Нормативный материал по метрологическому обеспечению измерения количества тепловой энергии, отпускаемой электростанциями и предприятиями тепловых сетей с горячей водой
(утв. Минэнерго СССР 02.07.1981)
2 июля 1981 года
МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР
ГЛАВНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОСИСТЕМ
НОРМАТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ПО МЕТРОЛОГИЧЕСКОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ, ОТПУСКАЕМОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ И ПРЕДПРИЯТИЯМИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ С ГОРЯЧЕЙ ВОДОЙ
Разработано Ивановским ордена «Знак Почета» энергетическим институтом им. В.И. Ленина (доктор техн. наук А.Т. Лебедев, кандидаты техн. наук В.А. Новиков, Л.А. Баранов) и производственным объединением «Союзтехэнерго» (инженеры Б.Г. Тиминский, И.В. Марков).
Настоящий Нормативный материал устанавливает:
- норму точности измерения количества тепловой энергии (КТЭ), отпускаемой электростанциями и предприятиями тепловых сетей с горячей водой;
- методику оценки точности измерения КТЭ;
- методику выполнения измерения КТЭ.
Нормативный материал предназначен для использования проектными организациями, электростанциями и предприятиями тепловых сетей при проектировании и эксплуатации схем измерения количества тепловой энергии.
1. НОРМА ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ КТЭ
Ори проектировании и эксплуатации схем измерения количества тепловой энергии должна быть обеспечена заданная точность измерения.
1.1. Нормой точности измерения КТЭ является интервал \Delta , в котором с вероятностью P = 0,95 <*> находится суммарная погрешность измерения, ГДж:
где Q — количество тепла, отпущенного за отчетный период, ГДж;
\sigma_{\text{Н}} — оценка среднего квадратического отклонения результата измерения КТЭ, определяющая норму точности измерения, %.
<*> ГОСТ 8.207-76. ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений.
1.2 Оценка среднего квадратического отклонения результата измерений должна находиться в пределах
\frac{500}{\sqrt{\text{Ц}Q_{\text{Г}}}} <\sigma_{\text{Н}}< \frac{1000}{\sqrt{\text{Ц}Q_{\text{Г}}}} , (2)
где Ц — себестоимость тепловой энергии, руб./ГДж;
Q_{\text{Г}} — количество тепловой энергии, отпускаемой в год с горячей водой, ГДж;
\sigma — оценка среднего квадратического отклонения результата измерений КТЭ, %.
Эти пределы определены из условий минимальных убытков (И), складывающихся из убытков за счет применения средств с повышенной погрешностью (\text{И}_{1}) и дополнительных затрат за счет применения более дорогостоящих средств с меньшей погрешностью измерений (\text{И}_{2}) .
1.3 Убытки \text{И } = \text{И}_{1} + \text{И}_{2} могут быть оценены по империческим зависимостям
(3)где \text{К}_{1} — коэффициент потерь в производстве от неточности измерений (по статистическим и экспертным оценкам \text{К}_{1} изменяется в пределах 0,3 \div 1,3 );
\text{К}_{2} — коэффициент затрат на измерение КТЭ, руб. %. На основании анализа множества существующих средств измерений \text{К}_{2} \approx 3000\text{руб}.\% .
1.4. Электростанции и предприятия тепловых сетей должны применять средства и схемы измерения КТЭ с оценкой среднего квадратического отклонения результата измерения в пределах, указанных формулой (2).
1.5. Если на современных серийно выпускаемых средствах измерения невозможно достичь точности в пределах, указанных формулой (2), то временно допускается применять методы, средства и схемы измерения КТЭ, обеспечивающие:
- для открытых однотрубных тепломагистралей \sigma_{\text{Н}} = 1\% ;
- для закрытых тепломагистралей \sigma_{\text{Н}} = 2\% .
2. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ КТЭ
2.1. Оценка среднего квадратического отклонения результата измерения количества отпущенной тепловой энергии с водой производится по формуле, %
\sigma = \sqrt{\sigma_{Q_{1}}^{2}q_{1}^{2} + \sigma_{Q_{2}}^{2}q_{2}^{2} + \sigma_{Q_{3}}^{2}q_{3}^{2}} , (4)
где q_{1} = \frac{Q_{1}}{Q} ; q_{2} = \frac{Q_{2}}{Q} ; q_{3} = \frac{Q_{\text{П}}}{Q} ; (5)
Q_{1} — количество тепла, отпущенного за отчетный период в подающий трубопровод, ГДж;
Q_{2} — количество тепла, вернувшегося за отчетный период по обратному трубопроводу, ГДж;
Q_{\text{П}} — количество тепла, поступившего за отчетный период с подпиточной водой при температуре воды в холодном источнике водоснабжения, ГДж;
Q — количество тепла, отпущенного с водой за отчетный период, ГДж;
\sigma_{Q_{1}} , \sigma_{Q_{2}} , \sigma_{Q3} — оценки среднего квадратического отклонения результата измерения теплового потока по каждому трубопроводу тепломагистрали, %.
2.2. При учете тепловой энергии приборами, раздельно фиксирующими расход и температуру воды с последующей ручной обработкой результатов измерений, справедлива формула
где \sigma_{G} и \sigma_{t} — оценки средних квадратических отклонений результатов измерений расхода и температуры воды, %;
\sigma_{G}^{2} = \sigma_{G\text{И}}^{2} + \sigma_{G\text{П}}^{2} ; (7)
\sigma_{t}^{2} = \sigma_{t\text{И}}^{2} + \sigma_{t\text{П}}^{2} ; (8)
\sigma_{G\text{И}} — оценка средней квадратической инструментальной погрешности измерения расхода воды, %.
Определяется либо по «Правилам 28-64. Измерение расхода воды, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами» (М.: Издательство стандартов, 1964), либо может быть принята равной 1,3%;
\sigma_{t\text{И}} — оценка средней квадратической инструментальной погрешности измерения температуры воды. Может быть принята равной 0,5%;
\sigma_{G\text{П}} и \sigma_{t\text{П}} — оценки средних квадратических погрешностей планиметрирования суточных диаграмм расхода и температуры воды, могут быть приняты равными: \sigma_{G\text{П}} = 1,45\% ; \sigma_{t\text{П}} = 0,80\% ;
\sigma_{QM} — оценка средней квадратической методической погрешности измерения теплового потока, %:
\sigma_{QM} = \frac{33\Delta t}{t_{\text{ср}} - 0,5\Delta t} , (9)
где t_{\text{ср}} — средняя за отчетный период температура воды, °C;
\Delta t — максимальный диапазон изменения температуры воды за сутки, °C.
2.3. При учете тепловой энергии приборами с автоматическим непрерывным умножением расхода воды на ее температуру и последующим автоматическим интегрированием
\sigma_{Q}^{2} = \sigma_{G\text{И}}^{2} + \sigma_{t\text{И}}^{2} + \sigma_{\text{В}}^{2} , (10)
где \sigma_{\text{В}} — оценка средней квадратической погрешности вычислительных операций (нормирования, умножения, суммирования, интегрирования и др.);
\sigma_{G\text{И}} , \sigma_{t\text{И}} — оценки средних квадратических инструментальных погрешностей измерения расхода и температуры воды без учета погрешностей измерительных приборов, могут быть приняты соответственно равными 0,8 и 0,3%.
3. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЯ КТЭ
3.1. Учет КТЭ можно осуществлять любыми средствами измерения и по любым схемам измерения, которые предусмотрены «Инструкцией по учету отпуска тепла электростанциями и предприятиями тепловых сетей» (М.: Энергия, 1976), а также автоматическими тепломерами (например, ТС-20), схемами на микропроцессорах и другими, но при этом величина \sigma должна удовлетворять требованиям пп. 1.4, 1.5.
3.2. В Приложении в качестве примера приведена схема измерения КТЭ на серийно выпускаемых отечественной промышленностью приборах, обеспечивающая \sigma \approx 1,5\% .
Приложение
1. Схема измерения КТЭ на серийно выпускаемых средствах измерения, обеспечивающая \sigma \approx 1,5\% , приведена на рисунке.
Функциональная схема автоматического учета КТЭ
Q = c_{\text{в}} \int_{0}^{T} [G_{1}(\tau)t_{1}(\tau) - G_{2}(\tau)t_{2}(\tau) - G_{\text{П}}(\tau)t_{\text{х}.\text{в}}(\tau)]d\tau \cdot 10^{- 3} ,
где G_{1}(\tau) , G_{2}(\tau) , G_{\text{П}}(\tau) — расходы прямой, обратной и подпиточной воды, т/ч;
t_{1}(\tau) , t_{2}(\tau) , t_{\text{х}.\text{в}}(\tau) — температуры прямой, обратной и исходной воды в холодном источнике теплоснабжения, °C;
3. Схема основана на установке однотипных комплектов измерительных приборов на каждом из трубопроводов. Количество устанавливаемых комплектов измерительных приборов определяется технологической схемой теплоснабжения.
Приборы расхода 7 и температуры воды 8 предназначены для оперативного контроля при управлении режимом работы тепловой магистрали и периодического эксплуатационного контроля всей схемы автоматического учета КТЭ.
Дополнительно к указанным на рисунке средствам измерения функциональная схема теплотехнического контроля тепловой магистрали должна быть оснащена приборами в соответствии с «Руководящими указаниями по объему оснащения тепловых электрических станций контрольно-измерительными приборами, средствами автоматического регулирования, технологической защиты, блокировки и сигнализации» (М.: СЦНТИ ОРГРЭС, 1969) для оперативного контроля при управлении режимом работы тепловой магистрали.
4. Номенклатура рекомендуемых средств измерения и их метрологические характеристики приведены в таблице.
5. Количество тепловой энергии, отпущенной за расчетный период, определяется по показаниям счетчика интегратора 11
где n_{1} , n_{2} — показания счетчика интегратора в начале и в конце расчетного периода;
m_{Q} — постоянная счетчика, определяемая по номинальным статическим характеристикам преобразования средств измерений КТЭ.
Номинальные статические характеристики преобразования должны быть линейными в рабочем диапазоне или линеаризованы с помощью функциональных блоков нелинейных преобразователей.
Для линейных номинальных статических характеристик преобразований
m_{Q} = \frac{c_{\text{в}} \cdot 10^{- 3}}{m_{1}m_{3}m_{6}m_{9}m_{10}m_{11}} ,
m_{1} — номинальный коэффициент преобразования термопреобразователя сопротивления 1 ГСП, Ом/°C;
m_{3} — номинальный коэффициент преобразования сужающего устройства 2 и дифманометра 3, мА/(т/ч);
m_{6} — номинальный коэффициент преобразования нормирующего преобразователя 6, мА/Ом;
m_{9} — номинальный коэффициент преобразования блока умножения 9, мА/(мА)2;
m_{10} — номинальный коэффициент преобразования сумматора 10, мА/мА;
m_{11} — номинальный коэффициент преобразования интегратора 11, численно равный отношению изменения показаний счетчика n в час при подаче на вход интегратора токового сигнала 1 мА, ед/(мА·ч).
| № позиции (см. рисунок) | Наименование и назначение | Тип | Метрологические характеристики | Количество, шт. |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1а; 1б; 1в | Термопреобразователь сопротивления ГСП для измерения температуры воды | ТСП-6097 | Градуировка 100П. Класс точности I | 3 |
| 2а; 2б; 2в | Сужающее устройство для измерения расхода воды | ДБ-0,25 <*> | Доверительная граница погрешности результата измерения \Delta_{c} = 1\% при доверительной вероятности P = 0,95 | 3 |
| 3а; 3б; 3в | Дифманометр для измерения расхода воды | ДМЭР | Предел основной допустимой погрешности — 1,5% | 3 |
| 4а; 4б; 4в 5а; 5б; 5в | Защитные диодные устройства для защиты от разрыва токовой цепи при отключении потребителей сигнала 0 — 5 мА | В01 | - | 6 |
| 6а; 6б; 6в | Нормирующие преобразователи для линейного преобразования сопротивления термометра в унифицированный сигнал постоянного тока | ПТ-ТС-68 | Предел основной допустимой погрешности — 0,6% | 3 |
| 7а; 7б; 7в | Измерительный прибор показывающий самопишущий для измерения температуры и расхода воды | КСУ-2-003 | Входной сигнал постоянного тока 0 — 5 мА. Основная погрешность не более 0,5% диапазона измерения. Вариация показаний не более 0,5 абсолютного значения допустимой погрешности показаний. Основная погрешность записи не более 1% верхнего предела измерения | 6 |
| 9а; 9б; 9в | Блок умножения для определения мгновенного расхода КТЭ по трубопроводам | А31 | Формула преобразования, мА: I_{\text{вых}} = 0,2I_{1}I_{2} Основная погрешность преобразования не более 1% верхнего предела выходного сигнала | 3 |
| 10 | Блок суммирования токовых сигналов для определения мгновенного расхода отпущенного КТЭ | А04 | Номинальная статическая характеристика преобразования, мА: I_{\text{вых}} = \sum_{i = 1}^{3} K_{n_{i}}I_{\text{вх}_{i}} + I_{\text{см}} | 1 |
| 11 | Интегратор для учета КТЭ | С-1М | Основная погрешность интегратора в диапазоне измерения входного сигнала от 0,5 до 5 мА (не более +/- 0,25% измеряемой величины) | 1 |
| <*> 0,25 — условный диаметр трубопровода по ГОСТ 355-67. | ||||
6. Оценка погрешности измерения
6.1. Исходные данные для оценки погрешности учета КТЭ определяются метрологическими характеристиками средств измерения и результатами их поверки.
6.2. Систематическая составляющая погрешности измерения должна быть исключена из результата измерения путем регулировки средств измерения и введения поправок. Неисключенные систематические погрешности средств измерения и погрешности поправок должны рассматриваться как случайные величины.
6.3 Оценка среднего квадратического отклонения результата измерения отпущенной тепловой энергии, %:
\sigma = \sqrt{\sigma_{\text{СМ}}^{2} + \sigma_{\text{ИН}}^{2} + \sum_{i = 1}^{3} q_{i}^{2}(\sigma_{\text{ТС}_{i}}^{2} + \sigma_{\text{НП}_{i}}^{2} + \sigma_{\text{СУ}_{i}}^{2} + \sigma_{\text{ДМ}_{i}}^{2} + \sigma_{\text{БУ}_{i}}^{2}} ,
Q_{1} — количество тепла, отпущенного за отчетный период в подающий трубопровод, ГДж;
Q_{2} — количество тепла, вернувшегося за отчетный период по обратному трубопроводу, ГДж;
Q_{3} = Q_{\text{П}} — количество тепла, поступившего за отчетный период с подпиточной водой при температуре воды в холодном источнике водоснабжения, ГДж. Значения Q_{i} берутся средними за год из расчета тепломагистрали;
\sigma_{\text{СУ}_{i}} — оценка среднего квадратического отклонения результата измерения расхода воды сужающим устройством в i-м трубопроводе, определяется расчетным путем по Правилам 28-64, %;
\sigma_{\text{СМ}} , \sigma_{\text{ИН}} , \sigma_{\text{ТС}_{i}} , \sigma_{\text{КП}_{i}} , \sigma_{\text{ДМ}_{i}} , \sigma_{\text{БУ}_{i}} — оценки средних квадратических отклонений результатов измерений сумматором, интегратором, термопреобразователем сопротивления ГСП, нормирующим преобразователем, дифманометром и блоком умножения, берутся равными 1/2 от доверительных границ погрешностей результатов измерения соответствующими средствами измерений, определенных на основании метрологических характеристик средств измерений и результатов поверки.
