Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 19 )

3. Вельт И. Д., Михайлова Ю. В. О метрологическом обеспечении электромагнитных расходомеров. Датчики и системы, 2005, №4. – С. 8.

4. Salami L. A. // Trans. Inst. Measurement and Control. – July-Sept. 1984. – V. 6. – N. 4. – P. 197.

Авторы

Россия, Москва, 129085, пр. Мира, 95

– зав. лабораторией, ГНЦ “НИИТеплопри-бор”, д. т.н. Тел/E-mail: *****@***ru

– зав. лабораторией, ГНЦ “НИИТепло-прибор”, к. ф.-м. н. Тел/E-mail: *****@***ru

, , А.

О метрологическом обеспечении расходомеров
большого диаметра

Россия значительно отстает от промышленно развитых стран мира в производстве специального оборудования для метрологического обеспечения процессов измерений расхода жидкостей в трубах диаметром 400-2000 мм. В докладе предлагаются два варианта решения этой важной и непростой проблемы: создание отечественных проливных расходомерных установок большой производительности и развитие производства средств имитационного моделирования приборов.

Из-за стремительного роста требований к качеству контроля водоснабжения, теплоснабжения и экологической обстановки крупных городов и промышленных центров у нас в стране возникла и быстро растет потребность в средствах измерений (СИ) расхода жидкостей в трубах большого диаметра. При этом не только увеличивается спрос на количество расходомеров, но и повышаются требования к точности, надежности и другим эксплуатационным характеристикам этих приборов.

Пресная вода уже давно стала коммерческим продуктом и дорожает почти также быстро, как нефть. Наиболее дорогостоящей является чистая водопроводная вода, полученная на станциях аэрации в результате восстановления из промышленных, дождевых и бытовых стоков. Причем в крупных промышленных городах использование этого источника становится все более и более существенным. Весьма дорогой является также вода, используемая в сельском хозяйстве для орошения, при ирригации и мелиорации, на промышленных очистных сооружениях и т. п. Поэтому в развитых странах коммерческими приборами учета пресной воды практически везде являются полнопроходные электромагнитные расходомеры большого диаметра класса точности 0,5% и выше.

Ориентировочная потребность страны в расходомерах с диаметрами труб до 2000 мм сегодня составляет 5-7 тысяч изделий в год и постоянно увеличивается. На рис. 1 приведено приблизительное распределение потребности в России в расходомерах большого диаметра.

Применяемые у нас СИ расхода значительно уступают по количеству и качеству приборам, используемым в промышленно развитых странах Западной Европы, США, Японии, а теперь и в Китае. В настоящее время основными СИ расхода в России являются трубы Вентури, сегментные диафрагмы, ультразвуковые расходомеры и различные приборы, основанные на методе измерений “площадь-скорость” с преобразователями местной скорости потока (вихревые, электромагнитные или механические преобразователи локальной скорости). Эти СИ расхода имеют существенно меньшую точность (погрешность измерений более 2-4%), чем полнопроходные электромагнитные расходомеры.

Рис. 1 Потребность России в расходомерах большого диаметра

Полнопроходные электромагнитные расходомеры являются наиболее точными, надежными и универсальными по совокупности эксплуатационных характеристик среди современных средств измерений расхода. Они позволяют измерять расходы в трубах от чрезвычайно малых диаметров до громадных: 2000-3000 мм. В канале этих приборов отсутствуют какие-либо элементы конструкции, препятствующие потоку и искажающие его эпюру скорости. Показания электромагнитных расходомеров практически не зависят от изменения физических свойств измеряемой среды: плотности, вязкости, электропроводности, весьма мало зависят от распределения скорости потока в канале. По существу это единственные средства измерений расхода, сигнал которых пропорционален интегральному значению скорости потока по поперечному сечению канала, т. е. расходу. Тем не менее, полнопроходные электромагнитные расходомеры с условными диаметрами более 300 мм в России не выпускаются. Потребность в них обеспечивается исключительно за счет импортных приборов из Западной Европы. Причем доля электромагнитных расходомеров по отношению к другим СИ расхода у нас существенно ниже, чем в промышленно развитых странах.

В Государственном реестре СИ зафиксировано более десятка фирм, поставляющих эти приборы в Россию, в том числе такие крупные и хорошо известные в мире, как: Krohne, Endress+Hauser, Fischer & Porter, Danfoss, АВВ и др. Однако продукция зарубежных фирм чрезвычайно дорогостояща. Стоимость одного расходомера Ду 1000 мм, например, составляет более 30-40 тысяч евро. Поверка подобных приборов также обеспечивается только на установках Западной Европы и сопряжена с громадными финансовыми затратами.

Разработки аналогичных отечественных приборов стоили бы в полтора-два раз дешевле и, безусловно, оказались бы конкурентно способными. В подобных расходомерах нуждаются многочисленные объекты очистных сооружений Водоканала, насосные станции, водопроводные сети, оросительные системы, гидротранспорт, а также крупные промышленные предприятия – металлургические заводы, обогатительные фабрики, целлюлозно-бумажные комбинаты и т. п.

Для градуировки и поверки расходомеров большого диаметра за рубежом применяют расходомерные установки класса точности 0,015-0,05% с различной градацией по диаметрам мерных участков трубопроводов, вплоть до уникальных расходомерных установок с диаметрами мерных участков 2000-3000 мм, на расходы до 100-400 тыс. м3/ч. По мере возрастания диаметров мерных участков, установки представляют собой всё более сложные и дорогостоящие сооружения. Вместе с соответствующей инфраструктурой они представляют собой сооружения, напоминающие крупные промышленные предприятия, и являются основой национальных научно-исследовательских Центров. Каждый такой Центр обслуживает большой промышленно-экономический регион, иногда охватывающий несколько государств (в Европе - практически весь Европейский союз) и не только обеспечивают весь комплекс исследований любых расходомеров, но и проведение исследований агрегатов, где необходимо оперировать с большими потоками жидкости, в том числе насосов, объектов военно-промышленного комплекса и др.

Подобных установок во всем мире не более полутора десятков (в Англии, Бразилии, Германии, Индии, Китае, США, Японии и др.).

Но основная значимость и ценность Центров состоит даже не столько в проведении важнейших научно-исследовательских и практических работ с громадными потоками жидкости, сколько в том, что они способствуют успешному развитию фирм – разработчиков и производителей расходомеров большого диаметра, а также насосов и объектов ВПК, повышают общий уровень и потенциал приборостроительной промышленности данного экономического региона. Поэтому государства, имеющие эти Центры, придают им явное стратегическое значение в области технической политики, поскольку они обеспечивают этим странам лидерство и приоритетное положение в области исследования и разработки расходомеров большого диаметра.

В России метрологическое обеспечение расходомеров большого диаметра весьма успешно развивается только в нефтяной и газовой промышленности. Этому способствует большой коммерческий интерес, проявляемый к энергоресурсам. Однако измеряемой средой в них являются нефтепродукты и газ. В последние годы в нашей стране появились высококачественные проливные установки воды для теплосчетчиков с диаметрами до 150-200 мм. При научно-исследовательских институтах Ростехрегулирования (в Казани, Новосибирске), а также при некоторых приборостроительных предприятиях (в Арзамасе, Кирове, Москве, Санкт-Петербурге, Челябинске) имеются проливные расходомерные установки с диаметрами мерных участков не более 300 мм. Некоторые организации ведомственного подчинения в системе ВПК и предприятий насосной промышленности имеют расходомерные установки для воды с диаметрами мерных участков до 600-1000 мм. Эти установки предназначены для исследований производительности насосов и агрегатов специального назначения, они не отвечают специфическим требованиям, предъявляемым к средствам поверки высокоточных расходомеров, какими являются, например полнопроходные электромагнитные расходомеры. Однако расходомерные установки для градуировки и поверки расходомеров больших диаметров у нас отсутствуют, что сдерживает развитие производства отечественных расходомеров большого диаметра и, в первую очередь, полнопроходных электромагнитных расходомеров.

В соответствии с действующими нормативными документами приборы, поставляемые из-за рубежа, должны быть обеспечены средствами поверки в России. Однако по вышеуказанной причине это требование практически не может быть выполнено. Например, станция аэрации в микрорайоне “Южное Бутово” (г. Москва), Новолипецкий металлургический комбинат, завод “Северсталь” (г. Череповец) и другие предприятия оказались не в состоянии обеспечить плановую поверку расходомеров с диаметрами от 300 до 1000 мм, приобретенных у западноевропейских фирм, из-за отсутствия в России соответствующего метрологического обеспечения. Отсутствие в России современного метрологического обеспечения препятствует разработке высокоточных расходомеров большого диаметра и их серийному производству, создает непреодолимую преграду для развития дешевых средств исследования электромагнитных расходомеров на основе имитационного моделирования.

Вопрос о создании в России расходомерных установок для расходомеров большого диаметра в разные годы возникал неоднократно и рассматривался на самых различных уровнях, от узко ведомственного подчинения до федерального значения.

Однако создание подобных установок и непрерывное поддержание их в рабочем состоянии требуют больших финансовых расходов, а прибыль от эксплуатации установки, если прибыль вычисляется только по оплате услуг от поверки расходомеров, крайне незначительна. С увеличением диаметра мерного участка этот разбаланс цен возрастает в геометрической прогрессии, т. к. стоимость создания установки неимоверно растет, а количество поверяемых приборов падает. По этим причинам все рассматриваемые даже самые дешевые проекты признавались нерентабельными и отвергались. Такой, широко распространенный подход к оценке проекта явно ошибочен и бесперспективен. Он вынуждает разработчика беспощадно снижать стоимость проекта, прямо сказать недозволенными методами: искать наиболее примитивные схемы, дешевые материалы и комплектующие, упрощенные технические решения, в конечном итоге приводящие к отсталому, не отвечающему современным требованиям, нулевому проекту. И даже в этом случае, оказывается невозможным создать расходомерную установку для расходомеров большого диаметра с положительным экономическим эффектом.