Проверка счетчика СМТ-Смарт при работе на повышенном давлении измеряемого газа

В данной  работе принимали участие официальные представители отдела метрологии  и отдела внедрения и эксплуатации АСКУГ АО  "Газпром межрегионгаз Нижний Новгород".

Счетчик СМТ-Смарт, построенный на базе  микротермального метода измерений, относится приборам измерения массового расхода. Приборы данного класса обладают рядом уникальных свойств, к числу  которых следует отнести прямое измерение объема газа приведенного к стандартным условиям, выполнение калибровки на рабочей среде, в качестве которой используется воздух, находящийся при атмосферном давлении  с последующим распространением полученных результатов на измерение объема природного газа и, наконец,  независимость результатов измерений  от изменения параметров измеряемого газа – температуры и давления. Данные испытания были направлены  на проверку влияния на точностные параметры счетчика СМТ-Смарт  изменения в широких пределах  - до 15 кПа, избыточного давления измеряемой среды.

Испытаниям были подвергнуты  счетчики СМТ-Смарт G6 зав.N 3020010154 и СМТ-Смарт G16 зав.N 3819120002. В качестве контрольного (эталонного) средства измерения был использован измерительный комплекс СГ-ЭК №1519500003 (RVG G25 №1219500001, ЕК270 №1119500003). Применение  данного измерительного комплекса в качестве эталонного средства связано с его высокими метрологическими характеристиками,а также тем, что  в нем осуществляется приведение измеренного объема газа к стандартным условиям с применением высокоточных датчиков для измерения температуры и давления измеряемого газа.  Достаточно сказать, что основная относительная погрешность измерения объема при рабочих условиях не превышает ± 1%, а  основная относительная погрешность измерения объема при стандартных условиях не превышает ±1,1%.

Проведению испытаний предшествовала проверка метрологических характеристик счетчиков СМТ-Смарт и измерительного комплекса СГ-ЭК на испытательном оборудовании – эталон единицы объемного расхода газа 1 разряда в диапазоне значений от 0,005 до 50 м³/ч (регистрационный номер эталона в реестре Федерального информационного фонда 3.2.ZБН.2835.2019, свидетельство о калибровке №530013-19 от 25.07.2019 г., действительно до 25.07.2021 г.). Упомянутые средства измерения в процессе предварительных испытаний на эталонном оборудовании подтвердили свои заявленные метрологические характеристики  –  официальные протоколы NN 1,2,3 (приложения 1-3). Дальнейшие сравнительные испытания счетчиков СМТ-Смарт  проводились на стенде, обеспечивающим задание различных расходов воздуха при постоянном избыточном давлении 15 кПа. Проверяемые счетчики и эталонный измерительный комплекс включены последовательно, друг за другом.

 В таблице 1 приведены сравнительные данные сравнительных испытаний счетчика СМТ-Смарт G6 и  измерительного комплекса СГ-ЭК,а в таблице 2 -  аналогичные данные для счетчика СМТ-Смарт G16.  Указанные таблицы взяты из официальных протоколов испытаний NN 5,6 (приложения 4,5).

Условные обозначения:

Q – объёмный расход газа, м³/ч;

V_этст – объем газа, приведенный к стандартным условиям, измеренный эталоном расхода газа, м³;

V_счтст – объем газа, приведенный к стандартным условиям, измеренный счетчиком, м³;

δ_смт – относительная погрешность счетчика газа при измерении объема газа, приведенного к стандартным условиям, δ_смт ≤ ±1,5%;

δ_эт – относительная погрешность эталонного средства при измерении объема газа, приведенного к стандартным условиям, δ_эт ≤ ±1,1% и δ_эт ≤ ±2,1%;

δ_доп – допустимая относительная погрешность счетчика при измерении объема газа, приведенного к стандартным условиям, 

δ_ср – средняя значение величины отклонения погрешности счетчика от эталонного средства (δ_ср = Σδ_i/3), %;

δ – значение отклонения погрешности счетчика от эталонного средства, %;

t – время измерения, с.

Результаты испытаний  счетчика СМТ-Смарт G6 N3020010154:

Таблица 1.

Результаты испытаний cчетчика СМТ-Смарт G16 N3819120002:Таблица 2.

Как можно видеть из приведенных в таблицах 1.2 данных результаты испытания положительные. Среднее значение величины отклонения результата измерений счетчиками СМТ-Смарт от результата измерений эталонным средством не превышает заявленных граничных значений  ±2,58%, и  ±1,86%,  при этом реальные значения  средних значений величин отклонения погрешности счетчиков от эталонного средства практически в 3 раза менее указанных предельных значений. Следует еще раз акцентировать внимание на том, что в данном случае измерительными средствами, участвовавшими в испытаниях, измерение объема, приведенного к стандартным условиям производилось по-разному: в счетчике СМТ-Смарт прямым методом, без использования результатов других прямых измерений или каких-либо подстановочных условно-постоянных величин, а в измерительном комплексе СГ-ЭК стандартным классическим способом – путем измерения объема при рабочих условиях и его последующего пересчета к стандартным  условиям с учетом измеренных параметров температуры газа, его абсолютного давления, а также вычисленного комплексом значения относительного коэффициента сжимаемости измеряемого газа. 

Далее, в рамках требований, изложенных в  программе испытаний  “Дорожная карта по испытаниям счетчиков газа СМТ-Смарт производства  ООО  “Техномер”, была проведена оценка повторяемости  погрешности измерений при избыточном давлении измеряемой среды – воздух, равно 15 кПа и, дополнительно, для счетчика СМТ-Смарт G16 – для измеряемой среды природный газ при избыточном давлении 2 кПа.  В связи с тем, что  в  ГОСТ Р 8-915-2016 требования по повторяемости результатов измерений не регламентированы,  выполнение данной  процедуры осуществлялось в соответствии с документом OIMLR 137-1&2 Edition 2012(E) «Gasmeters. Metrological and technical requirements».

Порядок испытаний:

Оценка соответствия требованиям повторяемости ошибок производится при различных расходах. Для каждого значения измеряемого расхода величина погрешности определяется трижды и вычисляется разность между минимальным и максимальным значениями погрешностей измерений. Повторяемость погрешности измерений (Rep) при установившимся измеряемом потоке должна быть менее или равна одной трети от величины максимальной разрешенной ошибки. При сравнительных испытаниях в качестве максимально разрешенной ошибки устанавливается δ_разр

При этом:

δ_смт – относительная погрешность счетчика газа при измерении объема газа, приведенного к стандартным условиям, δ_смт ≤ ±1,5%;

δ_эт – относительная погрешность эталонного средства при измерении объема газа, приведенного к стандартным условиям, δ_эт ≤ ±1,1%;

δ_доп – допустимая относительная погрешность счетчика при измерении объема газа, приведенного к стандартным условиям.

Данные для оценки повторяемости относительной погрешности были взяты из таблиц 1,2, а для счетчика  СМТ-Смарт G16 при работе на среде природный газ – из протокола 7 (приложение 6).

Условные обозначения:

Q – объёмный расход газа, м³/ч;

δ – значение отклонения погрешности счетчика от эталонного средства, %;

Результаты оценки повторяемости:

Таблица 3

Как можно видеть из приведенной таблицы 3 повторяемость погрешности измерений испытуемых счетчиков при различных условиях испытаний (избыточное давление 15 кПа рабочая среда – воздух и избыточное давление 2 кПа, рабочая среда – природный газ), не превышает одной трети от величины максимальной разрешенной ошибки, равной что полностью соответствует Европейским требованиям, предъявляемым к бытовым счетчикам газа.

В  заключении, уже вне рамок испытаний по программе  “Дорожная карта по испытаниям счетчиков газа СМТ-Смарт производства  ООО  “Техномер”, так сказать, факультативно, были проведены испытания при различных давлениях рабочей среды стандартного диафрагменного счетчика, в качестве которого был использован счетчик ВК –G10N36321200, в котором отсутствует механизм компенсации давления  и  температуры измеряемой среды. В качестве эталонного средства  был использован измерительный комплекс СГ-ЭКG25N 1519500003.

В связи с тем, что данные испытания проводились в условиях лаборатории, где температура воздуха поддерживалась на уровне 20±2 град. Цельсия, отсутствие температурной компенсации не сказывается на результаты измерений счетчика ВК-G10. Цель данных испытаний – определение условий, при которых величина полнойотносительной погрешности счетчика  будет не более ±4%, что соответствует требованиям ГОСТ Р 8.741- 2019, а также приказу Минэнерго России от 15.03.2016 № 179  « Об утверждении перечня измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, выполняемых при учете используемых энергетических ресурсов и обязательных метрологических требований к ним, в том числе показателей точности измерений ». Испытания проводились при изменении величины избыточного давления измеряемой среды от 2 кПа до 15 кПа при расходах, которые соответствуют минимальной погрешности проверяемого и эталонных средств. Максимальное значение избыточного давления, равное 15 кПа было выбрано в связи с тем, что ряд производителей диафрагменных счетчиков с температурной компенсацией и подстановочным значением атмосферного давления декларируют такое значение максимального рабочего давления.

Для того, чтобы величина  полной относительной погрешности данного счетчика не превышала ±4% необходимо, чтобы при основной относительной погрешности измерения рабочего объема ±3% и дополнительной температурной погрешности  ±0,4% на каждые 10°С  отклонение условно-постоянной величины абсолютного давления от его истинного значения было не более ±2%, что  применительно к величине стандартного давления 101,315 кПа составляет  ±2 кПа.

Ниже приведены таблицы с результатами испытаний для ряда избыточных давлений рабочей среды.

Избыточное давление 2 кПа 

Избыточное давление 5 кПа

Избыточное давление 7 кПа

Избыточное давление 9 кПа

Избыточное давление 12 кПа

Избыточное давление 15 кПа

Из результатов измерений можно сделать ряд абсолютно тривиальных выводов. Во-первых, величина отклонения рабочего объема счетчика ВК-G10 от объема, приведенного к стандартным условиям, измеряемого измерительным комплексом СГ-ЭК  меняется пропорционально величине абсолютного давления измеряемой  среды. Если при избыточном давлении, равном 5кПа, величина отклонения составляет в среднем 3%,  при давлении  7 кПа  эта величина увеличивается до 5,1%,а при избыточном давлении 15 кПа она доходит до 11,5%. Во-вторых, эта величина отклонения не зависит от времени проливки и определяется только величиной абсолютного давления измеряемой среды. И, наконец, в-третьих, величина абсолютного давления, измеряемая измерительным комплексом СГ-ЭКG25 и, используемая им для вычисления объема при стандартных условиях, складывается из величины атмосферного давления и избыточного давления измеряемой среды, как, собственно, и должно быть.

Выше было отмечено, что отклонение подстановочного значения условно-постоянной величины абсолютного давления от его истинного значения должно быть не более ±2% что для стандартного давления 101,315 кПа составляет диапазон от 99 кПа до 103,34 кПа.  Однако в этот диапазон должна входить не только вариация атмосферного давления, но также вариация избыточного давления измеряемой среды.

При  рассмотрении данной вариации ограничимся только величиной его допуска на выходе редуктора низкого давления, которая, для редукторов разных производителей, составляет от 10% до 15% от верхнего предела установленной величины давления. Тогда, упомянутое выше отклонение условно-постоянной величины абсолютного давления от его истинного значения составляющее ±2 кПа, будет складываться из вариации   избыточного давления на выходе редуктора и вариации атмосферного давления. Так, для  давления 5 кПа  15% вариация на выходе редуктора составит ±0,75 кПа плюс ± 1,25 кПа вариации атмосферного давления (± 9,3 мм.рт. ст.), для 7 кПа  соответственно   ± 1,05 кПа и ± 0,95 кПа (± 7,1 мм.рт.ст)  а для давления 10 кПа  ± 1,5 кПа и  ±0,5 кПа или ± 3,8 мм.рт.ст. Для 15 кПа  вариация давления на выходе редуктора уже составит  ± 2,25 кПа, что превышает заданный диапазон 2 кПа.

Таким образом, приведенные вычисления показывают, что для счетчиков газа, в которых для приведения объема газа к стандартным условиям используются подстановочные значения давления, учет вариаций избыточного давления измеряемой среды даже на уровне технологических параметров понижающего редуктора приводит резкомусужению разрешенного диапазона изменения атмосферного давления. Для обеспечения величины полной относительной погрешности счетчика на уровне ± 4 % корректировка ранее введенного условно-постоянного параметра давления должна будет проводиться как можно чащеи, практически, в реальном режиме времени.

На практике, скорее всего, никаких корректировок условно - постоянных параметров  с целью обеспечения величины полной относительной погрешности счетчика на уровне ± 4 % не проводится вообще,  корректировкавеличины атмосферного давления  производится единственный раз, на этапе ввода счетчика в эксплуатацию. Какова будет введенная величина атмосферного давления - средняя по региону или максимальная возможная  для региона установки счетчика,- совершенно неважно, без учета величины избыточного давления и его максимальных вариаций, бессмысленно говорить о погрешности измерения в целом.

Более того, даже если введенное условно-постоянное значение атмосферного давления будет достаточно высоким, например 104 кПа, при избыточном давлении газа от 5 кПа и выше все равно появляется нескомпенсированная погрешность приведения объема газа к стандартным условиям на уровне 3%, причем ошибка эта будет отнюдь не в пользу поставщика газа.

Согласно документу ”Типовые технические требования ООО Газпром межрегионгаз к бытовым счетчикам газа”  использование современных бытовых счетчиков газанаправлено на повышениедостоверности расходования энергоресурсов, обеспечение экономии ресурсов, снижения возникновения аварийных ситуаций. И, кроме того, счетчики газа должны иметь возможность интеграции с учетными системами поставщика газа для передачи объективной информации в интеллектуальную систему учета энергоресурсов верхнего уровня. И какой из перечисленных целей в полной мере соответствуют счетчики газа, в которых применяется ввод и корректировка условно-постоянных параметров?

Ранее, в статье [ 1 ] было показано, что применение счетчиков, использующих метод подстановочных величин нарушает требования Федерального закона N 102« Об обеспечении единства измерений »в части пункта 2 статьи 9: «Конструкция средств измерений должна обеспечивать ограничение доступа к определенным частям средств измерений (включая программное обеспечение) в целях предотвращения несанкционированных настройки и вмешательства, которые могут привести к искажениям результатов измерений», а также противоречит целому ряду ГОСТов. Проведенные испытания и расчеты, выполненные с учетом требований ГОСТ Р 8.741-2019 применительно к методу условно-постоянных величин показали, что счетчики, в которых используется данный метод, могут обеспечивать заданную величину полной погрешности измерений в крайне узком диапазоне изменений атмосферного давления, что требует постоянной корректировки его ранее введенного условно-постоянного значения, что опять возвращает нас к правовойстороне применения данного метода.

Заключение.

1. Испытания счетчика СМТ-Смарт по программе испытаний  “Дорожная карта по испытаниям счетчиков газа СМТ-Смарт производства  ООО  “Техномер” на соответствие  требованиям  ООО   “Газпром межрегионгаз” подтвердили соответствие его метрологических характеристик при изменении относительного давления измеряемой среды до 15 кПа.
2. Оценка повторяемости  погрешности измерений  при избыточном давлении измеряемой среды( воздух, природный газ) счетчика СМТ-Смарт подтвердила его соответствие Европейским требованиям   OIMLR 137-1&2 Edition 2012(E) «Gasmeters. Metrological and technical requirements». 
3. Проведенные испытания и расчеты показали, что счетчики газа, в которых используется метод условно-постоянных величин,  без проведения их корректировки могут удовлетворять требованиям ГОСТ Р 8.741-2019 и Приказа Минэнерго России от 15.03.2016 № 179 только в узком диапазоне вариаций атмосферного давления. Проведение корректировки условно-постоянных величин в средстве измерения нарушает требования Федерального закона N 102 «Об обеспечении единства измерений» в части искажения результатов измерений.

Приложение.

1. Протокол N 1 поверки счетчика СМТ-Смарт G16

2. Протокол N2 поверки счетчика СМТ-Смарт G6

3. Протокол N 3 поверки комплекса СГ-ЭК

4. Протокол N 5 испытания счетчика СМТ-Смарт G16  давление 15 кПа

5. Протокол N 6 испытания счетчика СМТ-Смарт G6 давление 15 кПа

6. Протокол N 7 испытания счетчика СМТ-Смарт G16 на природном газе

7. Протокол N 11 оценка повторяемости результатов измерений

8. Левандовский В.А, Охотин А.А. «Анализ содержания документа «Типовые технические требования  ООО «Газпром межрегионгаз»  к бытовым счетчикам газа»  и оценка соответствия счетчика  СМТ-Смарт данным требованиям».