Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » Статьи о погрешности » Дубров Ю.В., Хабибулин А.М., "Систематическая погрешность при измерении расхода газа бытовыми счетчиками без устройства термокоррекции"

Систематическая погрешность при измерении расхода газа бытовыми счетчиками без устройства термокоррекции




Ю.В. Дубров, А. М. Хабибулин.

ООО «Газпром межрегионгаз Волгоград»,

Россия, г. Волгоград, e-mail: U. Dubrov@34regiongaz.ru

В статье оцениваются величины систематической погрешности при измерениях расхода газа бытовыми счетчиками без устройства термокоррекции, в условиях помещений. Рассмотрены случаи установки счетчиков в отапливаемых и неотапливаемых помещениях. С помощью описанной в статье модели, методом численного моделирования, получены значения температуры газа в рабочей зоне счетчика внутри помещения в зависимости от температуры окружающей среды на улице. На основании полученных данных показана необходимость внесения изменений в нормативные документы, регламентирующие порядок измерения объемов газа в условиях установки счетчиков в помещениях.

Ключевые слова: бытовой счетчик газа; термокоррекция; температурный коэффициент; температура газа; теплообмен; стандартные условия; погрешность измерений.

In article sizes of a systematic error are estimated at measurements of a consumption of gas by household counters without the thermocorrection device, in the conditions of rooms. Cases of installation of counters in heated and not heated rooms are considered. By means of the model described in article, the method of numerical modeling, received values of temperature of gas in a working zone of the counter indoors depending on ambient temperature on the street. On the basis of the obtained data need of modification of the normative documents regulating an order of measurement of volumes of gas in the conditions of installation of counters in rooms is shown.

Key words: household counter of gas; thermocorrection; temperature coefficient; gas temperature; heat exchange; standard conditions; error of measurements.

В настоящее время измерения расхода газа бытовыми счетчиками, не имеющими устройства термокоррекции, производятся на основе действующей методики МИ 2721 в редакции 2009 г. Данной методикой предусмотрен расчет температурных коэффициентов, применяемых к показаниям мембранных счетчиков, установленных вне помещений, с учетом климатических условий того или иного региона.

Применение поправочных температурных коэффициентов к показаниям бытовых газовых счетчиков, установленных в отапливаемых или неотапливаемых помещениях, не предусмотрено. Что подразумевает принятие допущения о незначительном влиянии отклонения температуры газа от стандартной в рабочей зоне счетчика на общий результат измерений.

Вместе с тем, по нашему мнению, вопрос о необходимости приведения к стандартным условиям показаний бытовых приборов учета газа в помещениях требует дополнительного рассмотрения. Особенно с учетом того факта, что доля счетчиков без механизма температурной компенсации, установленных в помещениях, в общем количестве счетчиков, в настоящее время весьма значительна.

В данной статье рассмотрены теоретические аспекты необходимости приведения к стандартным условиям показаний счетчиков, установленных в помещениях, а тема правового оформления оставлена за ее рамками.

Проверке подвергается допущение о том, что влияние отклонения температуры газа в рабочей зоне счетчика в условиях помещения от стандартной температуры на общий результат измерения не велико, а возникающая при этом дополнительная погрешность не превышает предела основной погрешности прибора, заявленной производителем счетчика, во всем его диапазоне измерений расхода газа.

Последним подразумевается отсутствие систематической погрешности, применительно к измерениям большими группами счетчиков и, как следствие, на отсутствие необходимости приведения к стандартным условиям показаний приборов учета газа данной группы потребителей.

Всегда ли оправдано данное допущение или область его применения имеет ограничения?

В обоснование его справедливости можно рассмотреть случаи организации учета расхода газа в многоквартирных домах с поквартирной установкой приборов учета.

Учет расхода газа в пределах этой категории потребителей характеризуется следующими особенностями.

Во-первых, относительно малым газопотреблением вследствие преимущественного направления использования газа на цели приготовления пищи и, возможно, на подогрев воды.

Во-вторых, менее выраженной зависимостью объемов газопотребления данной категорией от влияния сезонного фактора вследствие отсутствия необходимости использования газа для отопления. Речь идет о жилье с централизованной системой отопления.

В-третьих, расположенный внутри дома разводящий газопровод в значительной степени изолирован от влияния окружающей среды, при этом протяженность разводящего газопровода,- возьмем за характерную длину этажность здания,- заведомо превышает протяженность такого же газопровода внутри частного домовладения.

Все это ведет к следующему: малое газопотребление соответствует малой скорости течения газа в разводящем газопроводе. Как следствие, относительно малый расход газа в условиях достаточно протяженного и в то же время изолированного от окружающей среды разводящего газопровода ведет к выравниванию температуры газа с температурой внутри помещения, а отсутствие выраженной сезонной зависимости газопотребления не увеличивает абсолютную погрешность измерений в течение года.

Наличие перечисленных особенностей говорит в пользу рассматриваемого допущения о малом влиянии отклонения температуры газа от стандартной температуры в рабочей зоне счетчиков в многоквартирных домах.

В то же время, существуют категории потребителей, для которых сформулированное допущение не может бездоказательно считаться верным.

Прежде всего, это потребители газа - собственники частных домовладений, использующие газ преимущественно в целях отопления жилья и, соответственно, со значительно большими объемами среднемесячного газопотребления.

Рассмотрим данную категорию потребителей.

Особенность потребления газа частными домовладениями вытекает из специфики климатических условий, характерных в той или иной степени для всех субъектов Российской Федерации. Речь идет о значительных колебаниях температуры окружающей среды в течение календарного года и, как следствие, сильной зависимости газопотребления от сезонного фактора.

Так, крайние значения сезонных колебаний температуры воздуха в Волгоградской области достигают от -40 до +50 °С, а соответствующее этим значениям газопотребление отличается на порядок.

Данные основаны на натурных исследованиях зависимости объемов газопотребления населения от температуры окружающей среды [1].

В зависимости от способа установки прибора учета потребителей газа принято подразделять на три категории, это: абоненты со счетчиками, установленными на улице, абоненты со счетчиками, установленными в отапливаемых помещениях, и абоненты со счетчиками, установленными в не отапливаемых помещениях.

Если для приборов учета газа, установленных на улице, зависимость между температурой газа и температурой воздуха считается жестко детерминированной, то для счетчиков в помещениях влияние наружных условий на температуру газа в рабочей зоне счетчика не столь очевидно.

В самом деле, рабочая зона прибора учета газа в помещении характеризуется определенным набором условий, в том числе температурой воздуха в помещении. В свою очередь, влиянию этих условий подвержен подводящий к счетчику газопровод, выполняющий роль теплообменника. Наличие этого звена в конечном итоге и определяет температуру газа перед счетчиком. В качестве начального условия при этом выступает температура газа на границе между улицей и помещением, которую определяет наружная температура воздуха.

Таким образом, определяется перечень основных влияющих факторов при моделировании условий измерения расхода газа счетчиком газа без термокомпенсации, установленного в помещении, а именно:

- температура воздуха вне помещения;

- условия установки счетчика газа (отапливаемое/не отапливаемое помещение), соответствующие условиям температура воздуха в рабочей зоне счетчика;

- протяженность газопровода от ввода в помещение до рабочей зоны счетчика газа;

- объемный расход газа.

Для проверки справедливости рассматриваемого допущения выбран метод численного моделирования, и постановка задачи при этом выглядит следующим образом.

Из предположения о существовании теплообменных процессов между окружающей средой и газом в распределительном газопроводе требуется количественно оценить величину отклонения температуры газа от стандартной в рабочей зоне счетчика в помещении, а так же влияние этого отклонения на результат измерения счетчиком газа.

Для численного моделирования условий, в которых производятся измерения расхода газа счетчиком в помещении, кроме перечисленных основных факторов, в модель введены упрощения, не оказывающие значительного влияния на точность расчетов:

1. Газ в распределительном газопроводе сухой, фазовые переходы компонентов состава природного газа отсутствуют.

2. Влажность воздуха как вне, так и внутри помещений при температуре равной температуре наружной стенки газопровода всегда ниже его точки росы (отсутствует конденсация влаги на наружной стенке газопровода).

3. Разность температур между помещением и улицей не оказывает влияния на температуру газа при его прохождении через стену помещения. Этим допущением предполагается, что в условиях достаточно высокой скорости течения газа градиент температуры газа на входе с улицы и помещением реализуется в виде температурного скачка на границе раздела улицы и помещения, толщина стены помещения при этом считается пренебрежимо малой. Также, допущение об отсутствии теплообмена между газом в трубе и материалом стены вытекает из технологии укладки газопровода в стене, предусматривающей заключение газопровода в футляр. Для исключения жесткой заделки в стене зазор между футляром и газопроводом заполняется пористым материалом с малым коэффициентом теплопроводности, значительно снижающим тепловые потоки между материалом стены и газом в трубе. Таким образом, в рамках принятого в нашей модели упрощения, отпадает необходимость учета наличия и теплофизических свойств материалов стены, футляра, наполнителя футляра. Тем не менее, в целях компенсации, вместо учета теплового потока по толщине стены, в расчетную модель
принята увеличенная на толщину стены длина газопровода внутри помещения.

4. Наличие удерживающих стоек и креплений газопровода не оказывают влияния на теплообмен газа с окружающей средой. Расчетная теплотехническая модель представлена на рис. 1.

теплотехническая модель

В принятой теплотехнической модели:

- расчет коэффициента сжимаемости газа производился по методу NX-19;

- расчетная модель учитывает отличия температуры стенок канала на границах со своей контактирующей средой. Для учета распределения теплового поля в поперечном сечении газопровода последний по всей длине разбивается на элементарные участки, затем, методом последовательных приближений, рассчитываются температуры стенок
канала на границах со своей контактирующей средой;

- коэффициенты теплопередачи на границах канала: внутренняя стенка - газ и наружная стенка -воздух рассчитаны по критериальным зависимостям [6.; 7.], с набором критериев, соответствующим условиям теплообмена;

- теплофизические свойства природного газа (метана) и воздуха приняты по данным справочников [2.; 3.];

- в расчете приняты данные, соответствующие климатическим условиям Волгоградской области;

- расчет модели теплообмена природного газа с окружающей средой реализован с использованием вычислительных средств и алгоритмических языков программирования высокого уровня. Расчет показал, что для практически полного выравнивания температуры газа с температурой атмосферного воздуха, в зависимости от расхода газа и диаметра канала газопровода, достаточно длины газопровода от 10 до 30 метров.

Например, в условиях газораспределительных сетей низкого давления при градиенте температуры между воздухом и газом в трубопроводе At = 15 °С расчет дает следующие величины длин участков трубопроводов, достаточных для полного выравнивания температуры газа с температурой окружающей среды.

Малым и средним расходам соответствуют длины участка трубопровода:
Расходы газа длины участка (Ду = 25-80 мм)
2,0-5,0 м3/ч 10-20м
5,0-10,0 м3/ч 15-28м
Расходам  выше среднего соответствуют длины участка трубопровода:
Расходы газа длины участка (Ду 50-125 мм)
10,0ч-50,0 м3/ч 20-55 м
50,0-300,0 м3/ч 50-150 м

Таким образом, температура газа в месте ввода газопровода в стену домовладения в общем случае определяется протяженностью участка распределительного газопровода от пункта редуцирования газа до места врезки отводящего к домовладению газопровода.

Согласно имеющихся в нашем распоряжении данным о средней протяженности уличных газопроводов в Волгоградской области, распределение количества частных домовладений, в зависимости от протяженности газопровода от пункта редуцирования давления газа до дома, выглядит следующим образом:

  • на расстоянии менее 50 м - находятся около 10% домовладений,
  • от 50м до 100м - находятся порядка 65% домовладений,
  • свыше 100м - расположены порядка 25% домовладений.

Взяв за основу эти данные, можно выйти на характерную протяженность распределительного газопровода от пункта редуцирования газа до места врезки отводящего к домовладению газопровода. В нашем случае за такую протяженность газопровода принята длина распределительного газопровода 80 м, при Ду 80 мм и расходе газа до100 м3/ч.

Протяженность подводящего к дому газопровода, как правило, составляет 10-15 м при Ду 25 мм и расходе газа порядка 2 м3/ч.

Результаты расчета теплообмена данной системы газопроводов дают однозначную оценку температуры газа в месте ввода газопровода в стену домовладения как практически равную температуре атмосферного воздуха.

Все вышеприведенные расчеты необходимы для определения граничных условий на начальном участке трубопровода внутри помещения и расчета температуры газа перед счетчиком в зоне его монтажа.

Таким образом, при расчете температурного режима внутреннего газопровода в качестве граничного условия имеем начальную температуру газа, равную температуре воздуха на улице.

Расход газа принят равным среднемесячной статистике газопотребления одним абонентом. Температура отапливаемого помещения принята равной +22 °С, постоянна и не зависит от времени года. Температура неотапливаемого помещения превышает температуру воздуха на улице на 20% разницы между температурой в отапливаемом помещении и наружной температуры воздуха.

Погрешность измерений расхода газа δQT из-за отклонения температуры газа в рабочей зоне счетчика, установленного в помещении, от стандартной температуры рассчитывалась по формуле:

погрешность измерений расхода газа

где: Т0 - температура, соответствующая стандартным условиям;

Тг - температура газа, в условиях проведения измерений;

k - коэффициент сжимаемости газа, учитывающий различие свойств идеального газа от газа реального при соответствующих температурах.

Результаты расчета приведены в таблице 1.

Расчет систематической составляющей погрешности

Таким образом, проведенное численное моделирование показало, что систематическая погрешность измерения расхода газа для счетчиков без устройства температурной компенсации, установленных в помещениях, может достигать в определенных условиях значительных величин. Для счетчиков, установленных в не отапливаемых помещениях, величина систематической погрешности может превышать 10%. Для счетчиков, установленных в отапливаемых помещениях, данная величина может превысить 6%.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты показывают, что существующая практика измерений расхода газа бытовыми счетчиками без устройств температурной компенсации,основанная на допущении о малой значимости отклонений температуры газа в рабочей зоне счетчика, установленного в помещении, от стандартной температуры приводит к существенным систематическим погрешностям.

Устранение данной погрешности, учитывая невозможность замены значительного количества счетчиков в разумные сроки, в настоящее время возможно только путем применения соответствующих температурных коэффициентов. Данные коэффициенты должны рассчитываться с учетом климатических особенностей региона, а также типовой конструктивной схемы установки счетчика и подачи газа на коммунально-бытовое потребление.

Страница 1 из 2 Следующая

Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » Статьи о погрешности » Дубров Ю.В., Хабибулин А.М., "Систематическая погрешность при измерении расхода газа бытовыми счетчиками без устройства термокоррекции"