Приборы учёта тепловой энергии пара с вихревыми расходомерами

Приборы учёта тепловой энергии пара с вихревыми расходомерами

На практике имеют место диапазоны измерения расходов пара 1:10 и более, что требует установки нескольких диафрагм. Альтернативой в таких случаях являются системы с вихревыми датчиками расхода. В стоимости систем учёта тепловой энергии пара на основе вихревых расходомеров затраты на приобретение тепловычислителей составляют 30−70%.

В современных условиях для экономики любого промышленного предприятия исключительное значение приобретает учет потребляемых энергетических ресурсов. Определенные сложности возникают при организации учета тепловой энергии пара и особенно в случае, если пар насыщенный. В реальных условиях степень сухости такого пара практически всегда отличается от единицы, что вносит определенную погрешность в определении количества получаемой потребителем теплоты.

На большинстве промышленных предприятий для учёта тепловой энергии пара в основном применяют измерительные системы, в которых используются диафрагмы. В соответствии с ГОСТ Р 8.563.1−97 [1], измеряемая среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам, что может быть обеспечено установкой сепаратора. При этом сужающее устройство после сепаратора будет работать на сухом паре, а количество отводимого с конденсатом тепла можно определить по теплосчётчику.

Один из существенных недостатков таких систем — узкий диапазон измеряемых расходов теплоносителя (1:3). На практике имеют место диапазоны измерения расходов пара 1:10 и более, что требует установки нескольких диафрагм, усложняет исполнение и эксплуатацию измерительной системы.

Альтернативным решением в таких случаях являются системы с вихревыми датчиками расхода [1,2]. Принцип действия вихревых расходомеров основан на измерении колебаний давления, возникающих в потоке вблизи плохо обтекаемого тела. Они имеют широкий диапазон измерений расхода пара (от 4 до 100%), могут быть установлены на горизонтальных и вертикальных участках трубопроводов, менее требовательны к длине прямых участков до и после расходомера.

В России вихревые преобразователи расхода пара выпускаются инженерно-производственной фирмой «Сибнефтеавтоматика» (г. Тюмень).

Преобразователи рассчитаны на измерение объёма (массы) насыщенного или перегретого пара с давлением от 0,05 до 1,6 МПа, температурой от 100 до 200 оС, имеют диапазон расхода от 5 до 100% от номинального, могут устанавливаться на паропроводах при минимальной температуре окружающего воздуха — 45 оС, максимальной + 50 оС, т. е. на открытом воздухе. Основная относительная погрешность датчика — не более 2,5%. Межповерочный интервал — 1 год. На рис. 1 представлена схема установки датчика расхода ДРГ. М в комплекте в тепловычислителем БКТ. М, датчиками давления и температуры, а в таблице 1 -технические и стоимостные характеристики датчиков расхода различных типов.

Таблица 1

При эксплуатации в Краснодарском крае с 1997 по 2000 год десяти вихревых преобразователей расхода ДРГ. М имело место 2 отказа с ремонтом на заводе-изготовителе. В обслуживании они не требуют высокой квалификации персонала.

Вихревые датчики расхода пара зарубежных производителей на российском рынке представлены в основном фирмами Danfoss (Дания) и EMCO (США). Технические и стоимостные характеристики датчиков расхода фирмы «Danfoss» приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Вихревые расходомеры VORFLO типа VOR 1100/100 фирмы «Danfoss» имеют более широкий динамический диапазон от 4 до 100% от номинального, рассчитаны для работы на насыщенном или перегретом паре с температурой до 400 оС и давлением до 4 МПа. Основная относительная погрешность — не более 1,25%. межповерочный интервал — 4 года. Конструктивное отличие данного расходомера состоит в наличии датчика VOR 1100 устанавливаемого на трубопроводе и электронного преобразователя VOR 1000, которые могут поставляться в компактном или раздельном исполнении. В первом случае расчётная температура окружающей среды должна быть положительной, во втором от — 30 до + 60 оС при максимальной длине кабеля между ними 10 м. Расходомеры VORFLO работают на насыщенном и перегретом паре в городах Туапсе, Тихорецке, Тимашевске. За три года эксплуатации отказы не имели место. Фирма «Danfoss» выпускает расходомеры следующих условных проходов, мм: 25, 40, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300. В таблице 2 представлены технические и стоимостные характеристики некоторых из этих расходомеров.

В стоимости систем учёта тепловой энергии пара на основе вихревых расходомеров затраты на приобретение тепловычислителей составляют 30−70%. В таблице 3 приведены характеристики наиболее распространённых тепловычислителей отечественных и импортных производителей, работающих как с вихревыми преобразователями расхода, так и с датчиками перепада давления пара на сужающем устройстве.

Таблица 3.

Данные тепловычислители имеют сетевое питание (220 В), энергонезависимые архивы. Вычисление расходов пара и его тепловой энергии основано на алгоритмах Правил учёта тепловой энергии и теплоносителя, ГОСТ Р 8.563.1(2,3)-97. Интерфейс RS-232, RS-485 позволяют работать с внешними устройствами измерительной техники.

Самые дешёвые тепловычислители ИМ-2300 опытно-конструкторского бюро «Маяк» (г. Пермь) не взаимозаменяемы, выполняются по индивидуальным заказам, из каждых трёх вычислителей, установленных в узлах учёта пара Краснодарского края, имеет место один отказ.

Широко известные тепловычислители ВТД фирмы «Динфо» (г. Москва) имеют устаревшую электронную базу, сложные в распайке разъёмы, не взаимозаменяемы. В приведённой ниже схеме узла учёта пара (г. Тимашевск) вычислитель данного типа дважды в течении года выходил из строя с ремонтом у изготовителя при паспортной наработке на отказ не менее 8000 часов.

Тепловычислители БКТМ фирмы «Сибнефтеавтоматика» (г. Тюмень) разработаны на основе тепловычислителей БВР. П на качественно новой элементной базе. Опыт эксплуатации 10 тепловычислителей БВР. П в городах края показан их низкую надёжность (5 отказов). При уменьшении расхода пара ниже минимального значения тепловычислитель прекращает регистрацию расхода пара.

Особенностью тепловычислителя СПТ-961 фирмы «Логика» (г. С.-Петербург) при работе с диафрагмами является наличие режима компенсации смещения «нуля» датчиков перепада давления, специальной уставки, исключающей самоход.

Тепловычислитель ВКТ-5 фирмы «Теплоком» (г. С.-Петербург) имеет возможность настройки на индивидуальную характеристику преобразователей расхода, коррекцию их систематической температурной погрешности. Данный тепловычислитель начал выпускаться в 2000 году. Опыт эксплуатации 200 тепловычислителей ВКТ-4 данного производителя показал их высокую надёжность (2 отказа).

В 2000 году фирмой «Метран» (г. Челябинск) начат выпуск тепловычислителя ТЭКОН-10, имеющего наиболее широкие функциональные возможности. Данный прибор обеспечивает теледоступ ко всем расчётным и измеренным параметрам, телеуправление подключёнными технологическим объектом и телесигнализацию его состояния.

Тепловычислитель FR 93 фирмы «Danfoss» (Дания) при подключении к сети (220 В) требует дополнительного стабильного источника питания 24 В постоянного тока. Четырёхлетний опыт эксплуатации двух тепловычислителей FR 93 на узлах учёта пара подтвердил их высокую надёжность.

Одной из особенностей организации учёта потребления тепловой энергии в системах пароснабжения технологических потребителей является широкий диапазон изменения тепловых нагрузок, что определяется изменениями технологического режима, количеством включаемых аппаратов, степенью их загрузки и т. п. В таких условиях существующими приборами на основе сужающих устройств трудно, а иногда и невозможно обеспечить измерение расхода пара во всём диапазоне.

В качестве примера системы учёта тепловой энергии пара с использованием вихревых преобразователей расхода отечественного и датского производства и тепловычислителя ВТД на рис. 2 приведена принципиальная схема узла учёта, смонтированная Южно-русской энергетической компанией в 1999 году на предприятии «Хладопродукт» фирмы Nestle в г. Тимашевске Краснодарского края.

Расчётный расход пара меняется от 30 до 6000 кг/ч при давлении около 1,0 МПа.

Рис. 2 Схема узла учёта пара на предприятии «Хладопродукт»

• 1 — принтер Epson LX 300
• 2 — тепловычислитель ВТД
• 3 — датчик давления MBS 33
• 4 — датчик температуры Pt-100
• 5 — вихревой преобразователь расхода пара VORFLO 1100/2000 Ду 80
• 6 — регулятор двухпозиционный БИТ 300
• 7 — клапан запорный с электроприводом
• 8 — вихревой преобразователь расхода пара ДРГ-160
• 9 — преобразователь частотно-токовый БИТ 300

При максимальном расходе пара электроклапан 7 открыт и работает вихревой датчик 5 VOR 1100. При уменьшении расход пара до 500 кг/час второй частотный сигнал поступает на двухпозиционный регулятор 6, который выдаёт сигнал на закрытие электроклапана. При дальнейшем снижении расхода пара до 400 кг/час тепловычислитель автоматически переключается на снятие показаний от вихревого датчика расхода 8 ДРГ-160. При увеличении расхода пара данная система работает в обратном порядке. Годичная эксплуатация системы учёта пара в г. Тимашевске показала её работоспособность и достаточную надёжность. Однако, дважды имели место отказы тепловычислителя ВТД.

С учётом изложенного можно сделать следующие выводы:

При широком диапазоне измеряемых расходов пара (более 1:3) целесообразно применение вихревых расходомеров.

Вихревые расходомеры на российском рынке представлены фирмой «Сибнефтеавтоматика» (г. Тюмень) и Danfoss (Дания). При почти одинаковом диапазоне измеряемых расходов фирма Danfoss имеет более широкий типоряд приборов при втрое большей стоимости.

Тепловычислители для систем учёта тепловой энергии пара выпускаются в России несколькими фирмами. При этом наименьшими функциональными свойствами и стоимостью характеризуются теплоэнергоконтроллер ИМ-2300 (г. Пермь), наибольшими возможностями и оптимальной стоимостью отличаются тепловычислители ВКТ-5 (С.-Петербург) и ТЭКОН-10 (г. Челябинск).

На основе отечественных и датских вихревых расходомеров успешно эксплуатируется коммерческая автоматизированная система учёта пара с диапазоном измерений 1:200.

энергетический датчик тепловой.

• 1. Бутузов В. А. Тенденции развития систем учёта тепловой энергии пара / Промышленная энергетика, № 6, 1999
• 2. Бутузов В. А. Тенденции развития приборов учёта тепловой энергии / Энергосбережение, № 3, 2000