Милейковский Ю.С. Главный метролог УП «Минсккоммунтеплосеть», г. Минск
Башкин Б.В. Генеральный директор ЗАО «ЭСКО 3Э», г. Москва
В России в очередной раз наблюдается возросший интерес к приборному учету тепловой энергии в связи с принятием Закона РФ№ 261 от 23 ноября 2009г. «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» и и ряда подзаконных актов в соответствии с этим Законом.
Неискушенному потребителю крайне трудно выбрать нужный ему прибор среди множества броских рекламных предложений, которыми пестрят средства массовой информации. Обычно при проведении конкурсов выбирают наиболее дешевый прибор. Для подобного выбора есть объективная причина и состоит она в том, что метрологические характеристики подавляющего большинства приборов учета документированы словно близнецы-братья.
О качестве приборов учета
Сопоставляя документированные метрологические характеристики отечественных и зарубежных теплосчетчиков, мы видим, что в области измерений расхода теплоносителя отечественные производители впереди планеты всей. В 2004 году в нескольких специализированных журналах были опубликованы ряд статей об экспериментальной проверке качества измерений наиболее продвинутых типов приборов учета. Экспериментальные отчеты независимых лабораторий свидетельствовали о крайне низком качестве исследованных образцов широко разрекламированных типов приборов учета.
Правда, это не помешало группе чиновников из специализированных комитетов правительства Москвы на основании псевдонаучных заключений одним росчерком пера в качестве поставщиков приборов учета для объектов Москвы определить именно те типы приборов учета, неудовлетворительное качество которых было изобличено вышеуказанными экспериментальными данными. В результате теплоснабжающая организация Москвы не может экспериментально подтвердить удовлетворительную работу приборов учета, которая позволяет сводить с необходимой точностью баланс отпущенной ими тепловой энергии.
Сходные проблемы с приборами учета испытывали наши соседи по СНГ. В 2005г несколько известных теплоснабжающих организаций Республики Беларусь, обладающие развитой метрологической базой, обратились в Госстандарт РБ с мотивированной просьбой о проведении открытых сравнительных испытаний теплосчетчиков в условиях, которые в максимальной степени приближены к условиям реальной эксплуатации. Испытания было поручено провести Белорусскому государственному институту метрологии (БелГИМ).
Специалисты БелГИМ разработали методику и регламент сравнительных испытаний теплосчетчиков. Указанные документы вместе с приглашениями за четыре месяца до планируемого срока испытаний были направлены всем наиболее известным изготовителям теплосчетчиков в России, Белоруссии и Украины (всего восемнадцати участникам).
Показательно, что из восемнадцати приглашенных фирм в испытаниях участвовали лишь шесть участников. Остальные отказались под различными предлогами. При этом, два участника были представлены вопреки своей воле образцами приборов, которые были представлены на испытания потребителями.
Подобная «осторожность» фирм-изготовителей известных «брендов» стала понятна при получении результатов испытаний. Реальные метрологические характеристики этих разрекламированных приборов даже близко не соответствовали их документированным значениям. Применение приборов учета с подобным качеством измерений для энергетики опасно настолько, насколько опасно для организма человека применение некачественных продуктов питания.
Приборы учета, по сути своей, призваны указать нам на неэффективные зоны потребления энергии. В этом случае включаются механизмы прогресса. Если приборы учета выполняют функции правдоподобных дезинформаторов, то они выполняют функции наркотиков для смертельно больной экономики. Механизмы появления подобной продукции на всем пост-советском пространстве, включая Россию, имеют одинаковые правовые определения. Скрупулезный читатель может ознакомиться с названным отчетом БелГИМ на сайте компании: www.esco3e.ru.
О том, что, как и чем измеряет теплосчетчик
Попытаемся изложить физические основы качества приборов учета. На рынке России подавляющее большинство коммерческих средств измерений (99,99 %) – это измерители скорости и температуры (в отдельных случаях давления) теплоносителя. Количество прошедшей через них энергии приборы учета определяют расчетным методом. Полученное значение средней скорости теплосчетчик умножает на вычисленное значение площади измерительной камеры своего расходомера, а затем на время измерений, чтобы получить значение объема теплоносителя за расчетный период времени. По результатам измерений температуры и давления теплоносителя теплосчетчик получает значение плотности и теплоемкости теплоносителя за тот же промежуток времени. Полученные объем теплоносителя, умноженный на разность температур, плотность и теплоемкость – это количество тепловой энергии, которое измерил теплосчетчик за расчетное время.
В данном случае, приведен упрощенный алгоритм работы теплосчетчика в рамках требований формата настоящей статьи. При этом, наиболее критичным видом измерений для теплосчетчиков являются измерения средней скорости потока теплоносителя (горячей воды). Этот факт признан всеми ведущими специалистами в данной области измерений.
Из вышесказанного следует, что для надежных измерений скорости теплоносителя требуются выполнение следующих критериев.
- Критерий №1 - Практическая неизменность площади измерительной камеры расходомера;
- Критерий №2 - Корректное определение расходомером средней скорости потока по сечению измерительной камеры;
- Критерий №3 - Устойчивость измерительной системы прибора к экстремальным условиям эксплуатации.
В этой статье мы рассмотрим теплосчетчики с электромагнитными и ультразвуковыми измерителями расхода горячей воды. Все остальные типы приборов учета (турбинные, тахометрические, вихревые и пр.) фактически отбракованы рынком пользователей, несмотря на привлекательные цены. Фатальные эксплуатационные недостатки данных приборов для учета тепловой энергии оказались очевидными даже для неискушенного потребителя.
Теплосчетчики с ультразвуковыми расходомерами
Если говорить о теплосчетчиках с ультразвуковыми расходомерами, то изготовление их гидравлических каналов из обычной стали, безусловно, хороший технологический ход с точки зрения получения конкурентоспособной цены изделия. Правда в этом случае данное средство измерений не удовлетворяет Критерию №1.
В подобных приборах учета уже после года эксплуатации налицо возрастающая шероховатость и язвенная коррозия поверхностей измерительных камер, которая явственно отслеживается даже на ощупь и является причиной непредсказуемого ухода их метрологических характеристик. При этом, в одной области нормируемого диапазона измерений подобные приборы учета могут существенно завышать, а в другой области существенно занижать измеренные значения тепловой энергии и массы теплоносителя по отношению к их реальным значениям. Как правило, процесс этот носит сугубо случайных характер в зависимости от температуры теплоносителя и интенсивности процессов коррозии.
С другой стороны, область сканирования эпюры скоростей в измерительной камере однолучевого ультразвукового расходомера (с одним приемником и излучателем ультразвуковых колебаний) относительно мала. Устойчивость таких ультразвуковых расходомеров к несимметричным потокам воды крайне неудовлетворительна. В отчете БелГИМ приведены данные об установке гидравлического сопротивления на входе теплосчетчика с ультразвуковым расходомером, которое имитирует работу регулирующей арматуры. При проведении вышеназванных испытаний установлено, что воздействие гидравлического сопротивления на ультразвуковые каналы измерения расхода было существенно даже тогда, когда длина прямых участков на входе в теплосчетчик составляла 20Ду и более (тогда как нормируемая длина прямых участков для них составляла 5Ду).
Следует отметить, что некоторые фирмы выпускают теплосчетчики с ультразвуковыми каналами измерений расхода, где применены многолучевые измерительные камеры из нержавеющей стали. Это приборы, которые практически удовлетворяют Критериям №1 и №2, но они, как правило, вдвое дороже, чем однолучевые приборы с измерительными каналами из обычной стали.
Пожалуй, самыми уязвимыми элементами теплосчетчика с ультразвуковыми каналами измерений расхода являются приемник и излучатель ультразвуковых сигналов, которые эксплуатируются в экстремальных условиях непосредственного контакта с теплоносителем. Длительное воздействие подобных факторов выдерживают только высокотехнологичные и дорогие изделия, которые отечественной промышленностью не производятся. Поэтому при прочих равных условиях правильно изготовленные теплосчетчики с ультразвуковыми расходомерами примерно в 1,5 раза дороже аналогичных по качеству измерений теплосчетчиков с электромагнитными расходомерами.
Теплосчетчики с электромагнитными расходомерами
У электромагнитных расходомеров проблем с Критерием №1 нет по определению – их гидроканалы всегда выполнены из коррозионно стойких материалов, исходя из принципиальных конструктивных требований.
Даже у самых неудачных теплосчетчиков с электромагнитными расходомерами степень надежности обработки эпюры скоростей в измерительном сечении на уровне многолучевых электромагнитных расходомеров.
Можно сказать, что и Критерий №2 не доставляет больших проблем теплосчетчикам с электромагнитными расходомерами. Это утверждение очевидно, если проанализировать результаты сравнительных испытаний в отчете БелГИМ. При этом важно отметить, что электромагнитные расходомеры – это, как правило, на порядок меньшие тугодумы, чем ультразвуковые. В названном отчете БелГИМ прямо указано, что ни один теплосчетчик с ультразвуковыми расходомерами по указанной причине не мог продемонстрировать удовлетворительную точность при наливе эталонной меры вместимости в тупиковом режиме. А это обстоятельство означает, что подобный теплосчетчик нельзя устанавливать в системах, где достаточно динамично изменяются расходы теплоносителя (например, в системах горячего водоснабжения).
Впрочем, подобные проблемы есть и у теплосчетчиков с электромагнитными расходомерами, которые работают на батарейном питании. У таких приборов настолько маленькое значение полезного сигнала, что для его выделения приходится подобно теплосчетчику с ультразвуковым расходомером обрабатывать огромный массив результатов измерений. А вот с Критерием №3 у многих теплосчетчиков с электромагнитными расходомерам есть большие проблемы. Причина тому - относительная технологическая сложность в изготовлении термически устойчивых гидроканалов электромагнитных расходомеров и электрические помехи, которые возникают при работе на горячей воде.
Результаты работы теплосчетчиков с сомнительными характеристиками
Представьте, что теплосчетчик, который не удовлетворяет вышеперечисленным критериям, установлен на Вашем узле учета. Указанный теплосчетчик установили в соответствии с требованиями нормативных документов на него и он фиксирует, что у вас в системе отопления утечка. Вы с ног сбились в поисках утечки, повторно провели гидравлические испытания системы, которые продемонстрировали, что утечки нет, а теплосчетчик упорно показывает ее наличие и у него есть государственное свидетельство о поверке. А у Вас теплоснабжающая организация не принимает узел учета или принимает, но вы платите огромные штрафы за утечку теплоносителя. Если уж вы особенно продвинутый пользователь, то просите провести внеочередную поверку. При этом, внеочередная поверка по закону жанра в 95 случаях из 100 будет удовлетворительной. И в подобном результате иногда даже не надо винить «коррупцию». Просто в условиях поверочной установки на вход каналов измерений расхода теплосчетчика пришли симметричные эпюры скоростей потока воды.
А вот в реальностях эксплуатации вашего узла учета на входы каналов измерений теплосчетчика приходят не столь симметричные эпюры скоростей и он на них подобным образом реагирует. Но нет безвыходных ситуаций. Находятся ушлые специалисты, которые им одним известным способом на возмездной основе проводят «наладку теплосчетчика». То есть они в условиях эксплуатации подгоняют характеристики его каналов измерений друг к другу и значениям расхода, которые соответствуют проектной нагрузке. А как же иначе? Ведь в этом вопросе уже без уполномоченного представителя теплоснабжающей организации не обойтись, а он обязан блюсти корпоративные интересы.
Наконец ваш узел учета принят в эксплуатацию. Вы вздохнули спокойно и тут новая напасть. Стало холоднее, изменились температуры теплоносителя и «согласованные каналы» теплосчетчика снова чудесным образом рассогласовались. Теперь теплосчетчик показывает, что масса уходящего теплоносителя значительно больше массы теплоносителя, которая приходит на ваш узел. Впрочем, у Вас уже есть проверенная палочка-выручалочка. Ушлые специалисты опять проводят коррекцию теплосчетчика, чтобы никому не было обидно и все выглядело правдоподобно. Угадайте с трех раз, даст ли вам подобный теплосчетчик экономию финансов? И это, отнюдь не вымышленная история, а одна из множества реальностей . И сценариев реализации некачественной продукции бесконечное множество.
Так что, если вы купили некачественный теплосчетчик, то скорее всего вам придется не экономить, а платить. Есть только один путь определения качественной продукции – это гласные корректные испытания, подобные испытаниям, которые были проведены БелГИМ. Им можно верить только потому, что участники испытаний были одновременно и конкурентами, которые жестко контролировали все процедуры для исключения возможных фальсификаций.И потому результатам подобных испытаний можно доверять, а это значит, что есть хорошие новости.
О выгоде применения теплосчетчиков, обеспечивающих стабильное качество измерений
ЗАО «ЭСКО 3Э» на добровольной основе участвовала в названных испытаниях с двумя типами теплосчетчиков. При этом теплосчетчики серии ЭСКО оказались лучшими. Эти приборы успешно преодолели все виды испытаний, показали замечательные характеристики точности в самых сложных условиях измерений.
Характерно, что вторая по величине энергоснабжающая организация города Минска, в лице УП «Минсккоммунтеплосеть» по результатам указанных испытаний приняла мотивированное решение о применении на своих узлах учета только теплосчетчиков серии ЭСКО. Трехлетний опыт применения УП «Минсккоммунтеплосеть» этих теплосчетчиков свидетельствует о том, что:
- потери тепловой энергии от некачественных измерений, в среднем, уменьшились на 10%;
- расходы на сервисное обслуживание теплосчетчиков сократились на 25 %.
Также экспериментально установлено, что применение теплосчетчика серии ЭСКО на узле учета с нагрузкой 0,5 Гкал/ч уменьшает непроизводственные потери тепловой энергии от некачественных измерений в среднем на 50 тысяч рублей РФ за отопительный период. Качество измерений приборов учета – это не отвлеченный параметр, а реальный способ корректно сократить свои финансовые расходы не в ущерб другим участникам хозяйственного процесса.
Приборы компании ЗАО «ЭСКО 3Э» не только хорошо считают, но и готовы к объединению в единую хорошо проработанную автоматизированную сеть для корректного расчета за потребленные энергоресурсы.