Опыт применения электромагнитных расходомеров

Метрологические характеристики

Типичный динамический диапазон измерений расхода электромагнитными (индукционными) расходомерами (ЭМР) в несколько раз превышает динамические диапазоны ультразвуковых, вихревых и тахометрических расходомеров. При этом для осесимметричных потоков показания ЭМР не зависят от характера движения, что позволяет измерять очень низкие скорости, соответствующие ламинарному режиму. м Диапазон измеряемых скоростей потока ЭМР простирается от единиц миллиметров в секунду 2 до 10-15   м/с, однако некоторые производители :— ограничивают этот диапазон из технологических а или метрологических соображений. Например, к фирма Foxboro рекомендует измерять расход 1 при скорости потока в диапазоне 0,9-4,6   м/с, g при возможности эрозии канала первичного 31 преобразователя расхода (ППР) ограничивать о верхний предел скорости (0,9-1,8 м/с), при возможности выпадения осадков - нижний предел скорости (1,8-4,6  м/с).

Типичная погрешность измерений находится в пределах ±0,5% от измеряемой величины. Многие производители предлагают в качестве опции калибровку ЭМР с погрешностью ±0,2% и/или по более, чем 3-м точкам задаваемого расхода. Динамический диапазон измерения расхода многими западными производителями не указывается, а если указывается, то обычно он охватывает скорости потока, при которых относительная погрешность составляет 5% и более.

Воспроизводимость показаний ЭМР, изготовленных в дальнем зарубежье, обычно не превышает ±0,1% от текущего значения расхода, производители ЭМР в России и ближнем зарубежье обычно не нормируют этот метрологический параметр.

ЭМР давно стали основой поверочных расходоизмерительных установок сличения [1], обеспечивая в сравнительно узком диапазоне расходов и эталонных условиях предельную точность в пределах относительной погрешности ±0,15%. Принимая во внимание, что большинство западных ЭМР имеет воспроизводимость показаний на уровне ±0,1 %, то, видимо, этот уровень и определяет предел погрешности для настоящего уровня развития ЭМР.

Технологические характеристики

Диапазон температур рабочей среды составляет от криогенных (-100 ОС) до перегретой воды (+200 ОС), при давлениях от вакуума (10-2   мм   рт.   ст.) до высоких скважинных (40 МПа).

Диаметры ППР для полнопроходных ЭМР находятся в пределах от 3 до 3000  мм, а для погружных ЭМР с локальными измерителями скорости от 300 до 4000 мм.

Проведение натурной калибровки полнопроходных ЭМР с диаметрами более 1000  мм требует совершенно уникальных поверочных установок, которых в мире единицы. В этом случае использование имитационных средств для поверки является разумной альтернативой более точным, но дорогостоящим натурным методам.

Требуемые прямолинейные участки без гидравлических сопротивлений различны у разных производителей и составляют от 3-5  Ду до и 1-3  Ду после места установки ППР. Для расходомеров с прямоугольным каналом прямолинейные участки трубопровода не требуются.

Как хорошо известно, ЭМР практически нечувствительны к характеру движения жидкости, т.е. ламинарному, переходному или турбулентному, при условии симметричности профиля скоростей относительно оси трубопровода, а также к давлению, температуре и вязкости измеряемой среды.

В случае осаждения на электродах осадков различной природы (накипь, заиливание) предусматривается периодическая чистка электродов без снятия ППР с трубопровода с помощью источника постоянного и переменного тока, подключаемого к ним и обеспечивающего пробой или выжигание этих осадков.

Опыт внедрения ЭМР в России

Если продвижение в России ЭМР для технических целей проходило достаточно спокойно, то для коммерческого учета энергоносителей носило поистине драматический характер, и было сопряжено со значительными трудностями. Несмотря на то, что электромагнитный принцип измерения расхода обладает рядом неоспоримых достоинств, таких как: высокая достижимая точность, широкий диапазон измерений скоростей, инвариантность к физико-химическим параметрам среды и характеру течения жидкости, применение ЭМР в системах теплоснабжения находило сопротивление. Так, под видом опыта, родились некие мифы и ложные представления, которые надолго овладели умами некоторых весьма авторитетных специалистов.

Начало этому было положено статьей, в которой исследовался опыт специалистов Danfoss использования ЭМР в системах теплоснабжения Дании и делался вывод об их непригодности в указанных целях. Вместо ЭМР рекомендовались ультразвуковые расходомеры (УЗР) Sonoflo этой же фирмы. Эта статья быстро была разобрана на цитаты и ужасающие своей безысходностью цифры появлялись то в одном, эксплуатации, постепенно, через 6-12 мес., их (ЭМР - прим. авт.) показания становятся на 30-40% ниже действительных значений…, …они (ЭМР-прим. авт.) не способны с необходимой точностью измерять расход при незначительных скоростях потока, поэтому вынуждает… выполнять местное сужение… что неизбежно приводит к дополнительным потерям давления… .

На самом деле, были, а может, и остаются, совершенно объективные и субъективные причины для тревоги по поводу использования ЭМР в системах теплоснабжения Дании. Во-первых, теплоноситель в Дании имеет весьма низкую электропроводность, что может являться проблемой для измерения расхода ЭМР, во-вторых, возможно в системах теплоснабжения Дании находится значительное количество магнетита. Магнетит (Fe3O4) - это обычная окалина, черного цвета, образующаяся при сварке, резке стальных конструкций и при контакте стали с водяным паром, например, в паровых котлах. В Российских системах теплоснабжения чаще встречается гидроксид железа III (Fe(OH)3) - это ржавчина, цветом от оранжевого до красно-коричневого, преимущественно состоящей из немагнитной формы Fe2O3(3-H2O), т.к. магнитная форма Fe2O3(3-H2O) имеет меньшее значение энергии Гиббса, а значит менее стабильна. В-третьих, схемотехнические решения расходомера Magflo с целью снижения стоимости имеют однополярное питание катушек индуктора, что приводит к постоянной составляющей магнитного поля и теоретической возможности осаждения магнетита или других ферромагнитных частиц на футеровку канала ППР и короткого замыкания электродов.

С другой стороны, данные эксплуатации Magflo в г.   Санкт-Петербурге, опубликованные в представителем Danfoss, наоборот, подчеркивают отличия российских условий применения от датских: …средняя суточная погрешность измерения массового расхода за этот период (267 дней отопительного сезона 1994-1995 гг.) составила ±0,09%, а максимальная ±0,25%....

Скорее всего, основная задача публикации исходила из субъективной причины: цены Magflo (кстати, одного из самых лучших ЭМР на мировом рынке) совершенно неконкурентны по сравнению с УЗР и, тем более, отечественными приборами. Это подтверждается заключением экспертов ведущего института НИИтеплоприбор: …Тем не менее, делаются попытки изыскать доводы, ограничивающие применение электромагнитного метода измерения расхода в указанных целях. Такие попытки носят сугубо конъюнктурный характер и направлены на рекламирование других методов измерения расхода…. Часто нечеткие формулировки приводят к смешению понятий и возникают казусы. Так, в работе Е.А. Шорникова в одном классе оказались и ЭМР, и вихревые расходомеры с электромагнитным съемом информации и был сделан обобщающий вывод …стоимость эксплуатации ЭМР выше, чем УЗР, по следующим причинам. В процессе эксплуатации ЭМР периодически необходимо изнутри датчики прочищать иногда часто (при плохой воде, содержащей много осаждающих примесей, влияющих на работу)…. Если для вихревых расходомеров с постоянным магнитом накопление магнитных осадков действительно крайне важно, то для ЭМР с двуполярным импульсным магнитным полем это мало актуально. Например, известен факт использования ранних модификаций теплосчетчиков SA-94 на базе ЭМР в г. Мурманске, где действительно пришлось отказаться от их применения вследствие осаждения магнитных частиц из-за постоянной составляющей магнитного поля индуктора. В то же время другие теплосчетчики (СТЭМ) на базе ЭМР с двуполярным магнитным полем успешно работали в тех же самых трубопроводах.

Интересно, что в 2-х российских мегаполисах по-разному складывалось формирование парка теплосчетчиков для узлов коммерческого учета. Если в первопрестольной внедрение теплосчетчиков на базе ЭМР велось активно, благодаря усилиям филиала Тепловые сети ОАО Мосэнерго и МУП Мосгортепло, в первую очередь, за счет поставок теплосчетчиков ТС-01 на базе расходомера ИПРЭ-1 Арзамасского приборостроительного завода (г. Арзамас) и теплосчетчиков ТС-45 на базе расходомера ИР-45, а впоследствии AS 2000A/45 и SA-94 производства таллиннской фирмы (бывший ПО Промприбор, ставший АО Aswega), а также ряда других теплосчетчиков, в основном московских производителей, то в культурной столице доминировали акустические расходомеры (ультразвуковые и корреляционные). И только когда ЗАО Взлет освоило производство расходомера MP400 чешской фирмы EESA и разработало собственный ЭМР, а затем и другой петербургский производитель Теплоком начал производство ЭМР, то ситуация стала меняться в пользу ЭМР.

В настоящее время ЭМР и теплосчетчики на их основе являются самыми перспективными в России и СНГ средствами коммерческого учета воды и тепловой энергии не только в высшем и среднем, но и даже низшем ценовом диапазоне и успешно конкурируют с тахометрическими расходомерами и счетчиками.

Литература

1. F. C.  Kinghorn and E.  A.  MacLean The use of electromagnetic meters as transfer standards. National Engineering Laboratory, UK and J.Eberle and H.G.Kalkhof, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig, Federal Republic of Germany. FLOMEKO'85 Melbourne, Australia.
2. Петерсен, Алекс. Расходомеры, измеряющие со скоростью звука // Специальный выпуск журнала АВОК, М.: АВОК, 1993.
3. С.  В.  Разумов, В. П. Чипулис Обзор рынка приборов учета тепловой энергии и тенденции его развития в России // Организация коммерческого учета энергоносителей. СПб.:МЦЭНТ, 1995.
4. А.  Г.  Лупей Об особенностях применения электромагнитных расходомеров и счетчиков в узлах учета тепловой энергии // Внедрение коммерческого учета энергоносителей. СПб.:МЦЭНТ, 1996. С.  150-158.
5. Г. Г.  Улиг, Р. У.  Реви Коррозия и борьба с ней.: Пер. с англ., под ред. А.М. Сухотина. Л.: Химия, 1989.  С. 99-100.
6. А.  И.  Козлов Опыт внедрения и эксплуатации промышленной контрольно-измерительной аппаратуры компании Данфосс (Дания) для коммерческого учета тепловой энергии на объектах потребителей // Внедрение коммерческого учета энергоносителей. СПб.: МЦЭНТ, 1996. С.  175-177.
7. В. П.  Каргапольцев, А. А.  Порошин и др. О применении электромагнитных расходомеров для учета расхода теплоносителя // Внедрение коммерческого учета энергоносителей. СПб.: МЦЭНТ, 1996. С.  147-149.
8. И.  Д.  Вельт и др. Преимущества электромагнитных тепо-счетчиков при коммерческом учете тепловой энергии // Внедрение коммерческого учета энергоносителей. СПб.: МЦЭНТ, 1996. С.  125-130.
9. Е. А.  Шорников Выбор расходомеров и гильз термометров для узлов учета //Коммерческий учет энергоносителей: Труды 19-й международной конференции. СПб.: Борей-Арт, 2004. С.  341-342.
10. С. Н.  Канев, А. П.  Глухов, А. А.  Старовойтов Теплосчетчики: мифы и реальность. Труды 19-й международной конференции. СПб.: Борей-Арт, 2004. С.  361-369.
11. Милейковский Ю.С. Реальности коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителя в России (сайт www.teplopunkt.ru).