Котельные и ТЭЦ, использующие в качестве топлива природный газ, получили широкое распространение. Это связано с тем, что природный газ, по сравнению с другими видами топлива, имеет ряд преимуществ. Основные из них — это высокая теплота сгорания, удобство управления подачей газо-воздушной смеси, отсутствие шлака, низкая степень загрязнения атмосферы. По данным [1] из более чем 73 тыс. котельных, действующих в системах централизованного теплоснабжения в России в 2013 году, на природном газе работало 60,2%. В целом по России 20% теплоэлектроцентралей в 2012 и 2013 годах использовали твердое топливо и 76% — природный газ. Объем потребляемого газа существенный и имеет тенденцию к дальнейшему росту. Поэтому важной задачей является учет потребления газа и обеспечение баланса на границах ответственности поставщиков и потребителей.

В настоящее время для учета объема прошедшего газа применяются преимущественно турбинные, ротационные и вихревые счетчики газа. Принцип действия турбинных и вихревых счетчиков газа основан на измерении скорости потока, которая при известном значении площади проточной части позволяет вычислить расход и, соответственно, за заданный промежуток времени объем протекающего газа. В ротационных счетчиках газа объем прошедшего газа определяется как объем, заключенный между лопастями ротора и корпусом счетчика, переносимый за один оборот ротора, умноженный на количество оборотов. Однако с течением времени метрологические характеристики счетчиков газа, подтвержденные поверкой при выпуске из производства, могут изменяться относительно своих первоначальных значений. Это связано с тем, что в измеряемом газе содержатся, в той или иной степени, различные загрязнения в виде продуктов смазки компрессоров, сальниковой набивки запорной арматуры, смолы, парафины, продукты коррозии и другие посторонние частицы. В процессе эксплуатации эти загрязнения откладываются на стенках счетчиков, лопатках турбин, «телах обтекания» вихревых счетчиков, изменяя площадь сечения и эпюру скоростей, попадают в подшипники и торцевые зазоры ротационных счетчиков, приводя к уменьшению или увеличению частоты вращения роторов и турбинок. В результате градуировочные характеристики смещаются относительно своих первоначальных значений. В отдельных случаях при взаимодействии с попавшими в проточный тракт прибора посторонними включениями (сварочный град, «забытые» болты и гайки и др.) возможно повреждение турбинок, роторов, тел обтекания. Это приводит к увеличению (в последнем случае — резкому) погрешности измерения сверх предельно допустимых значений.

Для постоянного контроля за состоянием приборов учета газа и своевременного выявления подобных ситуаций стандартом РФ ГОСТ Р 8.740-2011 «РАСХОД И КОЛИЧЕСТВО ГАЗА. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ТУРБИННЫХ, ВИХРЕВЫХ И РОТАЦИОННЫХ РАСХОДОМЕРОВ И СЧЕТЧИКОВ» предписано обеспечить контроль (п.9.3.1.1) технического состояния турбинных и ротационных расходомеров-счетчиков (РСГ), устройств для очистки газа (УОГ), устройств подготовки потока (УПП) и струевыпрямителей путем контроля потерь давления, обусловленных их гидравлическим сопротивлением. Если с течением времени в процессе эксплуатации перепад давлений на счетчике более чем на 50% превысит допускаемое значение, то произошло или засорение проточной части, или загрязнение, или износ подшипников счетчика, либо имеется иной дефект, приводящий к торможению его подвижных частей. В этом случае должны быть проведены работы по техническому обслуживанию счетчика или его ремонту.

Контроль перепада давлений должен проводиться с помощью сертифицированных средств измерений (СИ), прошедших Государственные испытания для целей утверждения типа, и иметь отметку о калибровке или поверке органами Государственной метрологической службы.

Технические требования к приборам контроля разности (перепада) давлений вытекают из требований, предъявляемых к счетчикам газа. Основными техническими характеристиками являются: пределы измерения разности давлений; погрешность измерения; максимально допустимое статическое давление газа; температурный диапазон; устойчивость к вибрации и ударам; минимальные масса и габариты.

Для определения верхних пределов измерения разности давлений воспользуемся данными [2], согласно которым допустимое значение разности давлений (ΔP) на счетчике для конкретных рабочих условий рассчитывают по формуле:

где:
∆Р_р — перепад давления на счетчике, определенный из графика, приведенного в эксплуатационной документации на конкретный счетчик, Па; P=P_изм+P_а — абсолютное давление газа при конкретных рабочих условиях, Па.; P_изм — измеренное избыточное давление, Па; P_а — атмосферное давление, Па; Р_р — значение давления газа, для которых регламентированы потери давления (для которых построены графики) Р_р= 0,1МПа (1 кГс/см²); ρ_с — значение плотности измеряемого газа при стандартных условиях, кг/м³; ρ_ср — значение плотности газа при стандартных условиях, для которого регламентированы потери давления (для которых построены графики), для воздуха ρср=1,29 кг/м³; Q — расход газа при конкретных рабочих условиях, м³/ч; Q_р — расход газа, для которого регламентированы потери давления, м³/ч.

Поскольку перепад давления ∆Рр определяется по графику перепада давления при значении Qр= Q, то соотношение Q /Qр в формуле (1) принимается равным 1.

Верхний предел измерения (ВПИ) средства измерения перепада давления выбирают равным наименьшему значению из стандартного ряда, удовлетворяющему следующему условию

ВПИ ≥ 1,5 ∆p_max, где ∆p_max — потери давления, соответствующие максимальному расходу газа в условиях эксплуатации.

Согласно ГОСТ Р 8.740-2011 относительная расширенная неопределенность измерений (при коэффициенте охвата 2) для турбинных и ротационных РСГ не должна превышать 2,5%.

Как правило, счетчики газа устанавливают во входном трубопроводе, где избыточное давление газа может составлять от 0,4 до 1,6 МПа. Это связано со стремлением потребителей минимизировать применяемые счетчики газа по диаметру условного прохода и, соответственно, по цене. Средства измерения перепада давлений должны выдерживать статическое давление газа — до 1,6 МПа в диапазоне рабочих температур измеряемой среды от — 30 до +60^оС и окружающей среды от — 40 до +60^оС.

Для обеспечения монтажа в шкафных газовых установках для редуцирования газа типа ГРПШ, крышных котельных, пунктах учета расхода газа ПУРГ применяемые средства измерения должны быть компактны, иметь минимальную массу и габариты, обеспечивать удобство монтажа, а также демонтажа средства измерения для поверки или замены (при выходе из строя) без отключения подачи газа.

Применяемые средства измерения должны выдерживать вибрации и удары характерные для условий эксплуатации счетчиков газа.

В настоящее время для контроля перепада давления на счетчиках газа широко используются стрелочные дифманометры ДСП-80В-РАСКО. Они просты по принципу действия, не требуют электропитания для своей работы, выпускаются в виде моноблочной конструкции, объединяющей прибор и 3-х вентильный блок, и имеют невысокую стоимость. К недостаткам указанного прибора следует отнести отсутствие дистанционной передачи и архивирования результатов измерения. На данный момент их изготовлено и находится в эксплуатации более 32 тысяч штук.

На основании более, чем 10-летнего опыта эксплуатации серийно выпускаемого дифманометра ДСП-80В-РАСКО, с целью улучшения метрологических характеристик приборов подобного типа и обеспечения дистанционной передачи информации разработан и запущен в производство электронный преобразователь разности давлений ПДД-РАСКО, показанный на рис. 1. Этот прибор призван дополнить, а в технически обоснованных случаях заменить дифманометр ДСП-80В-РАСКО. Кроме того, в последние годы появился целый ряд электронных датчиков и преобразователей перепада давления различных производителей, например, ДДМ-03-МИ, ОВЕН ПД200, МЕТРАН-150 и ряд других.

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики указанных приборов с учетом требований ГОСТ Р 8.740-2011.

Приведенные данные взяты из официальных каталогов и прайс-листов предприятий-изготовителей

* — экспертная оценка.

Из таблицы видно, что, например, стоимость датчика перепада давления МЕТРАН-150 самая высокая. Получается, что цена прибора, который должен контролировать техническое состояние счетчика газа, соизмерима с самой стоимостью турбинных счетчиков газа TRZ и СГ16МТ, имеющих диаметры условного прохода Ду-50. Возникает вопрос — насколько обосновано применение указанных приборов? Из требований стандарта ГОСТ Р 8.740-2011 этого не вытекает.

Как следует из таблицы, одним из наиболее рациональных вариантов решения задачи контроля перепада давлений на счетчиках газа по совокупности технико-экономических показателей, обеспечивающих выполнение в полном объеме требований ГОСТ Р 8.740-2011, является применение в указанных целях новой разработки ‒ преобразователя разности давлений ПДД-РАСКО.

Рис. 1. Преобразователь разности давлений ПДД-РАСКО

Прибор представляет собой моноблочную конструкцию, состоящую из трехвентильного и измерительного блоков из нержавеющей стали и вычислительного блока. Измерительный блок предназначен для преобразования измеряемого давления в электрический сигнал посредством встроенного резистивного сенсора. В блоке вычисления полученный от измерительного блока электрический сигнал преобразуется с помощью АЦП в цифровой, который обрабатывается микроконтроллером и поступает на выход преобразователя и на индикацию. На лицевой панели вычислительного блока расположены ЖКИ дисплей и кнопки управления.

Конструктивные особенности:
— современная моноблочная конструкция с вентильным блоком;
— низкие пределы измерения от 0,25 кПа;
— выходной сигнал токовый 4-20 мА или напряжения 0-5 и 0-2 В;
— ЖКИ дисплей с индикацией текущего значения давления;
— цифровой интерфейс RS-485;
— до 2-х релейных сигнализирующих выходов типа «открытый коллектор»;
— взрывозащищенное исполнение вида Ех «искробезопасная электрическая цепь».

Технические характеристики преобразователя разности давлений ПДД-РАСКО представлены в таблице 2.

Преобразователь разности давлений ПДД-РАСКО зарегистрирован в Государственном реестре СИ № 73013-18. Межповерочный интервал — 4 года.

Из представленных технических характеристик видно, что преобразователь разности давлений ПДД-РАСКО может с высокой степенью точности в широком диапазоне расхода контролировать перепад давления на счетчиках газа и различных газовых устройствах. Наличие токового и цифрового выходов позволяют подключать прибор к входам корректоров и вычислителей, входящих в состав узла учета газа, а также передавать информацию о перепаде давления с возможностью ее вывода на дисплей и записи в архив для хранения данных. Это дает возможность не только контролировать техническое состояние счетчика газа в данный момент времени, но и отследить тенденцию его изменения.

Новый преобразователь разности давлений ПДД-РАСКО в полной мере отвечает требованиям стандарта РФ ГОСТ Р 8.740-2011 и его можно рекомендовать для контроля за состоянием не только приборов учета газа, но и газовых фильтров и струевыпрямителей.

Литература:

1. Дышим полной грудью: что выбрасывают из труб теплоэлектростанции и котельные. — Журнал «Экология и право», № 59, 2015 г.

2. ГОСТ Р 8.740-2011 «РАСХОД И КОЛИЧЕСТВО ГАЗА. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ТУРБИННЫХ, ВИХРЕВЫХ И РОТАЦИОННЫХ РАСХОДОМЕРОВ И СЧЕТЧИКОВ»