БИБЛИОТЕКА «ТЕПЛОПУНКТА»
Д. Л. Анисимов
Погрешность измерений как непостижимая тайна учёта
(Ранее опубликовано:
Коммунальный комплекс России, № 4'2013)
На статью про отзывы о приборах учёта (см. ККР №7–8'2012) мы получили довольно много откликов, которые можно разделить по преимуществу на три категории. Первая — вопрос: так как нам определить погрешность приборов учёта? Вторая — утверждение: нормальный прибор работает, как его ни смонтируй. Третья — жалоба: нас обязывают ставить только такие-то приборы, а все другие считаются неподходящими. Рассмотрим каждую из категорий этих откликов (которые можно обозначить как «непонимание», «заблуждение», «проблема») по отдельности. И начнем, разумеется, с первой.
На практике достаточно часто показания расходомеров в подающем и обратном трубопроводах системы теплоснабжения (речь здесь идет о системах закрытых или об открытых в моменты отсутствия водоразбора) не совпадают. Величину этого несовпадения, то есть разность показаний, по непонятным причинам очень часто называют погрешностью. И если эта разность-«погрешность» велика, представители энергоснабжающих организаций отказываются принимать показания приборов учёта, считая их вышедшими из строя. При этом ссылаются на п. 5.2.4 Правил учёта тепловой энергии и тепло- носителя. Правы ли они? Попробуем разобраться.
Физика
Как известно, «типичный» расходомер (о таких мы и будем говорить далее) измеряет объём прошедшей через него жидкости. Однако объем жидкости (в системах теплоснабжения это чаще всего вода) — величина непостоянная. Если взять некоторое количество воды и нагреть его — объём увеличится, если остудить — уменьшится. Неизменной останется только масса. Все мы проходили это в школе на уроках физики, но не все, к сожалению, помним об этом.
Рассмотрим для примера некую систему теплоснабжения, где на «входе» (в подающем трубопроводе) температура воды составляет 95°С, на «выходе» (в обратном трубопроводе) — 70°С; давление — 0,6 и 0,4 МПа соответственно. Допустим, в систему «вошло» 1000 м3 воды. По справочнику (например, по таблицам ГСССД 98-86) определяем, что при температуре 95°С и давлении 0,6 МПа плотность воды составит 962,16 кг/м3. Значит масса наших 1000 м3 будет равна 962 160 кг.
Пройдя через систему, вода остывает, давление уменьшается. При 70°С и 0,4 МПа плотность воды — 977,9126 кг/м3. Поскольку масса (962 160 кг) сохраняется, изменение плотности ведёт к изменению объёма. Объем наших 962 160 кг на выходе из системы станет равным 983,89 м3, то есть уменьшится примерно на 1,6%. Таким образом, даже если бы мы располагали идеальными расходомерами с нулевыми погрешностями (в жизни таких не бывает!), то и в идеально закрытой (с нулевыми утечками) системе теплоснабжения получили бы «заметную» разницу ОБЪЁМОВ в подающем и обратном трубопроводах.
Отсюда правило первое: если мы хотим проанализировать разность показаний расходомеров в подающем и обратном трубопроводах системы теплоснабжения, то это должны быть значения массы, выдаваемые тепловычислителем, а не значения объёма, снимаемые непосредственно «с расходомера».
Метрология
Средства измерений, которые мы используем в реальной жизни, не идеальны и имеют определённые погрешности измерений объёма. Возьмём расходомер, у которого по паспорту предел основной относительной погрешности составляет 2%. Если вернуться к нашему примеру, то в подающем трубопроводе такой прибор может «на законных основаниях» показать 1000±20 м3, в обратном — 983,89±19,68 м3. То есть «в пределе» разница показаний объёмов может превышать 5% — и это с «двухпроцентными» счётчиками. К тому же мы учитываем только основную относительную погрешность, а при внимательном чтении документов некоторых приборов можно найти там упоминания и о дополнительных погрешностях, которые, впрочем, по сравнению с основной должны быть незначительными.
Понятно, что чем больше разность температур в подающем и обратном трубопроводах, тем больше будет разность объёмов теплоносителя в них. Сразу заметим: вероятность того, что в какой-либо системе один расходомер выдаст максимально допускаемые показания, а второй — минимально допускаемые, ничтожно мала, поэтому использовать наш пример для установления каких бы то ни было критериев оценки работы приборов не следует.
При изучении показаний теплосчётчика в узле учёта мало у кого найдутся при себе таблицы ГСССД или иные справочники по плотности воды. Вот почему оценивать, как мы уже говорили, нужно не разность объёмов, а разность масс теплоносителя, поскольку она не зависит от температур и давлений. Как правило, теплосчётчики измеряют массу, и измеренные значения сохраняются в их архивах. Чаще всего погрешность измерений массы вычислителем теплосчётчика численно совпадает с погрешностью измерений объёма преобразователями объёма. Однако в отношении каждого конкретного типа счётчиков этот вопрос следует обязательно уточнять.
Это и есть второе правило: при сравнении масс теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы теплоснабжения нужно принимать во внимание не погрешности измерений объёмов расходомерами, а погрешности измерений массы теплосчётчиками (тепловычислителями). Что касается допускаемой разности показаний, то на практике ее обычно считают равной удвоенной погрешности канала измерений массы, что вполне доступно для понимания. Но с точки зрения науки метрологии эта разность не должна превышать корень квадратный из суммы квадратов величин погрешностей обоих каналов. Таким образом, если мы используем теплосчётчик, измеряющий массу теплоносителя с погрешностью не более 2%, то «для практиков» разность показаний масс в подающем и обратном трубопроводах не должна превышать 4%, «для учёных» — всего 2,83%.
Законодательство
Что же делать, если массы «разошлись» очень сильно? Как правило, ЭСО в таком случае не принимает показания теплосчётчика, ссылаясь на п. 9.10 Правил учёта: приборы, дескать, работают за пределами норм точности, установленными в разделе 5. На самом деле такое утверждение не корректно.
Дело в том, что в разделе 5 данных Правил установлены требования к метрологическим характеристикам приборов учёта, в частности, к погрешностям измерений объемов и масс теплоносителя. И здесь мы, наконец, подходим к изначально поставленному вопросу: а как определить (рассчитать, оценить) погрешность средств измерений в узле учёта? Ответ однозначен и прост: НИКАК!
Ведь «погрешность» и «разность показаний» — это абсолютно разные и не имеющие четкой взаимосвязи явления. Простой пример: если разница показаний нулевая, то означает ли это, что оба расходомера демонстрируют нулевые погрешности? Конечно, нет, ведь уравнение с двумя неизвестными (х – у = 0) имеет бесконечное множество решений. Два прибора, даже установленные на одну и ту же трубу, могут «врать» на 1, 5, 10, 100, 1000% — но если они оба «врут» одинаково, то разность их показаний будет равна... нулю.
А погрешность — это разница между показаниями средства измерений и ИСТИННЫМ значением измеряемой величины. Но истинное значение — абстракция, мы его никогда не знаем. И если бы знали, то зачем нам нужны были бы расходомеры? Если бы мы умели определять погрешность в узлах учёта, то для чего нам были бы нужны метрологические лаборатории? В условиях этих лабораторий истинное значение мы заменяем неким эталоном и определяем погрешность в результате научно обоснованной и строго регламентированной процедуры — метрологической поверки. И определить ее каким-либо иным образом невозможно ни с практической, ни даже с философской точки зрения.
Ну, а указаний по поводу допускаемой разности показаний двух расходомеров (или разности масс теплоносителя) в закрытой системе теплоснабжения ни в одном современном нормативном документе, к сожалению, не содержится.
Выводы
Итак, определить погрешность расходомеров в узле учёта невозможно никак, никогда и ни при каких условиях. Погрешность средства измерений определяется в результате его метрологической поверки. Значение этой погрешности заносится в паспорт средства измерений или иной документ и должно считаться таковым до момента следующей (очередной или внеочередной) поверки, в ходе которой оно может быть подтверждено или опровергнуто.
Нулевая разность масс (а тем более — объёмов) по показаниям расходомеров в закрытой системе теплоснабжения не только не говорит об их «абсолютной точности», но и должна наводить на подозрения в фальсификации результатов учёта.
Разность масс в пределах, обозначенных выше в главе «Метрология», скорее всего, свидетельствует об исправности и нормальной работе приборов учёта. Однако, как ни парадоксально это звучит, существует мизерная вероятность того, что приборы неисправны, но «врут» почти одинаково.
Разность масс, превышающая обозначенные выше значения, скорее всего, свидетельствует о неисправности приборов учёта, причём каких (какого) именно — определить по этой разности невозможно. Речь здесь идёт не только о дилемме: расходомер в подаче или расходомер в обратке. Поскольку масса измеряется при помощи не одних только расходомеров, а «комплексов» или «каналов», в состав которых входят расходомер, термометр, датчик давления (не всегда), а также вычислитель, то причина неисправности может скрываться в любом из элементов такого измерительного канала, и для её локализации нужно проанализировать все показания.
Кроме того, «выходящая за рамки» разность показаний может быть обусловлена и сугубо объективными причинами: несоответствием условий эксплуатации приборов установленным для них требованиям, неправильным монтажом (в том числе линий связи преобразователей с вычислителем), плохим качеством теплоносителя (высоким содержанием твердых включений или воздуха) и т.д. В таких случаях поверку в лаборатории приборы пройдут успешно, но, будучи возвращенными на объект, снова начнут демонстрировать «неприемлемые» показания.
Есть, к сожалению, и ещё одна проблема. Мы не раз уже писали о том, что состояние метрологической службы в нашей стране таково, что можно без проблем сертифицировать, а в дальнейшем продавать и успешно поверять даже откровенно некачественные приборы. Разобраться с таким оборудованием ни потребителю, ни даже поставщику тепла практически невозможно. На объекте эти счётчики «показывают пальцем в небо». Но поверку они проходят успешно: либо вследствие низкого качества поверочного оборудования, либо по причине недостаточной квалификации персонала лаборатории, либо (что тоже бывает) из-за того, что производитель сумел утвердить «хитрую» методику поверки, реализуемую только с использованием собственного «специального» оборудования и/или программного обеспечения.
Таким образом, наблюдая за показаниями приборов в узлах учёта, про их погрешности и их исправность мы можем и должны говорить лишь то, что когда-то сказал Сократ (по другому, конечно же, поводу): я знаю, что я ничего не знаю. Многие, к сожалению, не знают (и не хотят знать!) и этого. В результате поставщики тепла, необоснованно ссылаясь на не имеющие отношения к рассматриваемой проблеме пункты Правил учёта, наказывают потребителя, добросовестно приобретшего сертифицированные и поверенные счётчики.
Рекомендации и фантазии
Но где же выход из сложившейся ситуации? Что делать, если разность масс теплоносителя в закрытой системе превышает «научно обоснованные» пределы. И, главное, кто именно должен принимать меры, нести ответственность и т.д.? Решение видится нам только в образованности всех участников процесса купли-продажи тепловой энергии и взаимопонимании между ними.
Мы уже писали когда-то (см. «ККР» №8'2010), что в сфере теплоучёта существует четыре стороны, каждая со своими интересами. В их числе поставщик тепла, который заинтересован получить за тепло больше, и потребитель тепла, который желает заплатить за тепло меньше. Кроме того, это производитель приборов учёта, задача которого — убедить и поставщика, и потребителя покупать именно его продукцию. И, наконец, это государство, которое контролирует качество производимых приборов учёта и качество их метрологического обслуживания.
Государство, разумеется, должно установить для всех сторон чёткие «правила игры» и жестко следить за их соблюдением. Производитель обязан выпускать только качественные приборы учёта (иначе государство его накажет). А потребитель и поставщик тепла должны понимать, что в их отношениях заработок одного — это всегда убыток другого. И для исключения «неправедных», то есть основанных на ложных показаниях заработков и убытков (а в роли пострадавшего может оказаться любая из сторон, так как если счётчик «врет», то неизвестно, в чью именно пользу) в учёте должны применяться только качественные исправные приборы, выполняющие измерения в рамках допускаемых погрешностей. И если разность показаний наводит на «тревожные мысли», то беспокоить это должно не только поставщика тепла, но и потребителя! И поставщик, формально не имея права «выбраковывать» такой узел учёта, может и должен убедить своего абонента сдать счётчики во внеочередную поверку. Потребитель же, в свою очередь, может и должен сделать это сам (известив поставщика), как только заметит ту самую «подозрительную разность». Потому что, повторимся, неисправный или некачественный прибор «наказать» может как ту, так и другую сторону.
Но прежде, чем демонтировать счётчики и везти их в лабораторию, стоит удостовериться, что на объекте на самом деле отсутствуют утечки или подмесы, что приборы смонтированы в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями, трубопроводы не засорены, а протекающий по ним теплоноситель имеет должное качество. Если всё в порядке, и приборы проходят поверку, но разность показаний все равно находится «за рамками», должен возникнуть вопрос к качеству поверки. И, вероятно, решить его может не только государство, но и поставщик тепла, выбрав и рекомендуя потребителям по-настоящему грамотных и хорошо оснащенных поверителей либо оборудовав собственную серьёзную лабораторию и набрав для неё квалифицированный персонал. А по поводу приборов, которые будут «проваливать» испытания в такой лаборатории, должны возникать вопросы к производителю, а также к тем представителям государственных служб, которые эти приборы сертифицировали.
Очевидно, что если потребители и поставщики тепла придут к взаимопониманию и описанный выше процесс начнется, ситуация с приборным учётом пусть не сразу, но постепенно нормализуется. К сожалению, пока что поставщикам гораздо проще не вникать в проблемы потребителей, а наказывать их (не без собственной выгоды), бракуя направо и налево честно установленные приборы учёта. Потребители же, не обладая в достаточной мере знаниями и традиционно не доверяя государству, не спорят и терпеливо платят за «отсутствие учета», за поверку, за монтаж-демонтаж и снова за «отсутствие учёта».
Выходит, реальней дождаться, когда первый ход сделает государство? А может, добросовестные производители предпримут реальные шаги к тому, чтобы вытеснить с рынка недобросовестных коллег? Вопросы сложные, не простые. Но мы все же надеемся, что данная статья сможет подтолкнуть кого-нибудь (поставщиков, потребителей, чиновников, производителей) к их решению.
