ТЕПЛОСЧЕТЧИКИ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В РОССИИ

     Теплоснабжение в России еще долгие годы будет оставаться в подавляющем масштабе централизованным. Производимая и реализуемая теплота как товар подлежит измерению и на измерения в этой сфере распространяется контроль со стороны государства. В планах правительства России значиться разработка закона «О теплоснабжении» и соответствующих ему в новом периоде развития экономики «Правил пользования тепловой энергией», «Правил учета тепловой энергии» и других подобных нормативных документов. В их «фундаменте» должно быть четкое представление о предмете законодательства, о физической величине, подлежащей измерению, о ее количественной мере и о технических средствах, обеспечивающих измерение количества товара — средствах измерения (СИ) количества теплоты.

Если в конце 80-х годов прошлого века в СССР было только 5-6 типов теплосчетчиков, то к настоящему времени в Государственном реестре средств измерений РФ насчитывается более 200 типов средств измерения, называемых (об адекватности названия — ниже) теплосчетчиками.

Далее в тексте, если не оговорено особо, будем использовать термины «теплота» и «тепловая энергия» как полностью тождественные.

Еще в середине 90-х годов в подавляющем большинстве случаев для учета тепловой энергии у крупных производителей теплоты, ТЭЦ и РТС, применялись комплекты СИ, включавшие механические водомеры или расходомеры на базе сужающего устройства с самопишущим дифманометром и термометры с записью также на бумажную ленту. Порядок расчета количества теплоты (методика выполнения измерения) устанавливался соответствующими правилами и инструкциями. Интересно отметить, что в то же время в «Малой советской энциклопедии» издания начала 60-х годов прошлого века уже присутствует термин «тепломер» — аналог нынешнего «теплосчетчик», то есть автоматический интегрирующий прибор.

К настоящему времени отечественная промышленность, представленная в первую очередь предприятиями малого и среднего бизнеса, сделала качественный рывок в разработке и выпуске приборов, обеспечивающих возможность широкого внедрения инструментальных методов учета производства и потребления теплоты.

Объекты применения теплосчетчиков и измерительных систем тепловой энергии:

• крупные производители теплоты — ТЭЦ и РТС (котельные) — диаметры трубопроводов от 300 до 2000 мм;
• центральные тепловые пункты (ЦТП) — диаметры трубопроводов от 80 до 200 мм;
• жилой сектор (жилые дома) — диаметры трубопроводов от 20 до 150 мм; коммунальные потребители (школы, детские сады, учебные заведения, больницы и т.д.);
• общественные службы;
• промышленные потребители и коммерческие предприятия;
• квартиры. (А нужен ли теплосчетчик в квартире?)

И все-таки вопросы нормативной базы, устанавливающей правила нормирования и контроля характеристик средств измерений тепловой энергии в теплоснабжении, остаются до конца не разрешенными.

Так, до сих пор не закончены терминологические дискуссии: справедливо ли утверждение «тепловая энергия = теплота», что такое «теплосчетчик», каковы его обязательные функции? Где кончается теплосчетчик и начинается измерительная система? Обязательно ли учитывать давление при измерении количества теплоты в водяной системе теплоснабжения?

Имеет место определенное нормативное «двоевластие»: ГОСТ Р 51649-2000 «Теплосчетчики для водяных систем теплоснабжения. Общие технические требования» [1] и ГОСТ Р EN 1434-2006 «Теплосчетчики» [2] (аутентичный перевод EN 1434-97). Правда, последний ограничен в России сферой действия: для приборов, производимых на экспорт.

За малым исключением, производители в России предлагают рынку многоканальные (по ГОСТ Р 51649-2000) приборы — от двух до десятка и более каналов теплоты.

Для диаметров до 250 мм используются преимущественно электромагнитные расходомеры; заметную долю составляют расходомеры вихревые; значительно меньше — ультразвуковые и крыльчатые — в основном зарубежных производителей.

Для диаметров от 300-400 мм до 1500 мм и более — электромагнитные расходомеры с погружными датчиками скорости по ГОСТ 8.361-79 [3] и расходомеры ультразвуковые, в основном однолучевые. Крупные производители теплосчетчиков в России: «Взлет», «ТБН-Энергосервис», «Теплоком», «Тепловизор», «ТЭМ–прибор», «ИВК Саяны», «Промприбор». Есть еще не менее 20 изготовителей в регионах Москвы, Санкт-Петербурга, на Юге России, в Уральском регионе и Западной Сибири. Продолжают поступать по импорту теплосчетчики из Эстонии, в меньшем количестве — из Беларуси, Литвы, Дании, Германии.

Вычислители многоканальных теплосчетчиков в России чаще всего изготавливаются так, что они допускают много вариантов настройки с учетом конфигураций обслуживаемых систем теплопотребления; число вариантов может достигать десятка и более. Как минимум, это две обслуживаемые системы — отопление и ГВС у потребителя; обычно присутствует еще канал суммирования масс подпитки системы отопления потребителя. Вычислители чаще всего предусматривают как опцию подключение преобразователей давления на трубопроводах обслуживаемых систем, и всегда — формирование часовых, суточных и месячных архивов по теплоте, массе теплоносителя, температурам воды на подачах и возвратах, ошибок работы теплосчетчика.

В теплосчетчиках используются комплекты термометров для измерения разности температур и отдельные термометры (в тех случаях, когда у потребителя теплоты вторая температура не может быть измерена). Уже 15 лет на выпуске комплектов термометров для теплосчетчиков специализируется фирма «Термико», в основном производящая термометры с проволочными чувствительными элементами. Выпуск комплектов на основе пленочных платиновых элементов, в основном производства фирмы «Heraus», наладили порядка десяти производителей. Некоторые из производителей поставляют комплекты вместе с гильзами, изготовленными в соответствии с требованиями EN 1434-97.

К сожалению, до сих пор не вступили в действие единые нормы точности для элементов теплосчетчика, установленные стандартом ГОСТ Р EN 1434-2006, идентичным стандарту EN 1434-97. Производители расходомеров, вычислителей, комплектов термометров сами устанавливают нормы точности и методики их контроля при испытаниях и поверке, нередко не согласующиеся с нормами и методами указанного стандарта.

Расходомеры для трубопроводов больших диаметров — особая зона метрологической «напряженности» в России. Метрологически наиболее строго обеспечены расходомеры с сужающими устройствами, но они имеют малый динамический диапазон расходов — в лучшем случае 10. Характеристики ультразвуковых расходомеров и расходомеров с погружными элекромагнитными датчиками скорости при диаметрах более 300 мм контролируются лишь косвенными методами. Расходомерные установки «закрывают» диаметры только до 300 мм.

В небольших объемах практикуется метод контроля с применением переносных ультразвуковых расходомеров с накладными датчиками.

В целом практика периодической поверки расходомеров (диаметры до 150 мм) на расходомерных поверочных установках показала, что до половины массива контролируемых приборов не укладывается в установленные нормы точности и подлежат перекалибровке. Стоит обсудить вопрос о допуске при периодическом контроле: на Западе допуск увеличивается вдвое по сравнению с допуском при выпуске из производства. Межповерочный интервал устанавливается не более чем по традиции; испытания на длительное воздействие эксплуатационных факторов — горячей воды — не проводятся. Насколько мне известно, нет ни одной установки для таких испытаний.

Проявляются также два подхода к структуре измерительных систем и методик выполнения измерений количества теплоты. Либо строить методику на базе измерительных систем, каналами которых являются каналы расхода, температуры, давления, а все вычисления производит вычислительный (или измерительно-вычислительный) компонент системы (рис. 1); либо при создании измерительных систем базироваться в каналах на применении теплосчетчиков по EN 1434 (рис. 2).

Разница принципиальна: простой канал с теплосчетчиком по EN 1434 (с нормированной погрешностью и установленным порядком ее контроля) или простые каналы «вразнобой». В этом последнем случае нужно аттестовать системное программное обеспечение, оперирующее с результатами измерений простых каналов.

Рис. 1. Система отопления с отбором горячей воды. Измерительные компоненты каналов измерительной системы — термометры и расходомеры.

Рис. 2. Система отопления с отбором горячей воды. Измерительные компоненты каналов измерительной системы — теплосчетчики.

В российский реестр внесено более двух десятков ИС тепловой энергии. Измерительные компоненты каналов этих систем — многоканальные теплосчетчики по ГОСТ Р 51649-2000, монтируемые в домовых узлах учета тепла и воды (рис. 3).

Рис. 3. Измерительная система объединяет узлы учета группы зданий. Измерительные компоненты каналов системы — измерительные системы, каждая из двух теплосчетчиков

Дополнительное требование к таким теплосчетчикам — наличие специального программного продукта для обслуживания системного интерфейса и доступность для периодической корректировки внутренних часов теплосчетчика, с тем, чтобы в ИС было обеспечено единое точное время.

Что должна содержать методика поверки такой измерительной системы количества теплоты? Кроме проверки наличия свидетельств о поверке измерительных компонентов каналов — проверку функционирования связующих компонентов, не более.

В заключение отметим, что вопросы, рассмотренные в обзоре, находят отражение в докладах и дискуссиях ежегодных российских конференций «Коммерческий учет энергоносителей» в г. Санкт-Петербурге, «Метрологическое обеспечение учета энергетических ресурсов» в г. Адлере, а также на страницах Интернет-форума www.teplopunkt.ru.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ Р 51649-2000 «Теплосчетчики для водяных систем теплоснабжения. Общие технические требования»
2. ГОСТ Р EN 1434-2006 «Теплосчетчики»
3. ГОСТ 8.361-79 «ГСИ. Расход жидкости и газа. Методика выполнения измерений по скорости в одной точке сечения трубы»