Назад в библиотеку

Опыт применения электромагнитных расходомеров

Автор: Коптев В. С., Прохоров А. В., Сычев Г. И.
Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» № 6, 2005.

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. 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 (Fe3O2) - 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 Шорникова Е.А. 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. Kinghorn F. C.and MacLean E. A. 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. Разумов С. В., Чипулис В. П. Обзор рынка приборов учета тепловой энергии и тенденции его развития в России // Организация коммерческого учета энергоносителей. СПб.:МЦЭНТ, 1995.
  4. Лупей А. Г. Об особенностях применения электромагнитных расходомеров и счетчиков в узлах учета тепловой энергии // Внедрение коммерческого учета энергоносителей. СПб.:МЦЭНТ, 1996. С. 150-158.
  5. Улиг Г. Г., Реви Р. У. Коррозия и борьба с ней.: Пер. с англ., под ред. А.М. Сухотина. Л.: Химия, 1989. С. 99-100.
  6. Козлов А. И. 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. Каргапольцев В. П., Порошин А. А. и др. О применении электромагнитных расходомеров для учета расхода теплоносителя // Внедрение коммерческого учета энергоносителей. СПб.: МЦЭНТ, 1996. С. 147-149.
  8. Вельт И. Д. и др. Преимущества электромагнитных тепо-счетчиков при коммерческом учете тепловой энергии // Внедрение коммерческого учета энергоносителей. СПб.: МЦЭНТ, 1996. С. 125-130.
  9. Шорников Е. А. Выбор расходомеров и гильз термометров для узлов учета //Коммерческий учет энергоносителей: Труды 19-й международной конференции. СПб.: Борей-Арт, 2004. С. 341-342.
  10. Канев С. Н., Глухов А. П., Старовойтов А. А. 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.