info@kipoff.ru
214013, Смоленская обл..
г. Смоленск, ул.Николаева, д.63, офис 20
Пн - Пт: с 9:00 до 18:00

Измерение давления и разрежения в промышленных системах и котельных

Измерение давления и перепада давления

Введение
1. Основные понятия и определения давления и разрежения
2. Единицы измерения давления
3. Нормативно-правовая база и требования к средствам измерений
4. Методы измерения давления и разрежения
5. Современные цифровые приборы для измерения давления и разрежения
6. Особенности измерений в котельных и промышленных системах
7. Погрешности измерений, их источники и способы минимизации
8. Поверка, калибровка и эксплуатация средств измерений
9. Практические рекомендации по выбору и применению приборов
Заключение

Введение

Давление является одним из важнейших технологических параметров в промышленности и энергетике. От точности и надёжности его измерения напрямую зависит безопасность работы оборудования, эффективность производственных процессов и экономичность эксплуатации. В промышленных системах давление контролируют в трубопроводах, сосудах, компрессорах, насосных станциях и теплообменных аппаратах.

Особое значение измерения давления и разрежения приобретают в котельных. Здесь ведётся постоянный контроль избыточного давления пара в котлах, давления питательной воды, давления газа перед горелками, а также разрежения (тяги) в топочном пространстве и газоходах. Нарушение этих параметров может привести к снижению эффективности горения, перерасходу топлива, а в тяжёлых случаях — к серьёзным авариям, включая взрывы и пожары.

Поэтому к средствам измерения давления предъявляются высокие требования по точности, надёжности, метрологическому обеспечению и соответствию нормативным документам. Современные цифровые приборы позволяют не только получать точные показания, но и вести регистрацию данных, передавать информацию на смартфон и формировать отчёты.

1. Основные понятия и определения давления и разрежения

Давлением \( p \) называют отношение абсолютной величины нормального (перпендикулярного к поверхности) вектора силы к площади поверхности, на которую эта сила действует. Если сила распределена равномерно, давление одинаково во всех точках площади. В общем случае истинное значение давления определяется как предел:

\[ p = \lim_{\Delta S \to 0} \frac{\Delta F}{\Delta S} = \frac{dF}{dS} \]

Согласно закону Паскаля, давление в жидкости или газе передаётся одинаково во все стороны и одинаково во всех точках замкнутого объёма.

В зависимости от того, относительно чего измеряется давление, различают несколько основных видов:

Абсолютное давление — давление, измеряемое относительно абсолютного вакуума (состояние, при котором в объёме отсутствуют молекулы газа).
Барометрическое (атмосферное) давление — абсолютное давление, создаваемое земной атмосферой. Оно зависит от высоты над уровнем моря, температуры воздуха и погодных условий.
Избыточное (манометрическое) давление — разность между абсолютным давлением в системе и барометрическим давлением, когда абсолютное давление больше атмосферного.
Вакуумметрическое давление (разрежение) — величина, на которую абсолютное давление в системе меньше барометрического. Часто его называют просто разрежение или вакуум.
Дифференциальное давление (перепад давления) — разность давлений между двумя точками или двумя процессами, ни одно из которых не обязательно является атмосферным. Этот вид особенно важен при измерении расхода, контроле загрязнения фильтров и определении тяги.

В котельных наиболее часто измеряют избыточное давление пара и воды, а также разрежение в топке и дымоходе (тягу). Дифференциальное давление применяют для контроля работы вентиляторов, фильтров и расчёта скорости газовоздушного потока.

2. Единицы измерения давления

В Международной системе единиц (СИ) основной единицей давления является паскаль (Па) — давление, создаваемое силой 1 Н, равномерно распределённой по поверхности площадью 1 м². На практике применяют как системные, так и внесистемные единицы.

Наиболее распространённые единицы в промышленности и котельных:

Па (паскаль) и его производные (кПа, МПа, гПа)
бар и миллибар
мм рт. ст. (миллиметр ртутного столба)
мм вод. ст. (миллиметр водяного столба) — особенно удобна для измерения малых давлений и разрежения (тяги)
кгс/см² (техническая атмосфера)
атм (физическая атмосфера)

Соотношения между основными единицами давления приведены в таблице ниже.

Обозначение единиц	Па	кгс/см²	атм.	бар	мм рт. ст.	мм вод. ст.
Па	1	1,02·10⁻⁵	9,87·10⁻⁶	10⁻⁵	7,5·10⁻³	0,102
кгс/см²	9,81·10⁴	1	0,968	0,981	736	10⁴
атм.	1,013·10⁵	1,033	1	1,013	760	1,033·10⁴
бар	10⁵	1,02	0,987	1	750	1,02·10⁴
мм рт. ст.	133	1,36·10⁻³	1,32·10⁻³	1,33·10⁻³	1	13,6
мм вод. ст.	9,81	10⁻⁴	9,68·10⁻⁵	9,81·10⁻⁵	7,36·10⁻²	1

В котельных для измерения тяги и малых перепадов давления чаще всего используют единицы Па, гПа или мм вод. ст. Для вакуумных измерений удобны мм рт. ст. или Па. При выборе прибора важно учитывать, в каких единицах удобнее вести измерения и вести документацию на объекте.

3. Нормативно-правовая база и требования к средствам измерений

Средства измерения давления в промышленных системах и котельных должны соответствовать требованиям нормативных документов, обеспечивающих единство измерений и промышленную безопасность.

К основным документам относятся:

ГОСТ 8.271-77 «ГСИ. Средства измерений давления. Термины и определения»
ГОСТ 2405-88 «Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия»
ГОСТ 8.223-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений абсолютного давления»
ГОСТ 8.187-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений разности давлений»
ГОСТ Р 52931-2008 «Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия»
Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением» (утверждены приказом Ростехнадзора от 15.12.2020 № 536)

В соответствии с ФНП при эксплуатации оборудования под избыточным давлением (в том числе в котельных) к манометрам предъявляются следующие обязательные требования:

Класс точности манометра должен быть не ниже:
- 2,5 — при рабочем давлении до 2,5 МПа включительно;
- 1,5 — при рабочем давлении свыше 2,5 МПа до 14 МПа включительно;
- 1,0 — при рабочем давлении свыше 14 МПа.
Перед каждым манометром должен быть установлен трёхходовой кран или другое аналогичное устройство для продувки, проверки и отключения манометра.
На шкале манометра должна быть нанесена красная черта (или закреплена красная пластина), указывающая максимально допустимое рабочее давление.
Манометр должен выбираться таким образом, чтобы предел измерения находился во второй трети шкалы.
При рабочем давлении более 2,5 МПа рекомендуется устанавливать два манометра (рабочий и контрольный).
Средства измерения подлежат периодической поверке в установленном порядке.

Соблюдение этих требований позволяет обеспечить достоверность измерений, своевременное выявление отклонений и предотвращение аварийных ситуаций в котельных и на опасных производственных объектах.

4. Методы измерения давления и разрежения

Существует несколько принципиально разных методов измерения давления, каждый из которых имеет свою область применения, преимущества и ограничения. Выбор метода зависит от диапазона измеряемых давлений, требуемой точности, условий эксплуатации (температура, агрессивность среды, вибрация) и необходимости дистанционной передачи сигнала.

Жидкостные манометры

В жидкостных манометрах измеряемое давление уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости (воды, ртути, спирта или специальной манометрической жидкости). Классическим примером является U-образный манометр. Высота столба жидкости прямо пропорциональна измеряемому давлению или разности давлений.

Жидкостные манометры отличаются высокой точностью и стабильностью, не требуют источника питания и широко применяются в лабораторных условиях и для поверки других приборов. В котельных их используют для измерения малых значений разрежения (тяги) в топке и газоходах. Основные недостатки — громоздкость, чувствительность к температуре и загрязнению жидкости, а также ограниченный диапазон измерений.

Деформационные манометры

В деформационных манометрах давление воспринимается упругим чувствительным элементом (УЧЭ), который деформируется под действием давления. Наиболее распространёнными УЧЭ являются:

трубка Бурдона (одновитковая или многовитковая);
плоская или гофрированная мембрана;
сильфон (гофрированная трубка).

Деформация УЧЭ через передаточный механизм передаётся на стрелку или записывающее устройство. Такие манометры просты, надёжны, имеют широкий диапазон измерений и широко применяются в промышленности и котельных для локального контроля давления пара, воды и газа. Современные деформационные манометры могут оснащаться электрическими контактами для сигнализации и управления.

Грузопоршневые манометры

Грузопоршневые манометры относятся к образцовым средствам измерений. Измеряемое давление уравновешивается весом поршня и грузов, создающих известное давление на известную площадь. Эти приборы обеспечивают очень высокую точность (до 0,005 % и лучше) и используются в основном для поверки и калибровки рабочих манометров в метрологических лабораториях.

Электрические и электронные методы

В современных приборах давление преобразуется в электрический сигнал с помощью различных физических эффектов:

пьезорезистивный эффект (изменение сопротивления полупроводниковой мембраны под действием давления);
ёмкостный метод (изменение ёмкости между подвижной мембраной и неподвижным электродом);
индуктивный, тензорезистивный и другие методы.

Электронные преобразователи давления позволяют получать аналоговый или цифровой сигнал, удобный для передачи на большие расстояния, регистрации и обработки в системах автоматизации. Они обладают высокой точностью, малыми габаритами, устойчивостью к вибрации и возможностью температурной компенсации. Именно на базе этих методов построены современные цифровые портативные манометры и вакуумметры.

5. Современные цифровые приборы для измерения давления и разрежения

Цифровые манометры и вакуумметры постепенно вытесняют традиционные стрелочные приборы в тех случаях, когда требуется высокая точность, удобство считывания показаний, регистрация данных и возможность документирования измерений. Основные преимущества цифровых приборов:

отсутствие ошибки параллакса и высокая разрешающая способность дисплея;
возможность отображения результатов в различных единицах измерения без пересчёта;
функции фиксации показаний (Hold), запоминания максимальных и минимальных значений, расчёта среднего значения;
встроенная температурная компенсация и автоматическая корректировка нуля;
подключение к мобильному приложению по Bluetooth для ведения журналов измерений, формирования отчётов и расчёта дополнительных величин (например, скорости потока по трубке Пито);
компактность, небольшой вес и автономное питание от батареек.

Для измерения дифференциального давления в системах вентиляции, контроля тяги в котельных и проверки герметичности широко применяются компактные цифровые дифференциальные манометры с возможностью подключения к приложению. Они позволяют оперативно измерять малые перепады давления (до 100 гПа и выше) и сразу передавать результаты на смартфон для дальнейшего анализа.

Для точного измерения абсолютного давления (барометрического и в замкнутых объёмах) используются специализированные цифровые манометры абсолютного давления. Их высокая стабильность и точность делают их незаменимыми при проведении наладочных работ и проверке вакуумных систем.

Высокоточные цифровые вакуумметры с Bluetooth особенно удобны при измерении глубокого разрежения и проведении испытаний на герметичность. Возможность длительного логирования данных и последующей обработки на компьютере значительно упрощает оформление протоколов и отчётов.

Цифровые приборы позволяют значительно повысить производительность труда при проведении периодических обследований оборудования в котельных и на промышленных объектах, снизить вероятность ошибок при считывании показаний и обеспечить прослеживаемость результатов измерений.

6. Особенности измерений в котельных и промышленных системах

В котельных и промышленных системах измерения давления и разрежения имеют ряд специфических особенностей, связанных с условиями эксплуатации и требованиями безопасности.

Типичные объекты измерения в котельной

Избыточное давление пара в барабане котла и паропроводах (обычно от 0,5 до 4,0 МПа и выше).
Давление питательной воды перед котлом и в деаэраторе.
Давление газа и воздуха перед горелочными устройствами.
Разрежение (тяга) в топочном пространстве и за котлом (обычно от −50 до −500 Па).
Дифференциальное давление на воздухоподогревателях, экономайзерах и фильтрах.
Давление в системах отопления и горячего водоснабжения.

Особенности измерения разрежения (тяги)

Разрежение в топке котла является одним из важнейших параметров, влияющих на качество горения и безопасность работы. Недостаточная тяга приводит к неполному сгоранию топлива, дымлению и загрязнению атмосферы. Чрезмерная тяга увеличивает потери тепла с уходящими газами. Измерение тяги обычно выполняют дифференциальными манометрами или специальными тягомерами в единицах Па или мм вод. ст. Точки отбора давления располагают в характерных сечениях газового тракта.

Дифференциальное давление и расчёт расхода

Дифференциальное давление широко используют для косвенного измерения расхода газа, воздуха и пара методом переменного перепада давления (диафрагма, сопло, труба Вентури) или с помощью трубки Пито. Современные цифровые дифференциальные манометры позволяют не только измерять перепад, но и автоматически рассчитывать скорость и объёмный расход потока.

Требования к организации измерений

Точки отбора давления должны располагаться в местах, где поток среды стабилен и отсутствуют сильные пульсации.
Импульсные трубки должны быть минимальной длины, иметь уклон для удаления конденсата и защищены от механических повреждений.
При измерении агрессивных или горячих сред применяют разделительные сосуды, мембранные разделители или специальные защитные устройства.
Приборы, установленные на открытом воздухе или в помещениях с повышенной влажностью, должны иметь соответствующую степень защиты (IP).
Периодичность поверки и калибровки средств измерений устанавливается в соответствии с требованиями нормативных документов и внутренними регламентами предприятия.

Правильная организация измерений давления и разрежения позволяет не только обеспечить безопасную эксплуатацию котельного оборудования, но и оптимизировать режимы горения, снизить удельный расход топлива и повысить общую энергоэффективность объекта.

7. Погрешности измерений, их источники и способы минимизации

Любое измерение давления сопровождается погрешностью — отклонением результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Понимание природы погрешностей и умение их минимизировать является важной задачей для специалистов КИПиА и эксплуатационного персонала котельных.

Классификация погрешностей

Вид погрешности	Характеристика	Примеры в измерениях давления
Систематическая	Постоянна по величине и знаку или изменяется по известному закону	Смещение нуля из-за температуры, деформация мембраны со временем
Случайная	Меняется случайным образом при повторных измерениях	Колебания показаний из-за вибрации, пульсаций среды
Грубая (промах)	Значительно превышает ожидаемую погрешность	Ошибки при считывании, неправильное подключение импульсных трубок
Абсолютная Δp	Выражается в единицах измеряемой величины	±0,05 гПа, ±5 Па
Относительная δ	Отношение абсолютной погрешности к измеренному значению	δ = (Δp / p) × 100 %
Приведённая γ	Отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению (обычно к верхнему пределу диапазона)	γ = (Δp / (pвп − pнп)) × 100 %

Основные источники погрешностей при измерении давления в котельных и промышленных системах

Влияние температуры окружающей среды и измеряемой среды (температурная погрешность сенсора).
Вибрация и механические воздействия на прибор и импульсные линии.
Пульсации давления в трубопроводах (особенно при работе насосов и компрессоров).
Неправильная установка точек отбора давления (в зонах турбулентности, застойных зонах).
Загрязнение или конденсация в импульсных трубках.
Старение и усталость упругих элементов (мембран, трубок Бурдона).
Ошибки при обнулении прибора и выборе диапазона измерений.
Влияние электромагнитных помех на электронные приборы.

Способы минимизации погрешностей

Выбор прибора с оптимальным диапазоном измерений (рабочая точка должна находиться в средней трети шкалы).
Применение температурной компенсации и приборов с защитой от вибрации.
Установка демпферов, разделительных сосудов и мембранных разделителей при пульсирующем или агрессивном давлении.
Правильная прокладка импульсных линий с уклоном и периодической продувкой.
Регулярное обнуление цифровых приборов перед каждым измерением.
Использование приборов с функцией усреднения и фильтрации сигнала.
Соблюдение периодичности поверки и калибровки.
Обучение персонала правильным приёмам измерений и эксплуатации.

8. Поверка, калибровка и эксплуатация средств измерений

Для обеспечения достоверности результатов измерений все средства измерения давления, применяемые в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений (в том числе в котельных и на опасных производственных объектах), подлежат поверке. Калибровка проводится для приборов, не попадающих под обязательную поверку, но используемых во внутренних системах контроля качества.

Основные понятия

Поверка — совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям.
Калибровка — совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений, и соответствующим значением величины, определённым с помощью эталона.
Методика поверки — документ, устанавливающий порядок проведения поверки конкретного типа средств измерений.

Периодичность поверки

Периодичность поверки манометров, вакуумметров и дифференциальных манометров обычно составляет 1 год. Для образцовых и высокоточных приборов она может быть сокращена до 6 месяцев. В котельных и на ОПО сроки поверки устанавливаются в соответствии с требованиями ФНП и внутренними регламентами предприятия.

Основные этапы поверки манометров

Внешний осмотр и проверка комплектности.
Определение метрологических характеристик (проверка основной погрешности, вариации показаний, гистерезиса).
Проверка герметичности.
Проверка работоспособности дополнительных устройств (контактов, выходных сигналов).
Оформление результатов поверки (свидетельство о поверке или извещение о непригодности).

Средства поверки

Для поверки манометров применяют грузопоршневые манометры, образцовые манометры с классом точности не хуже 0,25, калибраторы давления и цифровые эталонные манометры. В полевых условиях всё чаще используют портативные калибраторы давления с цифровым выходом.

Эксплуатация средств измерений давления

Перед каждым измерением рекомендуется проводить обнуление цифрового прибора в рабочем положении.
При наличии трёхходового крана перед манометром необходимо периодически выполнять продувку импульсной линии.
Приборы следует защищать от прямого воздействия солнечных лучей, агрессивных сред и сильной вибрации.
Цифровые приборы с Bluetooth требуют периодической зарядки аккумуляторов и обновления программного обеспечения приложения.
При длительном хранении приборы рекомендуется хранить в сухом отапливаемом помещении в заводской упаковке.

9. Практические рекомендации по выбору и применению приборов

Правильный выбор средства измерения давления позволяет обеспечить требуемую точность, надёжность и экономическую эффективность контроля.

Критерии выбора прибора

Параметр	Рекомендация	Пример применения в котельной
Диапазон измерений	Рабочая точка — в средней трети шкалы	Для давления пара 1,6 МПа выбирать прибор 0–2,5 МПа
Класс точности	Не хуже требуемого по ФНП и проекту	Для котлов до 2,5 МПа — класс 2,5 и выше
Тип давления	Соответствие измеряемой величине	Дифференциальный — для тяги и фильтров; абсолютный — для вакуумных систем
Условия эксплуатации	Степень защиты IP, материал корпуса, температура	IP54 и выше для котельных с повышенной влажностью
Дополнительные функции	Регистрация данных, Bluetooth, расчёт расхода	Приборы с приложением для формирования отчётов по тяге и давлению
Стоимость владения	Учитывать цену поверки, расходные материалы, срок службы	Цифровые приборы часто выгоднее за счёт меньшего количества поверок и удобства эксплуатации

Заключение

Измерение давления и разрежения остаётся одной из наиболее массовых и ответственных задач в промышленной эксплуатации и энергетике. От качества этих измерений напрямую зависит безопасность работы котельного оборудования, эффективность использования топлива и соблюдение экологических требований.

Современные методы и средства измерений позволяют получать точные и достоверные результаты даже в сложных условиях котельных и промышленных цехов. Переход на цифровые приборы с возможностью регистрации данных и беспроводной передачи информации значительно повышает производительность труда и качество документирования.

Соблюдение нормативных требований, правильный выбор приборов, регулярная поверка и грамотная эксплуатация — необходимые условия надёжного контроля давления и разрежения.

Для обеспечения надёжного и точного контроля давления и разрежения в ваших промышленных системах и котельных вы можете купить современные цифровые манометры и вакуумметры по привлекательной цене. Это позволит повысить безопасность и эффективность работы оборудования, упростить проведение измерений и формирование отчётной документации.

Материал подготовил технический директор НПП «КИПОФФ» Березин Александр Сергеевич

Назад к списку

Главная Каталог 0 Корзина Контакты Бренды Компания Реквизиты Блог