На сегодняшний день методика определения объемов потребления природного газа достаточно жестко регламентируется соответствующим Газпром. Стандартом: работа газовых счетчиков может быть основана только на определенных физических принципах. Тем не менее, иногда применяются перспективные на первый взгляд, но совершенно несоответствующие техническим характеристикам в реальности, не апробированные и не отвечающие метрологическим требованиям, расходомеры-счетчики газа (РСГ).
Характерный пример – струйные автогенераторные счетчики, мало соответствующие заявленным производителем характеристикам, и еще меньше – предъявляемым к приборам учета такой категории техническим требованиям. Правда, стоит отметить, что независимых испытаний, дающих однозначный ответ на вопрос о правомочности использования таких РСГ в функционирующих узлах учета потребления природного газа и, тем более, в поверочных установках, пока не проводилось.
Учитывая актуальность проблемы энергосбережения, решение которой не в последнюю очередь зависит от точности и соответствия истинному положению дел показаний индивидуальных (бытовых) газовых счетчиков, стоит рассмотреть так называемый автогенераторный метод подсчета потребления газа более подробно.
Струйный счетчик газа — принцип действия и устройства
Струйный счетчик газа относится к приборам учета скоростного типа, работающим на принципе подсчета пропорциональной расходу газовой смеси частоты изменения состояний струйных элементов (автогенераторов), являющихся конструктивной частью расходомера. Каждый такой струйный генератор представляет собой триггер – бистабильный элемент, переключающийся из одного состояния в другое струей вещества, расход которого учитывается.
Конструктивно струйный элемент – не слишком сложное устройство, работа которого описывается законами гидравлики и аэродинамики. Использование в качестве измерителей струйных автогенераторов не слишком сильно отличается от использования в вихревых счетчиках элементов с «телом обтекания» – в обоих случаях периодичность возникающих пульсаций пропорциональна скорости потока газовой смеси; соответственно, для определения объема израсходованного вещества достаточно измерить эту частоту.
Плюсы и минусы струйных расходомеров
К общим достоинствам и вихревых, и конкурирующих с ними струйных расходомеров можно отнести:
- Отсутствие в конструкции прибора подвижных частей.
- Невысокую конструктивную сложность.
- Нечувствительность к случающимся во время эксплуатации пневмоударам.
Но не все так радужно: счетчик газа струйного типа обладает и всеми недостатками вихревого прибора, например — повышенные требования к неизменности характеристик потока учитываемого газа. Проще говоря, длины имеющихся в струйных элементах прямых участков должны быть достаточно большими (для исключения наличия местных турбулентных возмущений потока газа) – соответственно, увеличиваются и габаритные размеры счетчика.
Среди недостатков, присущих только струйным расходомерам, наиболее важными считаются:
- Невозможность обеспечения стабильности метрологических характеристик.
- Высокая подверженность засорению при работе со средами, в которых присутствуют механические примеси (пыль или песок, ржавчина).
- Отсутствие стабильности коэффициента преобразования в необходимых пределах измерений – для приемлемой достоверности результатов подсчета струйный расходомер необходимо калибровать в условиях, максимально приближенных к условиям будущей эксплуатации прибора. То есть – непосредственно в точке установки.Не в последней степени «благодаря» этому своему недостатку струйный счетчик газа и считается практически неприменимым для коммерческого учета.
- Результаты измерений в большой степени зависят от параметров учитываемого газа в момент его прохода через измерительный элемент счетчика; измерить их и оценить возникающую погрешность результатов с целью корректировки метрологических характеристик прибора практически невозможно.
Два последних недостатка из перечисленных означают, что калибровку струйных расходомеров необходимо проводить на открытом воздухе и обязательно – при нормальных температурных условиях. Однако работать эти счетчики газа будут в совершенно других условиях, влияющих на достоверность показаний…
Кроме того, режимы течения потока газа при градуировке и во время эксплуатации различаются очень сильно, а это ведет к возникновению дополнительной искажающей реальность систематической погрешности определения расхода. Величина этой погрешности может превышать 10 процентов, а ведь к ней плюсуется еще и погрешность, вызванная спонтанным изменением коэффициента преобразования любого счетчика рассматриваемого типа.
Технические и измерительные характеристики струйных счетчиков газа
В 2010-2011 годах проводились небольшие испытания нескольких модификаций бытовых РСГ струйного типа с целью определения возможности их использования в качестве бытовых счетчиков расхода природного газа. Оценивались при этом следующие показатели:
- Наименьший расход газа, при котором прибор начинает работать.
- Максимальный расход, при котором счетчик сохраняет свою работоспособность.
- Максимально возможное для нормальной работы расходомера давление газа.
- Величина допустимого перепада давления на входе и выходе счетчика.
- Влияние температурных условий на суммарную погрешность прибора учета.
- Изменение метрологических характеристик расходомера при загрязнении его измерительной камеры имеющимися в природном газе смолами.
Надежды и реальность
Было проверено 8 счетчиков газа на основе струйных элементов, испытания проводились при нормальных атмосферных и температурных условиях. Результаты испытаний оказались, мягко говоря, не блестящими:
- Минимальная «чувствительность» – 0,038 куб. м/ч – оказалась совершенно неприемлемой для использования счетчика в качестве бытового прибора учета. Счетчик газа струйного типа просто не «увидит», например, обычную газовую конфорку, расходующую порядка 0,015 куб.м газа за час. У диафрагменных газовых счетчиков этот показатель значительно лучше.
- Максимальный расход определяет объем газа в единицу времени, при пропускании которого через измерительную камеру показания газового счетчика перестают изменяться. Для струйных приборов учета этот показатель оказался равным 2,0 куб. м/ч – это не слишком много: у тех же диафрагменных расходомеров максимальный объем пропускания не менее 2,5 куб. м/ч.
- Наибольшее рабочее давление, при котором генерация автоколебаний прекращается и счетный механизм «замерзает», оказалось меньше 30 кПа – у диафрагменных счетчиков этот показатель составляет 50 кПа.
- Результаты измерений перепада давления: 880 Па (против 200 Па у диафрагменных приборов учета) – счетчик газа с такими показателями не может обеспечить нормальной работы подключенного после него газового оборудования.
- Температурный диапазон, в котором достоверность показаний струйного газового счетчика сохраняется, весьма ограничен: так, при минимально допустимой для него рабочей температуре -10 градусов погрешность составила 24%!
- При загрязнении счетчика смолистыми веществами он «зависает», но после встряхивания работоспособность прибора восстанавливается. Ненадолго.
Немного о правомочности использования струйных приборов для точного учета расхода газа
К сожалению, имеющиеся объективные данные о метрологических «способностях» и эксплуатационных качествах счетчиков газа струйного типа характеризуют эти приборы в основном с отрицательной стороны. Возможно именно поэтому в принятый Газпромом Стандарт, определяющий допустимые принципы измерения расходования газа, струйные приборы вообще не входят.
Однако, расходомеры данного типа уже довольно широко внедрены «в массы», в том числе – и для коммерческого учета. Именно поэтому целесообразность проведения независимых испытаний струйных счетчиков газа, выпускаемых разными производителями, не подвергается сомнению – по результатам такой проверки можно будет хотя бы определить правомочность использования приборов этого типа. Ведь на данный момент учет расхода газа «струйниками» не допускается стандартами – но ведется вовсю…
По материалам «Ежегодный сборник научно-технических статей», выпускаемый ООО “ЭЛЬСТЕР Газэлектроника” Год: 2012