Дифманометры в составе РППД

#1

Александр Шохин писал(а):Если EJX115 не подходит, прошу указать ТОЧНО который смотреть - их там за четыре десятка разных. Который именно вы используете?

Александр Вячеславович, приветствую Вас на форуме "Тепло Приморья" (для краткости - Примтепло)!
С дифманометрами история у нас такая.
Примерно в 2000-м году (точно уже не помню) мы от С.Н. Канева узнали о существовании дифманометров (ДМ) типа EJA110A (4 - 20 мА). Два года изучали документацию на эти ДМы, дербанили Канева (а покажи да раскажи, как они работают) и, так сказать, присматривались - а действительно ли эти ДМы так хороши, как про них нам рассказывают?
А в 2002-м свершилось: изничтожив в себе последние сомнения, мы таки купили первые два экземпляра этих ДМов и поставили их в узлы учета газа на двух параллельных измерительных нитках. И стали непрерывно наблюдать за работой этих УУ и изучать часовые архивы по мере их накопления.
Результаты приятно удивили. А когда через два года после работы в антисанитарных условиях эти наши первенцы кл. 0,075 успешно прошли очередную поверку, мы стали более активно внедрять в наших УУ эти ДМы. Сегодня на наших предприятиях работает множество EJA110A, и мне неизвестен хотя бы один случай метрологического отказа или выхода из строя этих ДМов.
А в последнее время наши предприятия модернизируют свои узлы учета тепла и воды - вместо устаревших "Сапфиров" и "Метранов" устанавливаются дифференциально-интегрирующие системы типа ДИС "F15-C" (для двухтрубных тепломагистралей) и ДИС "F17-АКС" (для однотрубных систем учета - вода, пар, газ и т.д.).
В составе этих полностью цифровых ДИС применяются цифровые дифманометры типа EJX110A кл. 0,04 (для Р = 0,99) или кл. 0,027 (для Р = 0,95).
Сегодня уже 16 таких систем учета (5 шт. - в Тольятти и 11 шт. - в СПб) установлены в узлах учета тепла (на тепломагистралях) и городской (питьевой) воды. Все они работают в высшей степени точно и стабильно и радуют своих владельцев невиданной доселе высокой метрологией

#2

Так выглядит первая в мировой практике ДИС "F17-АКС" с автокалибровкой нуля, установленная на 2-м водоводе Северной ТЭЦ взамен стоявших здесь УЗР, к которым, мягко говоря, "были непрерывные вопросы".

Теперь все вопросы ушли вместе с передовой бесповерочной техникой, и сегодня ТЭЦ впервые в своей истории имеет достоверный учет городской воды (средний расход - около 2500 т/ч).
На фото видны цифровые ДМы EJX110A кл. 0,027 (цифровой манометр встроен внутрь дифманометра), а чуть выше - клапана с электроприводом (желтые головы - это и есть электропривод с редуктором), которые попеременно переключают ДМы из режима измерений в режим калибровки и обратно.
Чуть выше клапанов виднеется цифровой преобразователь температуры, к которому подключается один или два термометра (ТСМ, ТСП и др.)
Таким образом, в вычислители (их у нас в каждом УУ два - СПТ961.2 и Стардом, он же управляющий контроллер) подаются сигналы Т, Р и dP в цифровом виде, а аналоговые входы вычислителей не используется. В результате данные учета обоих вычислителей высокоточно совпадают(до тысячных долей процента и точнее). [/color]

#3

Спасибо, интересно, посмотрим. Надо почитать как всё это устроено.

на всякий случай документация - http://www.yokogawa.com/fld/pdf/ejx/GS01C25B01-01E.pdf

Правильно ли я понимаю, что погрешность измерения давления 0.04% от шкалы
соответствует 1% ЭР в диапазоне расходов 1:16?
---------------
1:16 по расходу ~ 1:250 по давлению =0,04

#4

На этом фото показана приборная стойка ДИС "F15-C", установленная на двухтрубной тепломагистрали.

Здесь тоже два ДМа EJA110X с цифровым выходом, но клапанов уже четыре - по числу импульсных линий, подводимых от двух диафрагм. Эти клапана под управлением Стардома попеременно подключают ДМы то к одной, то к другой диафрагме. Т.е. ДМы с заданной частотой (от 1-го раза в минуту до 1-го раза в сутки) меняются местами, что устраняет любое рассогласование погрешностей ДМов и обеспечивает высочайшую точность измерения разности масс М1-М2 на тепломагистрали. Да и сами расходы при этом измеряются весьма точно.[/color]

#5

Очень интересно. Боюсь только, что эта красота не для всякого подвала. Интересно, а такой подход (коммутировать один расходомер по разным трубам) с электромагнитными или другими типами никто не пытался реализовать?

#6

Александр Шохин писал(а):коммутировать один расходомер по разным трубам

Правильно ли я понял, глядя на картинки, что перекрестно коммутируются только давления? Компенсируются ли при расчетах в этом методе изменения в конфигурации шайб, их неравномерное обрастание осадками и т.д. приводящие к изменению перепада давления при одном и том же расходе?

#7

Александр Шохин писал(а):эта красота не для всякого подвала.

К сожалению, это так - вряд ли "обычный подвал" увидит такую систему учета в обозримом будущем. Но, если подвал просторный, и трубы там Ду200 и выше, то тогда уже можно взвешивать "за" и "против" установки таких узлов учета.
Если же объект - не подвал в ЖКХ с тонкими трубами, а котельная, ТЭЦ, ЦТП или крупный потребитель (завод, комбинат и т.д.), и хозяин считает, что достоверный учет лучше недостоверного, то установка таких приборов - это лишь дело времени. Высокие затраты на оснащение узла учета при больших объемах отпуска (потребления) воды, газа, тепла окупаются очень быстро, т.к. метролого-экономический эффект от высокоточных измерений составляет несколько миллионов рублей в месяц.

#8

Александр Шохин писал(а):Интересно, а такой подход (коммутировать один расходомер по разным трубам) с электромагнитными или другими типами никто не пытался реализовать?

Техническое решение для автоматической перестановки обычных расходомеров (врезных, накладных, погружных) существует. Но его практическая реализация проблематична - получается громоздко, дорого и, что самое главное, небезопасно. Ведь каждая операция перестановки расходомеров будет сопровождаться полной остановкой системы теплоснабжения, а при её запуске могут быть неприятности в виде гидроударов.
Но, тем не менее, один мой знакомый теплоучетчик года три назад был одержим идеей построить такой УУ на базе ПРЭМов Ду20 - для начала у себя в гараже ;) Так сказать, для испытаний и накопления практического опыта. Но со временем идея пошла на убыль и в железе так и не материализовалась...

#9

SMS писал(а):
Александр Шохин писал(а):коммутировать один расходомер по разным трубам
Правильно ли я понял, глядя на картинки, что перекрестно коммутируются только давления?

Дифманометры EJX110A измеряют и перепад давления на диафрагме, и давление (абсолютное или избыточное - на выбор) у входного торца диафрагмы. Т.е. в таких УУ нет отдельных преобразователей давления.
Когда клапана "переставляют" ДМ с трубы на трубу, вместе с ДМом переставляется и встроенный в ДМ манометр. Получается, что с выбранной нами периодичностью "перебегают" с трубы на трубу и дифманометры, и манометры. Измерение давлений поочередно выполняется двумя манометрами, что повышает точность измерения в корень из двух раз; но при этом разность давлений измеряется с исчезающе малой погрешностью, т.к. по результатам измерений в двух соседних циклах рассогогласование погрешностей манометров полностью взаимокомпенсируется.
При проведении испытаний дифРППД испытательная установка иногда останавливалась, но оставалась под давлением. Причем давления у торцов диафрагм были физически одинаковыми, и их разность была равна нулю. И было видно, что благодаря перестановкам манометров (при перестановке ДМов) измеренная в двух смежных циклах разность давлений всегда близка к нулю.

На картинке видно, что в течение почти 500 часов, когда насос не работал, давления Р7 (подающий тр-д) и Р8 (обратный тр-д) постепенно снижались из-за небольшой негерметичности воздушника на ресивере. Если бы ДМы не переставлялись с трубы на трубу каждый час, то нулевая разность давлений была бы измерена или как +0,001 МПа, или как -0,001 МПа (в зависимости от того, какой манометр стоял бы на какой трубе). Но ежечасная перемена манометров местами привела к практически полной взаимокомпенсации рассогласования погрешностей P7 и P8, и в среднем рассогласование составило всего +0,000002 МПа (меньше погрешности округления давлений в часовом архиве). Что при практических измерениях можно считать чистым нулём.[/color]

#10

SMS писал(а):Компенсируются ли при расчетах в этом методе изменения в конфигурации шайб, их неравномерное обрастание осадками и т.д. приводящие к изменению перепада давления при одном и том же расходе?

В составе наших РППД и дифРППД применяются сужающие устройства типа "стандартная диафрагма" (правда, на паре высокого давления применяются сопла ИСА 1932). Диафрагмы изготавливаются из нержавеющей стали с высокой степенью чистоты обработки поверхностей, поэтому каких-либо изменений в кофигурации диафрагм с течением времени не наблюдается. Мне известно множество диафрагм, которые эксплуатируются по 30 - 40 лет, и которые имеют те же характеристики, что и вновь изготовленные.
Обрастание осадками диафрагм не происходит - к чистой и гладкой поверхности из нержавейки осадки приставать не хотят :) А диаметр отверстия диафрагмы d20 (главная характеристика диафрагмы) известен изначально с высокой точностью и с годами остаётся неизменным.
А вот если труба в зоне установки диафрагмы "черная", то при длительной эксплуатации появляется коррозия (отложения, наросты), и приходится периодически её чистить. Хотя изменение диаметра трубы перед диафрагмой очень слабо влияет на прогрешность к-та истечения диафрагмы (сотые, максимум - десятые доли процента) и, как следствие, на погрешность измерения расхода. Чтобы обезопасить себя от метрологических последствий загрязнения труб, мы предпочитаем изготавливать участки труб из нержавейки, в т.ч. и съемные патрубки перед диафрагмами.
Как это выглядит на практике - показано на фото.

Здесь на трубопроводах Ду1200 с питьевой водой установлены ДИС "F17-АКС" на базе дифРППД с диафрагмами ДБС-800. Съемные патрубки и прилегающие участки труб выполнены из нержавейки, поэтому чистить патрубки и трубы вряд ли когда придется. А если и придется, то это не составит труда - трубы собраны в натяг, при демонтаже фланцы разойдутся и диафрагма выпадет сама, патрубок снимается и можно залезать в трубу, чтобы протереть её тряпкой до блеска

Но обычно в трубах из нержавейки чистить нечего...[/color]

#11

Александр Шохин писал(а):Правильно ли я понимаю, что погрешность измерения давления 0.04% от шкалы соответствует 1% ЭР в диапазоне расходов 1:16?

Приведенная погрешность манометров, встроенных в дифманометры EJX110A, нормируется на уровне 0,2% при Рmax = 2 МПа. Учитывая, что давление в каждом водоводе (Р1 и Р2) измерятся двумя манометрами, приведенная погрешность измерения давления в корень из двух раз меньше, т.е. равна 0,14%.
На самом деле наблюдения за "поведением" этих манометров (при длительных испытаниях и в эксплуатации) показывают, что фактическая точность манометров несколько выше нормируемой.
Вот так, например, соотносятся часовые давления Р1 и Р2, измеренные двумя широкодиапазонными ДИС "F17-АКС" в начале двух параллельных водоводов Ду1200:

Здесь оба этих водовода берут своё начало из одного общего коллектора, и фактические давления у входных торцов диафрагм численно близки с точностью до небольшого различия гидравлических сопротивлений водоводов от места врезки в коллектор до диафрагм.
По результатам измерений среднечасовые Р1 и Р2 тоже близки: их среднее расхождение составило всего -0,0006 МПа, или в 6,3 раза меньше допускаемого расхождения.
Здесь также обращает на себя внимание двухуровневое расположение значений DP12. Это связано с тем, что каждое давление Р1 и Р2 измеряется поочередно двумя манометрами с частотой перестановки 1 раз в час, ГХ которых имеют некоторое рассогласование. В результате образуется характерная пилообразная "змейка". Подобную змейку в графиках часовых масс М1, М2 и их разности мы наблюдаем во всех без исключения ДИС "F15-C", установленных на тепломагистралях (если перестановка дифманометров выполняется не чаще, чем 1 раз в час).
А дифференциальная змейка в каналах измерения давления хорошо видна здесь: download/file.php?id=2564
[/color]

#12

Александр Шохин писал(а):Правильно ли я понимаю, что погрешность измерения давления 0.04% от шкалы соответствует 1% ЭР в диапазоне расходов 1:16?
---------------
1:16 по расходу ~ 1:250 по давлению = 0,04

Изготовитель дифманометров (ДМ) типа EJX110A нормирует приведенную погрешность измерения перепада давления на уровне 0,04% для 3-х сигм при доверительной вероятности Р = 0,99. Мы эту приведенку пересчитываем на принятую у нас вероятность Р = 0,95:

S = 0,04*(2/3) = 0,027.

Учитывая, что в ДИС "F15-C" перепад на каждой диафрагме измеряется поочередно двумя дифманометрами, по правилу "корень из N" получаем приведенную погрешность каналов измерения перепада при работе в диф. режиме:

S_диф = 0,027/2^0,5 = 0,019.

Т.е. расчет погрешности измерения расхода, вносимой дифманометрами, мы выполняем при условии, что Sдиф = 0,019%.
Вот так выглядит изменение допускаемой относительной погрешности измерения расхода в зависимости от относительного расхода на магистрали "ТАГ":

Зимой расходомеры с Qmax = 2000 т/ч работают на расходе около (0,37 - 0,47)Qmax. При этом погрешность измерения расхода, вносимая дифманометрами, в среднем равна +/-0,05%, а вторичные приборы (Стардом и СПТ96.2) не вносят погрешности в преобразование перепада, т.к. принимают сигналы уже в цифровом виде.
При переходе на летнюю циркуляцию расходы снижаются до 0,2*Qmax, и вклад ДМов в погрешность измерения расхода возрастает до 0,25%.
Но на тепломагистралях нам не нужна ширдиапазонность - расходы на магистралях редко когда изменяются в диапазоне более чем 5:1. Для нас главная задача, решаемая с помощью ДИС - это высочайшая точность измерения разности расходов. Хотя и измерять расходы с погрешностью не более 0,05 - 0,25% - это тоже неплохо.

[/color]

#13

Неплохо, да. Для электромагнитных расходомеров получить повторяемость 0.1% в диапазоне 1:10 не проблема, проблема откалибровать. Погрешность проливной не позволит. Хотя у вас же диафрагма -неужели у неё погрешность меньше погрешности образцовой проливной?

#14

Диаметры отверстий диафрагм, как правило, измеряются микрометром с доп. погрешностью +/-0,005 мм (цена деления микрометра – 0,01 мм).
Например, на магистрали «Турбоатомгаз» (ТАГ)

в трубопроводах с D20 = 702 мм установлены диафрагмы с диаметром отверстий d20 = 290 мм.
Допускаемая относительная погрешность измерения d20 равна +/-0,017%, а вклад этой погрешности в погрешность измерения расхода в два раза больше, т.е. +/-0,0034%.
Если сегодня наиболее точные проливные могут измерить массу воды с погрешностью не более 0,03%, то вклад диафрагмы с d20 = 290 мм в погрешность измерения расхода почти в 10 раз меньше. Так что погрешностью диафрагмы можно смело пренебречь ввиду её малости на фоне погрешности дифманометров. А на крупных тепломагистралях (Ду1000 – Ду1400), где установлены диафрагмы с d20 = 500 – 850 мм, влияние погрешности отверстия диафрагмы на погрешность измерения расхода приближается к 0,001%.[/color]

#15

Спасибо за науку, ничего этого не знал. А как насчёт влияния участков до и после? Я понимаю, что на магистрали не проблема найти участок с 100Ду и на выходе, но всё-таки, сколько надо иметь ДО для ваших погрешностей?

#16

С влиянием участков у нас в основном проблем нет. За диафрагмой на всех трубах имеется минимум (7 - 8)Ду, и такой длины было достаточно во все времена, начиная с 1982-го года, когда для РППД были введены Правила РД 50-213-80.
Перед диафрагмами в большинстве случаев тоже всё нормально - наши РППД в основном установлены на эстакадах, а там достаточно просторно для местных сопротивлений типа "колено" или "группа колен" (именно эти сопротивления чаще всего встречаются перед диафрагмами). И даже необоснованно жесткие и нелогичные требования к "длинам участков", установленные ныне действующим ГОСТ 8.586-2005, в большинстве случаев выполняются. А там, где эти требования не выполняются, мы сильно-то и не расстраиваемся - когда ГОСТу не хватает 80-и метров реального "прямого участка", и ГОСТ хочет, чтобы мы для него реконструировали свои ТЭЦ вместе с эстакадами, то это проблема ГОСТа, а не наша проблема. Тем более что результаты некоторых исследований влияния "длин плохих участков" указывают на заведомо неверное нормирование этого вопроса в ГОСТ 8.586.
Думаю, что нам удастся в ближайшем будущем доисследовать влияние на к-т истечения таких популярных на практике сопротивлений, как группа колен в одной плоскости и группа колен в разных плоскостях.
Пока же установлено, что нагромождение всевозможных сопротивлений перед диафрагмой (насос, колено, шаровый кран, диффузор, плохообтекаемое тело, конфузор - всё это перед носом у диафрагмы) даёт дополнительную погрешность на уровне 0,2%. Правда, ГОСТу при этом кажется, что тут погрешность в десятки раз больше и что срочно нужна реконструкция чрезвычайно плохих "длин участков"...
Исходя из имеющихся и будущих результатов исследований мы и будем проектировать свои "длины участков" и ждать (но не сильно) нового "реалистичного" ГОСТа, у которого аппетиты к "участкам" будут более-менее умеренными.

#17

Можно взглянуть, ради интереса, на последствия влияния нагромождения шести местных сопротивлений перед диафрагмой на подающем трубопроводе (масса М7). При этом перед "обратной" диафрагмой (это масса М8) наличествовала длина прямого участка в 64 Ду.

Видно, что "испорченная участками" масса М7 отстала от М8 всего на 0,2%, а в нуле массы М7 и М8 рассогласованы на 2,5 кг/ч (при Qmax = 10000 кг/ч). Это рассогласование нулей двух РППД соответствует рассогласованию перепадов dP7 и dP8, равному 0,0006 мм вод. ст. при предельном перепаде dPmax = 10000 мм вод. ст.
Полученные 0,2% отставания "испорченной" участками массы М7 от "неиспорченной" массы М8 и есть отрицательная погрешность к-та истечения диафрагмы, вызванная недопустимо короткими (по мнению ГОСТа) длинами участков и тлетворным влиянием кучи всяких сопротивлений.
Для сравнения: после демонтажа первых трёх сопротивлений перед диафрагмой и последующей проливки с "хорошими" участками перед обеими диафрагмами было получено следующее уравнение:

М7 = 0.99972*М8 - 0.000034, т/ч, при R² = 0.999999998.

Правда, оставшиеся три сопротивления (шаровый кран, колено и насос) по-прежнему шибко не нравились ГОСТу - мол, тут караул, всё тут архиплохо, нужна кардинальная реконструкция "прямых участков" и т.д. Но ГОСТу нужны "шашечки", а нам надо "ехать". И мы проигнорировали призывы ГОСТа "к немедленной реконструкции" :) [/color]

#18

Александр Григорьевич, ГОСТ избыточен, ясное дело, но немецкий-то до костей мозга DIN 19205 с ним согласен. Пора, пора развеять всемирный морок!
Измерительный участок по DIN19205

#19

Немецкий до мозга костей ДИН понятия не имеет о нашем родном ГОСТе. Но, если бы наш ГОСТ был аутентично передран с ДИНа, то наша страна (в смысле - владельцы РППД) рыдала бы от счастья. Но у наших, как известно, свой особый путь, и ДИНы нам не указ. :(
Складывается устойчивое впечатление, что такими вот ГОСТами под предлогом борьбы за единство измерений кое-кто пытается окончательно искоренить РППД. Не иначе, как любители передовых методов и средств помогли сочинить родной ГОСТ.

#20

Действительно, разница есть и она количественно существенная и вот как сформулированы отличия:
В отличие от международного стандарта в настоящий стандарт введены:
- поправочные коэффициенты, учитывающие шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода;
- дополнительные требования к определению необходимой длины прямолинейных участков измерительных трубопроводов для широкого ряда местных сопротивлений;
- дополнительное приложение А «Классификация видов местных сопротивлений».
Использование в настоящем стандарте поправочного коэффициента, учитывающего шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода, позволяет, в отличие от международного стандарта, существенно расширить область применения сопел.
Расширение списка видов местных сопротивлений и включение в настоящий стандарт приложения А позволяет расширить возможности монтажа сопел и исключить ошибки при определении необходимых длин прямолинейных участков измерительных трубопроводов.

Вместе с тем указано:
6.2.8 Указанная в таблице 5 длина прямолинейных участков ИТ определена экспериментально в условиях стабилизированного потока непосредственно перед исследуемым МС.