Об измерении и учете газовых потоков: когда революция?

12.11.10 09:17

«Мировая газовая индустрия до сих пор не может разрешить проблему по созданию универсального, простого и недорогого способа измерения потоков газа и разработке на его основе электронных средств измерения, что позволило бы специалистам разработать унифицированные методики учета объемов расходуемого газа и получения на их основе бесконфликтного баланса по объемам отпущенного и полученного газа. 

В настоящее время газовая индустрия для измерения расхода газа использует различные косвенные способы измерения. Для обеспечения измерения потоков газа такими способами используются технические средства измерения (устройства, комплексы и системы), которые при большом количестве сложно изменяющихся и находящихся в корреляционной зависимости показателей, характеризующих состояние газа (температуры, давления, плотности, вязкости, скорости истечения из сужающего отверстия, изотермического и адиабатического расширения газа, завихрения, сопротивления потоку и других побочных факторов), существенным образом влияют на точность и достоверность измерения.

Для обеспечения контроля и определения степени влияния этих факторов такие способы измерения требуют, в свою очередь, большого количества дополнительных технических средств обеспечения этих измерений, использование которых в каждом конкретном случае обусловливается дополнительным нагромождением технических, технологических и методических условий, значительно повышающих стоимость измерений и не гарантирующих требуемую точность и достоверность измерения.

В случае разногласий по результатам измерения расхода газа ГОСТ 8.563.2-97 п.7.5 и п. 8.4.2 («Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств») и ПР50.2.019-96 п. 8.2 и п. 9.1.1 («Правила по метрологии. Государственная система обеспечения единства измерений. Количество природного газа. Методика выполнения измерений при помощи турбинных и ротационных счетчиков») рекомендует заинтересованным сторонам прибегнуть к согласительным процедурам, что в конечном итоге экономическим бременем отражается на конечном потребителе, в первую очередь использующем незначительные объемы газа. Последнее обстоятельство вытекает из того, что на практике при всех существующих способах косвенного измерения предельно малых величин газовых потоков, используемых как на магистральных газопроводах, так и при измерении коммунальных и бытовых объемов расхода, достоверность полученных результатов измерений ничтожно мала».

Приведенные выше абзацы взяты из вступительной части изобретения «Способ получения информативных признаков для электронных средств измерения газовых потоков и устройство для его реализации» (патент №2389978 ).

Общение с чиновниками и специалистами различного уровня от газовой индустрии твердо убедило меня в одном - специалистов, глубоко понимающих, что необходимо сделать для того чтобы измерение газовых потоков и их учет в полной мере отвечали современным требованиям, очень мало (даже на уровне идеи), а разработчиков, способных придумать что-либо революционное в этой сфере, вообще нет.

Манометр, термометр, плотномер, сужающее устройство и бесконечное количество поправочных коэффициентов, вычисляемых по формулам, сведенным в ГОСТЫ - вот и весь набор информативных признаков, с помощью которых учитывается расход газа. Какой может быть уровень понимания необходимости в разработке новых электронных средств измерения, если нет даже представлений о том, что потоки можно измерять с высочайшей точностью совершенно другими способами? Что информативные признаки для учета расходуемых потоков газа и других энергетических ресурсов, находящихся в различных фазовых состояниях, можно получать с помощью использования известных еще из школьного курса физики и химии фундаментальных законов природы? Что электронные средства измерения газовых потоков и жидких сред могут обеспечить безотказную работу многие десятки лет?

И при этом не нужны никакие специальные датчики давления, температуры, плотномеры, влагомеры, струевыпрямители и гигантский набор запорной арматуры. И что турбулентное движение текучих сред является для точного измерения более предпочтительным, чем ламинарные потоки (cм., например, работу Ю.Л. Климонтовича «Турбулентное движение и структура хаоса». М.: КомКнига. 2007 г., 328 стр.).

Причем поверка и переаттестация таких приборов, комплексов и систем учета может осуществляться автоматически, в процессе работы без остановки и демонтажа.

Закрытость организационных структур «Газпрома» от массового разработчика электронных средств измерения привела к тому, что на сегодняшний день газовая индустрия - самая отсталая отрасль в России по обеспечению ее нужд электронными средствами измерения. Впрочем, такая же ситуация и по той же причине и в других государствах, обладающих, в отличие от России, мощной высокоразвитой электронной индустрией.

Посмотрите на самые массовые бытовые и коммунальные счетчики газа, используемые в настоящее время (причем значительная часть из них импортного производства). Это две емкости, разделенные гибкой мембраной, и счетчик количества оборотов, изобретенный еще в середине 18 века и используемый с 40-х годов прошлого века, в основном на велосипедах. Вот и весь «мировой уровень». На новые инициативные разработки никто в газовой индустрии вообще не обращает никакого внимания. Почему?

Во-первых потому, что электроника и, в первую очередь, программируемая вычислительная техника для предприятий-разработчиков приборов учета энергетических потоков, работающих еще с советских лет - это «дремучий лес».

Сложившаяся в последнее время практика по использованию современной вычислительной техники (ВТ) для обработки полученных результатов измерений на магистральных и индустриальных газопроводах создает иллюзию улучшения результатов измерения. На самом деле произошла некоторая автоматизация рутинных технологических операций по съему данных с датчиков и приборов и их автоматический ввод для учета и расчета в вычислительную систему. Использование ВТ безусловно необходимо и полезно, однако большая часть технологических операций связана с автоматизацией процедур: отнеси, принеси, запиши, сообщи, перемножь, раздели, сложи, вычти. В процедуре добычи достоверной информации, являющейся здесь первоосновой, ничего не изменилось.

Наоборот, проблема точности измерений после увеличения объемов поставляемого газа еще более обострилась. В связи с этим обострились спорные вопросы о количествах отпущенного и полученного газа (конфликтный баланс) между хозяйствующими субъектами. Примером тому конфликты между хозяйствующими субъектами РФ и Украины.

Имея продуктивный опыт в разработке специальных средств измерения, хочу отметить: общий подход к разработке новейших средств измерения газовых и других энергетических потоков должен базироваться на общих исходных и незыблемых требованиях к любым вновь разрабатываемым средствам измерения и отраженных в ГОСТах. А именно:

- Средство измерения должно обеспечивать 30-40 лет безремонтной эксплуатации.

Такой срок эксплуатации средств измерения никого не должен удивлять и вызывать сомнения. Доводы о моральном старении изделий, соотнесенные к изделиям советского периода, или к изделиям ВТ, или к оргтехнике нашего времени могут быть приняты во внимание, только если изделие хоть в какой-либо (даже ничтожно малой) мере по каким-либо показателям не удовлетворяет пользователя. Например – по точности, по надежности или по эстетическому виду. Иными словами по любому дискомфорту, испытываемому пользователем при его эксплуатации. Существующая практика использования выпускаемых в массовом количестве бытовых и коммунальных счетчиков газа с предельным сроком эксплуатации 10 лет и межповерочным интервалом 8 лет - позорное явление.

- Поверка и переаттестация вновь разрабатываемого средства измерения должна осуществляться автоматически без остановки и демонтажа, в процессе работы и мгновенно. Хоть каждую секунду.

Средство измерения самостоятельно определяет, на какую величину и в какую сторону изменились те или иные характеристики самого средства измерения и каким образом эти изменения учитываются средством измерения в конечном результате.

- Средство измерения должно обладать адаптивными свойствами по измерению всего спектра изменяющихся характеристик энергетических потоков в широком динамическом диапазоне. Или легко перенастраиваться (с помощью смены программного обеспечения) на измерение любых сред или при существенном изменении характеристик измеряемого потока, выходящих за пределы установленного диапазона измерений.

Средство измерения должно реагировать на изменение любых характеристик газового потока и учитывать эти изменения при определении конечного результата, приведенного к стандартным условиям, принятым для коммерческого учета. Например, в населенных пунктах газопроводы проходят над поверхностью земли, и температура газа в трубах в течение суток изменяется в диапазоне от +90ºС до -15ºС, а сами средства измерения сориентированы на работу в диапазоне от +10ºС до +35ºС. В таких и подобных условиях использовать существующие средства измерения нелогично и экономически нецелесообразно – это то же самое, что взвешивать многотонный грузовик с песком с точностью веса одной песчинки.

- Средство измерения должно обладать адаптивными свойствами по обеспечению точностных характеристик результатов измерения при изменении или частичном разрушении рабочих элементов конструкции средства измерения.

Необходимое количество электрической энергии для обеспечения работы электронных средств измерения должно поступать за счет энергии движущегося через средство измерения измеряемого потока газа путем встроенных в средство измерения преобразователей. При этом необходимо отметить, что современные микроконтроллеры и сопутствующие им электронные элементы обрамления (ЦАП, АЦП, мультиплексоры, порты ввода/вывода, ОЗУ, ПЗУ, индикаторы и пр.) обладают ничтожно малым энергопотреблением при очень высоком быстродействии. Решение проблемы энергоснабжения средства измерения по предлагаемому варианту требований дает колоссальное преимущество по материалоемкости, по безопасности и стоимости.

Это положение предопределяет необходимость обеспечения средств измерений линиями связи. При этом все средства измерения энергетических потоков (в том числе бытовые, коммунальные, промышленные, индустриальные и магистральные) должны быть наделены функциями по приему и передаче на расстояние информации не только о количестве измеренного расхода газа или нефтепродуктов, не только обо всех имевших место случаях отклонения от нормы измеряемого потока (например - плотности измеряемой среды), но и о состоянии самого средства измерения и обо всех случаях изменения режима его работы. Отсечка же газа может осуществляться как автоматически, так и с центрального пульта управления в случаях, если абонент не отзывается или не реагирует на предусмотренные в таких случаях предупреждения как со стороны программного обеспечения средства измерения, так и со стороны диспетчерской службы, обслуживающей данный район.

Диалог между потребителем и поставщиком газа о количестве поставленного потребителю газа, его качестве, о нарушениях или задолженности по оплате за поставленный газ должен идти не с помощью колесиков счетчика оборотов велосипедного типа, а с помощью индикаторов мониторного или телевизионного типа. Если уж перестраивать систему учета, так перестраивать не на 2-3 года, а на многие десятилетия.

В диалоге между поставщиком и потребителем газа существует еще одна очень болезненная для обеих сторон правовая тема - допуска поставщика газа к газовому оборудованию потребителя и в особенности к социально проблемным абонентам. В Германии, например, газовые счетчики являются собственностью поставщика. И в этом плане доступ собственника к своим средствам измерения с правовой точки зрения более защищен. В России все газовое оборудование, устанавливаемое в квартирах - собственность потребителя, и в этом плане доступ поставщика газа к газовому оборудованию по любому вопросу почти всегда является проблемным. Хорошо организованная информационная коммуникация с возможностью многократного и легко доказуемого предупреждения абонента о нарушениях режима использования газа с возможностью отсечки или ограничения отпуска газа является весьма существенной формой воздействия на потребителя, нисколько не ущемляющей самолюбия и прав собственника.

При этом еще раз необходимо отметить то, что все эти выше перечисленные функции реализуются не за счет увеличения операционных ресурсов средства измерения, а за счет использования операционных ресурсов, встроенных во многих современных микроконтроллерах, и реализуются только за счет разработки соответствующего внутреннего и прикладного программного обеспечения. Это обстоятельство весьма существенно и позволяет утверждать, что стоимость таких средств измерения не должна быть высокой.

В настоящее время самым массовым счетчиком, используемым населением для измерения газа для бытовых нужд, является счетчик мембранного типа. Конструкция его очень напоминает аккуратный маленький гробик с углубленной нижней частью, сбоку крышки которой установлено окошечко, в котором видны многократно упомянутые выше колесики с цифрами. В наших селах такие счетчики в избах не ставят и просят установить их где-нибудь на улице возле курятника или собачьей будки. Потребность населения в изящном, красивом за последнее время резко увеличилась, а с приходом на село газа изменился и облик всего села. И если еще совсем недавно телевизор на кухне для многих жителей страны был в некотором роде экзотикой, то в настоящее время это важная потребность. И в этой связи небольшой телевизионный экран, прикрепленный к изящной измерительной трубе, доставил бы эстетическое удовольствие сельскому потребителю и побудил бы его установить счетчик в теплом помещении, а не в курятнике.

В предложенном варианте изложенных выше общих технических требований к современным средствам измерения газовых потоков очень важным обстоятельством является экономическая мотивация такой разработки, производства и эксплуатации таких средств измерения для всех участников процесса - от добычи газа до потребления. Потому что такая разработка в полной мере должна быть отнесена к энергосберегающим технологиям, как в прямом смысле (достоверный и недорогой учет энергоресурсов), так и с точки зрения низкой себестоимости его производства.

Стоимость таких средств измерения, как уже не раз отмечалось выше, не должна быть высокой в силу того, что большая часть требуемых функции реализуются не за счет дополнительного нагромождения операционными ресурсами средства измерения, а в основном за счет использования операционных ресурсов современных микроконтроллеров, путем разработки соответствующего программного обеспечения.

Надо понимать, что предприятия-монополисты (а точнее - собственники этих предприятий) по изготовлению существующих средств измерения ничего нового за свой счет делать не будут. А если что и будут делать, так это привлекать специалистов, способных программными средствами или с помощью ВТ решить какую-либо конкретную задачу по автоматизации какого-либо одного процесса. Я вовсе не хочу сказать, что это плохо. Но это всего лишь «примочки» к немощной и давно состарившейся системе.

Фото Олега Никитина

Ссылки по теме:

ГОСТ 8.563.2-97. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств 

Читайте также: