Главная   >>   Энергосбережение на промышленных предприятиях

Энергосбережение на промышленных предприятиях

6.3. Применение портативных ультразвуковых расходомеров

На сегодня многие фирмы в мире производят аппаратуру для измерения расходов жидкости в трубопроводах. Один из главных современных методов измерения – ультразвуковой. Достаточно хорошо известно около десяти ультразвуковых портативных расходомеров (УЗПР), использующих в качестве первичного преобразователя пьезоэлектрические датчики, работающие в ультразвуковом диапазоне.

Основную идею принципа измерения расхода жидкости иллюстрирует следующее несколько упрощенное описание действия прибора. Один датчик излучает ультразвуковой сигнал (УЗ-сигнал) по направлению движения жидкости внутри трубопровода. Этот сигнал принимается вторым датчиком. Второй датчик излучает УЗ-сигнал навстречу направления движения жидкости. В электронной схеме прибора (на основе цифровой обработки сигнала) заложен алгоритм вычисления разницы времени прохождения сигналов по движущейся среде (жидкости). В ряде работ было показано, что эта величина однозначно связана со средней скоростью жидкости по сечению трубопровода.

Для пересчета средней скорости жидкости в величину объемного расхода необходимо знать площадь поперечного сечения трубопровода. Площадь поперечного сечения (как правило, в форме круга) вычисляется по известному внутреннему диаметру. Поскольку непосредственное изменение внутреннего диаметра возможно только путем локального разрушения участка трубопровода (сверления, контрольной вырезки фрагмента), то используется другой путь: непосредственно измеряют наружный диаметр штангенциркулем или рулеткой и толщину стенки трубопровода – ультразвуковым толщиномером (неразрушающий метод), а затем вычисляют внутренний диаметр трубопровода.

Объемный расход жидкости, проходящей по трубопроводу, равен произведению площади поперечного сечения трубопровода на среднюю скорость движения жидкости.

Опыт использования нескольких типов портативных ультразвуковых приборов (UDM-100 фирмы Seba Dinatronic, Германия; DDF-3088 фирмы Peek Measurement, США; PortaFlow-300 фирмы Micronics, Великобритания) показал, что полностью автоматизировать процесс получения результата не удается - хотя бы потому, что в этом процессе обязательно будут трудно формализуемые и, следовательно, не подлежащие автоматизации процедуры:

  • выбор места установки датчиков на трубопроводе;
  • установка датчиков на трубопроводе;
  • обеспечение звукового контакта со стенкой трубопровода;
  • определение наружного диаметра трубопровода;
  • определение толщины стенки трубопровода в месте производство измерений.

Практически каждая из этих процедур может стать источником соответствующей погрешности в определении фактического расхода.

На основе анализа показаний этих приборов на эталонном весовом стенде разрабатывались методика и стандартные процедуры применения УЗПР.

Методика предназначена для определения совокупности операций и правил, применение которых обеспечивает получение результатов с погрешностью, соответствующей задаче применения расходомеров “PortfFlow-300” в энергетических обследованиях. Такой подход существенно расширяет сферу применения ультразвуковых портативных расходомеров и соответствует как “Правилам проведения энергетических обследований организаций”, утвержденным Минтопэнерго РФ 28.03.98, так и ГОСТ Р 8.563-96.

Методика позволяет измерять расход жидкости (теплоносителя) по стальным трубопроводам диаметром от 20 до 1000 мм при температуре контролируемой среды от +3 до +150°С и скорости потока от 0,05 до 3 м/сек путем применения портативного ультразвукового расходомера “PortaFlow-300”, ультразвукового толщиномера и других вспомогательных приборов и принадлежностей.

При разработке методики авторы ориентировались на следующие задачи применения УЗПР:

  • экспресс-обследование узла ввода для определения экономического эффекта, получение которого возможно в результате установки приборов учета потребляемой тепловой энергии;
  • измерения для правильного подбора типоразмера стационарного датчика расхода;
  • проверка материального баланса в точке теплосети;
  • определение потребления тепловой энергии объектом (зданием, организацией, промышленным предприятием) при проведении его энергетического обследования.

Одна из задач, для решения которой целесообразно применение портативного расходомера, - предварительное обследование узла, на котором планируется установка стационарного счетчика расхода воды или теплосчетчика.

Смысл такого обследования состоит в том, что до реконструкции узла на тепловом вводе производятся измерения расходов теплоносителя (воды) и температур (для узла учета тепловой энергии). На основании этих измерений производится расчет часового, суточного, помесячного (или годового) потребления. Результаты расчета сравнивают с теми значениями, которые следуют из условий договора с энергоснабжающей организацией. Эти данные можно получить из платежных требованиях, выставляемых для оплаты потребленной энергии.

Анализ позволяет с достаточной степенью достоверности предсказать эффект, который будет у потребитель в результате перехода на приборный метод расчета за тепловую энергию.

Выбора типоразмера датчика стационарного расходмера

Важным преимуществом данного метода определения расхода жидкостей в трубопроводе является широкий диапазон возможных диаметров трубопроводов, на которых производятся измерения. Ультразвуковые портативные расходомеры позволяют проводить измерения на трубопроводах диаметром от 3-х десятков миллиметров до метра (1000 мм) и более. Это серьезное преимущество подобных приборов, которое создает предпосылку их широкого применения для предварительных обследований

Такое экспресс-обследование представляет собой один или несколько замеров на реальном трубопроводе сетевой воды, по результатам которых можно будет правильно подобрать типоразмер датчика стационарного расходомера. Большинство типов стационарных датчиков расходомеров имеют достаточно узкий диапазон измеряемого расхода. За пределами этого диапазона либо измерение невозможно, либо погрешность измерения возрастает. Поэтому для эффективной работы стационарного прибора измерения расхода очень важно заранее правильно определить тот диапазон фактического изменения расхода в данном трубопроводе, который будет иметь место при его дальнейшей работе.

Самым надежным способом определения этого диапазона является проведение серии предварительных измерений портативным расходомером.

При проведении этих измерений требование по точности может быть несколько снижено: полезно знать фактические расходы хотя бы приблизительно. Наличие погрешности даже в 30-50 % не помешает в правильном выборе диапазона.

Особенности применения УЗПР в этой задачи такие. Место проведения измерений - любой прямой горизонтальный или подъемный участок того же трубопровода, на котором будет устанавливаться датчик стационарного расходомера. Нет ограничений в выборе необходимой длины измерительного участка. Единственное требование - чтобы схема измерения гарантировала, что измеряемый портативным прибором расход - тот же самый, что будет проходить через первичный преобразователь стационарного расходомера. Цель измерений в этой задаче - определение фактического диапазона изменения расходов теплоносителя в реальных режимах эксплуатации систем.

Проверка материального баланса в точке теплосети

Место проведения измерений в данной задаче - произвольная точка (коллектор, ответвление, тепловой ввод, линейный участок тепломагистрали) теплосети. Особенности места установки УЗПР:

  • возможны ограничения в выборе нормативной длины прямых участков, хотя, как правило, необходимо искать участки необходимой длины;
  • температура прибора в наилучшем диапазоне от +35 до - 35°С;
  • температура датчиков от + 40 до +150°С.

Цель измерений в этой задаче несколько иная, чем в предыдущих: определение с наибольшей возможной точностью разницы расходов сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе. Допустимый уровень относительной погрешности измерений не более 2 %. Задача отличается целью и минимальной допустимой погрешностью, так как вычисляется разность расходов по двум измерениям (расходов сетевой воды в подающем и в соответствующем ему обратном трубопроводах). Эта разность и характеризует материальный небаланс системы в данном узле. В этой задаче важно минимизировать погрешность соответствующей пары измерений.

Определение потребления энергии в энергообследованиях

В соответствии с “Правилами проведения энергетических обследований организаций”, которые проводятся в целях оценки эффективности использования организациями топливно-энергетических ресурсов, результаты этих обследований должны содержать “инструментально подтвержденный топливно-энергетический баланс”. Такой баланс как минимум должен показывать соотношение между полезно использованной энергией и ее потерями (либо общим потреблением).

Поэтому самая распространенная задача, в которой применяются портативные расходомеры, - это измерение расхода теплоносителя (или холодной воды) на узле ввода либо в точке подключения потребителя к общей сети.

В рамках этой задачи также желательно минимизировать погрешность, однако приемлемым будет ее уровень в 5 %, так как во многих случаях штатные приборы у обследуемого потребителя отсутствуют, а данные измерений портативным прибором являются практически единственно возможным “инструментальным подтверждением” уровня потребления энергии (энергоносителя).