Ультразвуковые счетчики: стабильность измерений - наглядное преимущество

Энергоресурсосбережение и энергоэффективность ^^ 19 =

УДК 681.125

Ультразвуковые счетчики: стабильность измерений —

наглядное преимущество

Герт Скривер,

Kamstrup A/S, Дания, кандидат технических наук

Важнейшим критерием качества теплосчётчиков является сохранение точности измерений в течение длительного срока эксплуатации. В связи с этим становится необходимым тестирование счётчиков для выявления стабильности их работы. В статье описан опыт Дании в тестировании расходомерного оборудования. На основе испытаний по стандарту EN 1434-4 по программе AGFW и проверки эксплуатацией ультразвуковых счётчиков доказано их преимущество перед другими видами теплосчётчиков.

Ключевые слова: ультразвуковые теплосчётчики, теплоснабжение, энергосбережение, тестирование, эксплуатация.

Концепция датского централизованного теплоснабжения была сформулирована в 1902 году и с некоторыми дополнениями служит основой сегодняшней энергетической политики страны. Базовыми стали несколько принципов: во-первых, широкое использование когенерации (тепла и электричества), а также высокая (свыше 60 % в целом по стране и более 90 % в городах) [1] централизация отопления; во-вторых, диверсификация энергоресурсов с использованием как невозобновляемых, так и возобновляемых источников; в-третьих, ставка на энергосбережение [2]. В рамках этой концепции особое внимание уделяется строгому учёту ресурсов, поэтому неудивительно, что Дания является источником наиболее передовых методов измерений в области тепло- и энергоснабжения.

Причины перехода на ультразвуковые модели

В отличие от механических ультразвуковые расходомеры используются для контроля расхода теплоносителя в системах тепло- и холодоснабже-ния относительно недавно (с конца 1980-х годов). Однако за истекшее время они уже доказали свои преимущества, в первую очередь точность и долговечность.

Основным потребителем ультразвуковых теплосчётчиков в Дании являются тепловые компании, так как именно они устанавливают приборы учёта потребителям. Для этих организаций главными критериями выбора оборудования являются точность и метрологическая стабильность в течение длительного периода эксплуатации, обеспечивающие доверие между потребителями и поставщиками тепла и являющиеся основой правильных коммерческих отношений. Если потребитель сталкивается с фактом переплаты за тепло, обусловленной низкой точностью измерений, его доверие к поставщику тепла будет подорвано. Особенно актуально это становится сегодня, когда мотивы эффективности использования тепловой энергии в коммунальном секторе находятся в центре внимания.

В силу этого производители приборов учёта стремятся создать конструкции, исключающие расширение диапазона погрешностей в силу износа деталей. Так как в отличие от механических ультразвуковые расходомеры не имеют движущихся механических деталей в измерительном узле, для них неактуальна проблема неизбежно возникающего в таком случае люфта, что и стало основой широкого распространения подобных приборов в Дании.

За 20 лет опыта применения ультразвуковых счётчиков было установлено, что их точность измерений сохраняется стабильной на протяжении всего жизненного цикла изделия. Это доказывается на примере испытаний приборов учёта компании Kamstrup, которые проводятся в соответствии с Европейским стандартом EN 1434-4. В дополнение к этим базовым тестам теплосчётчиков проводится дополнительное тестирование AGFW в Германии. Кроме того, в Дании они регулярно проходят выборочную поверку. В следующих разделах описаны три вышеуказанных способа тестирования.

Тестирование по стандарту EN 1434-4

Стандарт был разработан AGFW совместно с Европейским комитетом по стандартизации (CEN). Предпосылками к его введению стали жалобы от теплосетей о некачественных теплосчётчиках, регулярно поступавшие в конце 1980-х годов в адрес AGFW, а также инициатива, сформулированная на уровне ЕС.

В 1997 году в стандарт было включено испытание на долговечность расходомеров, которое представляет собой процедуру тестирования на специальном стенде в течение 2400 часов, имитирующего пятилетнюю эксплуатацию прибора. При этом EN 1434-4 требует, чтобы «после завершения теста отсутствовали признаки явной неисправности прибора», а тестовый стенд «должен соответствовать поставленным задачам, быть сличаем с более точными эталонами и входить в надёжную калибровочную систему» [3].

= 20

Энергобезопасность и энергосбережение

Одним из трёх тестовых стендов, аккредитованных в Европе, является установленный на производстве Катэ^ир в Скандерборге (Дания). Два других подобных стенда находятся в Федеральном агентстве по метрологии и надзору (ВЕУ) в Вене (Австрия) и в Физико-техническом институте в Берлине (Германия).

Стенд предназначен для проведения испытаний расходомеров на долговечность в соответствии с ЕМ 1434-4 и OIML И75 (стандарт Международной организации законодательной метрологии). На нём можно одновременно тестировать до 12 расход оме-ров трёх различных типономиналов, которые монтируются на трёх параллельных ветках трубопровода, по четыре на каждой. Стенд представляет собой закрытый контур, состоящий из автоматической системы долива воды, циркуляционного насоса и нагревателя. На рис. 1 приведена схема стенда.

Рис. 1. Стенд для проведения теста на прочность (долговечность) в соответствии со стандартами ЕЫ 1434-4 и ОМ R75:

1 — буферный бак; 2 — насос; 3 — задвижка; 4 — измеритель температуры; 5 — датчик давления;

6 — циркуляционный насос; 7 — расходомер;

8 — нагреватель; 9 — воздушный сепаратор; 10 — предохранительный клапан; 11 — контроллер давления; 12 — буферный бак; 13 — регулятор давления; 14 — задвижка

Температура воды при испытаниях может достигать 150 °С, расход - до 40 м3/ч. Показания расхода каждого счётчика архивируются. Образцовый счётчик регистрирует ход теста, одновременно учитываются параметры тестируемых счётчиков, установленных на каждой из трёх веток. Так как при тестировании важна непрерывность процесса, стенд снабжён источником бесперебойного питания.

В связке с компьютером и эталонным счётчиком частотный привод регулирует расход: компьютер контролирует смену интервалов, а счётчик - правильную величину расхода. Таким образом, режим работы меняется с фиксированным интервалом в 15 минут.

Стенд потребляет в среднем 384 кВт-ч электроэнергии в день. Так как тестирование проводится не

менее 130 суток, расходы на энергию для проведения полного теста составляют около 14 тыс. евро.

Тестовый стенд аккредитован DANAK - Датским Фондом аккредитации и метрологии, который действует на основании договора с Датским управлением безопасности технологий, подразделением Датского министерства экономики и бизнеса. Это означает, что тестовая лаборатория фактически обязана также проводить тестирование продукции других компаний на своём стенде.

Тестирование по программе AGFW

Участие в этой программе является для производителей теплосчётчиков добровольным. После испытаний приборы получают оценку «в измерениях стабилен» или «в измерениях нестабилен». На сегодняшний день AGFW является наиболее авторитетным экспертом в области тестирования теплосчётчиков, так как программа испытаний этой организации гораздо шире аналогичных программ, используемых в национальных лабораториях.

Программа тестирования теплосчётчиков включает шесть этапов (Р0-Р5). На начальном этапе составляются два графика, отражающие точность измерений нового расходомера при 25 и 55 °С (Р0). Затем проводится первый продолжительный тест в течение 2400 часов при 90 °С и номинальном расходе ^р). Один раз в сутки расход повышается в два раза относительно номинального расхода на один час (Р1) (рис. 2). Второй этап теста проводится в течение 1800 часов при 90 °С и номинальном расходе. Здесь тоже раз в сутки расход увеличивается в два раза по сравнению с номинальным на один час (Р2). Следующие этапы процедуры (Р3 и Р4) представляют собой тесты на выносливость, каждый длится 300 часов при максимальном расходе. Затем производится осмотр, при котором тестируемые счётчики снимаются со стенда для выявления возможных изменений, происшедших в процессе эксплуатации (Р5). Промежуточный отчёт формируется между этапами Р1 и Р2 в дополнение к финальному отчёту (рис. 3).

Я5-

Яр —

1.5ч

2400И

Я5

Яр-

1.5ч.

1Н-

17.5Н

-1г~ 12

-I— 16

—Г— 20

24И

Рис. 2. Основной износ. Интервалы теста на долговечность в течение 2400 часов

0

0

ИШШИЭДИ

Энергоресурсосбережение и энергоэффективность

21 =

Видно, что теплосчётчики в ходе испытаний подвергаются тестированию при критических параметрах. Это необходимо для того, чтобы результаты тестирования отражали реальное качество расходомеров [4].

В 2008 году 1724 ультразвуковых счётчика Kamstrup в составе 124 партий прошли процедуру выборочного тестирования. В это же время проходили тестирование механические счётчики в количестве 51 штуки в составе 7 партий [5] (рис. 4).

Рис. 3. Этапы тестовой программы AGFW для определения долговечности теплосчётчиков

В программе тестирования теплосчётчиков, предъявляющей к приборам самые высокие требования, испытания проводятся не только в заданных производителем поверочных, но и в семи произвольных точках измерительной шкалы, что обеспечивает сравнение характеристик во всём диапазоне измерений.

В итоговом отчёте каждый расходомер получает оценки от 1 до 5 баллов в категориях «точность измерений», «метрологическая стабильность» и «восстанавливаемость» (то есть способность прибора восстановить правильность измерений при переходе от экстремальных условий работы к обычным).

Вышеупомянутый тест 2006 года дал следующие результаты для приборов с различным принципом измерения: долгосрочный тест не прошли 3 из 6 одноструйных крыльчатых расходомеров (50 %), 1 из 15 многоструйных крыльчатых расходомеров (7 %), 5 из 39 ультразвуковых расходомеров (13 %) и 0 из 6 вихревых расходомеров (0 %). При интерпретации данных этого списка необходимо принимать во внимание малую статистическую базу.

Испытания эксплуатацией

В настоящее время датские теплосети последовательно заменяют механические теплосчётчики на ультразвуковые, опережая в этом энергоснаб-жающие организации других стран. Критерием эффективности такой модернизации могут служить результаты обязательной плановой поверки. При её проведении каждая тепловая компания обязана разделить парк своих приборов учёта на партии, случайно выбранные образцы из которых с заданной периодичностью (по датским нормам -6 лет) отправляются в аккредитованную лабораторию для выборочного тестирования. Срок эксплуатации продлевается ещё на 6 лет, если результаты тестирования находятся в пределах допустимой погрешности. Однако если погрешность достигает допустимого максимума, то срок эксплуатации продлевается лишь на три года. Если же погрешность выходит за рамки допустимых пределов, то вся партия приборов снимается с эксплуатации и подлежит замене.

Рис. 4. Доля партий приборов, период эксплуатации которых был продлён соответственно на 1 год, 3 года и 6 лет, %

Гистограмма показывает распределение погрешностей ультразвуковых счётчиков, прошедших тестирование со случайной выборкой в 2008 году в тестовой точке q<3 х qmin. В соответствии с датским законодательством период эксплуатации подлежит продлению на 6 лет при погрешности 0-5 % и на 3 года при погрешности 5-10 %. Цифры приведены по результатам тестирования 1724 счётчиков (рис. 5).

30

25

20

Я<3хдт|п, ультразвуковые счетчики

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Погрешность, %

Рис. 5. Распределение погрешностей ультразвуковых счётчиков при тестировании со случайной выборкой, %

93 % ультразвуковых счётчиков показали результаты, вписывающиеся в допустимые значения. Очевидно, что 82 % партий, состоящих из ультразвуковых расходомеров, получили продление эксплуатации на 6 лет, а для механических моделей этот результат составил лишь 14 %. Частично стабильность измерений ультразвуковых счётчиков подтверждает и то, что некоторые из испытываемых приборов проходят уже вторую процедуру выборочного тестирования, то есть их срок эксплуатации продлён с 15 до 18 лет.

ШТШЖ»

= 22

Энергобезопасность и энергосбережение

Вывод

При анализе данных тестов очевидно, что успешное прохождение интенсивных испытаний по передовой технологии AGFW и почти 20 лет реальной эксплуатации свидетельствуют о том, что ультразвуковые счётчики - наиболее надёжные и стабильные приборы. Поскольку теплосчётчик является единственным прибором, контролирующим потреб-

ление энергии и обеспечивающим коммерческий учёт, доверие к его показаниям служит базовым элементом отношений между поставщиками энергии и её потребителями. Бесспорным доказательством правильности работы устройства, таким образом, являются полномасштабные и жёсткие тесты, которые способны продемонстрировать стабильность и точность измерений.

Литература

1. Varmeplan Danmark. - 2008. - P. 4.

2. DBDH - официальный сайт. [Электронный ресурс]. Код доступа: http://www.dbdh.dk/default.asp

3. Европейский стандарт EN 1434-4. - Р. 9-10.

4. WZP-IV. - Р. 4.

5. Report: Selecting flow meter technology for energy metering. Sample-Testing of Flow Meters. - 2008. - P. 5-7.

Ultrasonic meters: measurement stability is a clear advantage

Gert Scriver,

Kamstrup A/S, Denmark, Ph.D.

The most important criterion is the quality of the heat meter accuracy over a long period of operation. In this regard, it becomes necessary to test the counters to determine the stability of their work. The article describes the experience of Denmark in the testing flow equipment. Based on the testing standard EN 1434-4, the program AGFW and test operation of the ultrasonic meter proved their advantages over other types of heat meters.

Keywords: ultrasonic heat meters, heat supply, energy-economy, testing, exploitation.

ИШШИЭДИ