральные законы, правила и методики, направленные на энергосбережение и повышение энергетической эффективности.

Одним из способов энергосбережения и повышения энергетической эффективности является оснащение всей страны приборами учета.

Производимые, передаваемые, потребляемые энергетические ресурсы подлежат обязательному учету с применением приборов учета используемых энергетических ресурсов [1].

2. Объекты иметоды

Коммерческий учет тепловой энергии, теплоносителя осуществляется путем их измерения приборами учета, которые устанавливаются в точке учета, расположенной на границе балансовой принадлежности, если договором теплоснабжения или договором оказания услуг по передаче тепловой энергии не определена иная точка учета [2].

Коммерческий учет тепловой энергии, теплоносителя организуется в целях:

‒ осуществления расчетов между теплоснабжающими, теплосетевыми организациями и потребителями тепловой энергии;

‒ контроля за тепловыми и гидравлическими режимами работы систем теплоснабжения и теплопотребляющих установок;

‒ контроля рационального использования тепловой энергии, теплоносителя;

‒ документирования параметров теплоносителя — массы (объема), температуры и давления [3].

Узел учета должен быть оборудован приборами учета, типы которых внесены в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений [4].

В данной статье рассматриваются приборы, предназначенные для измерения расхода и объема тепловой энергии, теплоносителя.

Водосчетчики — измерительные приборы, предназначенные для измерения объема (массы) воды (жидкости), протекающей в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока.

Расходомеры — это приборы, предназначенные для измерения расхода теплоносителя [3].

Расходомеры-счетчики являются устройствами учета и измерения объема тепловой энергии, теплоносителя, прошедшего через прибор. Монтируются непосредственно на магистралях и распределительных тепловых сетях. На данный момент существует несколько видов расходомеров-счетчиков, которые отличаются принципом работы.

Электромагнитный расходомер-счетчик

Электромагнитный расходомер-счетчик предназначен для измерения среднего объемного расхода и объема горячей и холодной воды, бытовых стоков, а также других неагрессивных электропроводящих жидкостей в широких диапазонах температур и проводимостей [5].

Данный вид расходомеров наиболее популярен для установки в системах теплоснабжения зданий.

Принцип работы электромагнитных расходомеров-счетчиков основан на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости. Магнитное поле создается при помощи пары катушек, расположенных снаружи проточной части напротив друг друга. ЭДС детектируется введенными в проточную часть электродами. Сигнал с электродов поступает на вход усилителя, формируется и выдается частотный, импульсный или токовый? выходной сигнал [6].

Проточная часть изготавливается из немагнитной стали и имеет изоляционное покрытие (фторопласт), что способствует свободному прохождению частиц металла, образующихся в результате коррозии трубопровода, без нанесения повреждения.

Достоинства:

‒ простота установки;

‒ механическая прочность;

‒ отсутствие подвижных элементов;

‒ минимальные потери давления;

‒ большой диапазон измерения;

‒ пропускают полный объем жидкости;

‒ не требуется установка фильтров;

‒ большой выбор диаметров.

Недостатки:

‒ невозможность использования для непроводящих жидкостей.

Ультразвуковой расходомер-счетчик

Ультразвуковой расходомер-счетчик предназначен для измерения среднего объемного расхода и объема реверсивных потоков различных жидкостей в одном или двух напорных трубопроводах при различных условиях эксплуатации.

Данный вид расходомеров подходит для измерения как жидкостей электропроводящих, так и для вязких диэлектриков.

Принцип работы ультразвукового расходомера-счетчика основан на измерении разности времен прохождения ультразвукового сигнала при распространении по потоку и против потока жидкости в трубопроводе.

Ультразвуковой сигнал, излучаемый первымдатчиком, проходит через движущуюся по трубопроводу жидкость и воспринимается вторымдатчиком. При движении жидкости происходит снос ультразвуковой волны, который приводит к изменению времени распространения сигнала. По потоку жидкости (от первого датчика ко второму датчику) время прохождения уменьшается, а против потока (от второго датчика к первому датчику) — возрастает. Разность времен прохождения ультразвукового сигнала через жидкость попотоку ипротив потока пропорциональна скорости потока и объемному расходу.

Достоинства:

‒ высокая точность;

‒ простота установки;

‒ безопасность;

‒ широкий диапазон рабочих температур;

‒ наличие врезных и накладных моделей;

‒ низкое потребление электричества;

‒ стабильность показаний;

‒ отсутствие вращающихся частей.

Недостатки:

‒ высокие требования к однородности среды;

‒ подверженность электромагнитным помехам.

Вихревой расходомер-счетчик

Вихревой расходомер-счетчик предназначен для измерения объёма и объёмного расхода жидкостей, газов, насыщенного и перегретого пара, агрессивных сред при рабочем давлении и рабочей температуре в различных отраслях промышленности и в системах коммерческого учета, в составе счетчиков газа и пара.

Такие приборы неприхотливы в обслуживании и отличаются высокой надежностью и высокой точностью.

Принцип работы вихревого расходомера-счетчика реализован на методе измерения расхода, основанный на измерении частоты вихрей. В цилиндре проточной части установлено тело обтекания, которое вызывает образование вихрей в набегающем потоке измеряемой среды. Вихри распространяются попеременно вдоль и сзади каждой из сторон обтекания. Частота срыва вихрей с тела обтекания пропорциональна скорости потока среды и пропорциональна объемному расходу измеряемой среды.

Эти завихрения вызывают колебания давления измеряемой среды по обе стороны крыла сенсора. Крыло передает пульсации давления на пьезоэлемент. Пьезоэлемент преобразует пульсации в электрические сигналы. Электронный блок формирует выходные сигналы расходомера-счетчика после усиления, фильтрации, преобразований и цифровой обработки сигнала.

Достоинства:

‒ простота и надежность;

‒ отсутствие подвижных частей;

‒ большой диапазон измерений;

‒ линейный измерительный сигнал;

‒ достаточно высокая точность измерений;

‒ независимость показаний от давления и температуры.

Недостатки:

‒ невозможно использовать при малых скоростях;

‒ значительная потеря давления;

‒ изготавливают для трубопроводов, имеющих диаметр от 25 до 300 мм;

‒ работу могут нарушать акустические и вибрационные пульсации.

Тахометрический расходомер-счетчик

Тахометрический расходомер-счетчик предназначен для измерения среднего объемного расхода и объема горячей и холодной воды. Они достаточно широко используются в промышленности в составе узлов технического и коммерческого учета потребления энергоносителей.

Наиболее распространёнными видами тахометрических расходомеров-счетчиков являются крыльчатые и турбинные.

Принцип работы тахометрического крыльчатого расходомера-счетчика состоит в измерении числа оборотов крыльчатки, вращающейся под действием потока воды. Поток попадает в измерительную камеру корпуса расходомера-счетчика через входное отверстие, внутри которой вращается крыльчатка с установленными на ней в герметичном корпусе магнитами. Теплоноситель, пройдя зону вращения крыльчатки (измерительную камеру), поступает в выходное отверстие. Количество оборотов крыльчатки пропорционально объему протекающей воды. Вращение крыльчатки передается магнитной муфтой, установленной в счетном механизме.

Счетный механизм, имеющий механический редуктор, способен переводить данные о числе оборотов крыльчатки в информацию об объеме протекающего теплоносителя. Счетный механизм герметичен и отделен от измеряемого теплоносителя немагнитным уплотнительным кольцом.

Принцип работы тахометрического турбинного расходомера-счетчика основан на преобразовании поступательного движения потока воды, подводимого в измерительную камеру корпуса, во вращательное движение турбины и передаче угловой скорости турбины через вертикальную ось и магнитную полумуфту, закрепленную на верхнем конце оси на счетный механизм через тонкую немагнитную перегородку.

Достоинства:

‒ большой динамический диапазон;

‒ простота установки и конструкции;

‒ низкая стоимость;

‒ высокое быстродействие.

Недостатки:

‒ подвижные детали подвержены износу;

‒ при перегрузке быстро ломается;

‒ должен регулярно калиброваться;

‒ ограничения по месту установки;

‒ используется только в чистых жидкостях, не содержащих твердых частиц и имеющих малую вязкость.

3. Выводы

Оснащение приборами учета тепловой энергии и теплоносителя действительно является одним из способов энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

Использование расходомеров-счетчиков в автоматизированной системе теплоснабжения позволяет контролировать расход и объем тепловой энергии и теплоносителя. После их установки наблюдается экономия денежных средств у потребителя.

Расходомеры-счетчики не только регистрируют количество поставляемых ресурсов в дом, но и их качество. Это принципиально новый подход к решению проблемы энергосбережения, в рамках которой энергоснабжающая организация не сможет перенести на жителей многоквартирного дома расходы по потерям энергетических ресурсов.

Литература:

1. Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективность и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23.11.2009 N 261-ФЗ.
2. Федеральный закон «О теплоснабжении» от 27.07.2010 г. N 190-ФЗ.
3. Постановление Правительства Российской Федерации от 18 ноября 2013 г. N 1034 «О коммерческом учете тепловой энергии, теплоносителя».
4. Приказ Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 17 марта 2014 г. N 99/пр «Об утверждении Методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя».
5. Руководство по эксплуатации. Часть I В41.00–00.00 РЭ «Расходомер-счетчик электромагнитный ВЗЛЕТ ЭР».
6. Теплосчетчик в разрезе. Лекция 5: о расходомерах (окончание) [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://teplopunkt.ru/school/lec_t005.html.