О правилах учета тепловой энергии и измерении разности масс

О ПРАВИЛАХ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ИЗМЕРЕНИИ РАЗНОСТИ МАСС

А.Г. Лупей, заместитель главного метролога, филиал «Невский» ОАО «ТГК-1»

Известно, что в настоящее время по инициативе РАО «ЕЭС России» разрабатывается новая редакция «Правил учета тепловой энергии». Поддерживая такое решение, хотелось бы обратить внимание разработчиков новых Правил на некоторые имеющиеся проблемы с организацией учета теплопотребления, которые следовало бы урегулировать в новом документе.

Наиболее острой и экономически значимой сегодня можно считать проблему измерения утечки теплоносителя и несанкционированного водоразбора за узлом учета потребителя.

Видимо, никто не возьмется утверждать то, что в отечественных системах теплоснабжения проблема утечки теплоносителя сегодня решена: утечка, конечно же, есть (дефекты трубопроводов, сварных швов, негерметичные сальники, прохудившиеся прокладки и т.д.), несанкционированный отбор теплоносителя из систем отопления (например, на хозяйственные нужды) также имеет место. И здесь желание теплоснабжающих организаций (ТСО) измерять утечку вполне понятно и обоснованно: коль скоро отбор теплоносителя, как говорится, налицо, то его (отбор) необходимо измерять в коммерческих узлах учета и, соответственно, оплачивать.

Для решения этой задачи « Правила учета тепловой энергии и теплоносителя» (Редакция Правил 1995 года) содержат требование, в соответствии с которым в узле учета потребителя необходимо «контролировать утечку» в соответствии с выражением

Мут = (М1-М2) - Мгвс                                                                                         (1)

и оплачивать суммарное теплопотребление в соответствии с известной формулой 3.1 (опять же из Правил-95):

Q = Q и + (Мут+Мгвс)×( h 2- h хв).                                                                          (2)

Нетрудно видеть, что в формуле (2) Q и = М1×( h 1- h 2), а Мут+Мгвс = М1-М2. Следовательно, Правила-95 предписывают потребителям вести коммерческий учет суммарного теплопотребления по формуле

Q = M1×(h1-h2) + (M1-M2)×(h2-hx в ),                                                                  (3)

что в точности соответствует известной формуле «тепло пришедшее минус тепло ушедшее», т.е.

Q = Q - Q 2 = M 1×( h 1- hx в) - М2×( h 2- h хв).                                                             (4)

Сегодня большинство теплосчетчиков российских потребителей по требованию Правил-95 и при поддержке ТСО (ведь действительно необходимо измерять и оплачивать утечку) настроены на ведение коммерческого учета суммарного теплопотребления именно по формуле (4).

К сожалению, формула эта принципиально не пригодна для применения у большинства потребителей, поскольку на практике она не обеспечивает измерение утечки и суммарного теплопотребления с приемлемой точностью. Более того, применение формулы (4) приводит к тому, что результаты измерений массы теплоносителя и энергии, отбираемых из системы теплопотребления, оказываются значительно заниженными, а измеренная таким образом «утечка» в большинстве случаев оказывается в той или иной степени отрицательной (измеренная в закрытой системе разность масс М1-М2<0). Следовательно, по результатам такого «учета» потребитель превращается в поставщика теплоносителя и тепловой энергии (потребитель как бы подпитывает внешнюю теплосеть горячей водой и, сам того не желая, берет на себя роль источника теплоты (!!!)), что приводит к заметным финансовым убыткам ТСО и росту водных и тепловых небалансов в системе «источник - теплосеть - потребители».

В подтверждение сказанному обратим внимание на статистику, наглядно демонстрирующую безуспешность сегодняшних попыток измерять утечку (т.е. разность масс М1-М2) в узлах учёта потребителей.

В таблице приведены показания 87-и трехканальных теплосчетчиков, отобранных случайным образом из более крупной выборки и содержащих результаты измерений массы теплоносителя на тепловом вводе ( M 1 и М2), а также показания счетчика Мгвс, установленного на трубопроводе горячего водоснабжения (ГВС).

Таблица

№ потребителя

М1, т

М2, т

dM = M 1-М2, т

Мгвс, т

Мут= dM Мгвс, т

δdM % от Мгвс

1

651

625

26

20

6

23

2

5953

5918

36

28

7

21

3

1750

1699

51

41

10

20

4

3847

3639

209

170

39

19

5

2334

2158

176

145

31

18

6

1517

1435

82

69

14

16

7

909

752

157

135

22

14

8

1528

1425

104

90

14

14

9

1450

1368

83

72

11

13

10

135

131

5

4

1

12

11

4655

4578

77

70

8

10

12

1947

1814

133

124

8

6

13

3018

2867

151

142

8

6

15

3988

3948

40

39

2

4

14

15175

13380

1795

1722

73

4

16

12825

11535

1290

1241

49

4

17

2160

2024

136

139

-3

-3

18

4992

4252

741

763

-22

-3

19

1120

1016

104

108

-3

-3

20

6298

5544

755

784

-29

-4

21

289

185

104

109

-5

-4

22

1637

1533

105

110

-5

-5

23

1594

1 445

149

156

-7

-5

24

2060

1848

211

222

-11

-5

25

4955

4250

705

742

-37

-5

26

2393

2338

55

58

-3

-6

28

1985

1907

78

83

-5

-7

29

2673

2602

70

75

-5

-7

30

3453

2874

579

624

-45

-8

31

6243

5330

913

987

-75

-8

32

1053

989

63

70

-7

-11

33

997

943

54

60

-6

-11

34

4515

3868

647

721

-75

-12

35

2682

2574

109

124

-16

-15

36

1617

1575

42

48

-6

-15

37

5546

4787

758

870

-112

-15

38

568

526

42

49

-7

-17

39

2418

2292

126

148

-22

-17

40

1632

1606

26

31

-5

-18

41

717

704

12

15

-2

-18

42

159

147

12

14

-2

-18

43

293

265

28

33

-5

-19

44

1230

1109

121

144

-23

-19

45

2561

2531

30

36

-6

-19

46

3486

3212

273

329

-56

-20

47

1659

1558

102

125

-23

-23

48

7468

6970

498

617

-119

-24

49

1038

959

79

99

-20

-25

50

328

274

54

68

-14

-26

51

3929

3505

423

535

-112

-26

52

854

827

27

35

-8

-28

53

3059

2652

407

530

-122

-30

83

2187

2007

180

236

-56

-31

54

25

22

3

4

-1

-31

55

4040

4015

26

34

-9

-34

56

1551

1499

53

74

-21

-41

57

518

511

8

11

-3

-41

58

1846

1778

68

98

-30

-43

59

3333

3192

141

204

-63

-45

60

2531

2486

44

66

-21

-48

61

10440

10296

144

217

-73

-51

62

1295

1219

77

117

-40

-52

63

3200

3063

136

211

-75

-55

64

2427

2398

29

47

-18

-62

65

4119

4019

100

166

-66

-66

66

2303

2249

54

91

-37

-68

67

2328

2275

53

90

-37

-70

68

3159

3032

128

226

-98

-77

69

10035

10008

27

48

-22

-80

70

3221

3157

64

116

-52

-80

71

2732

2665

67

122

-55

-82

72

1551

1525

27

55

-28

-104

73

4977

5053

-76

22

-98

-130

74

2266

2277

-11

4

-15

-133

75

1391

1359

32

75

-43

-134

76

1433

1417

16

39

-23

-146

77

3420

3386

34

89

-55

-162

78

619

613

6

16

-10

-169

79

689

699

-10

13

-24

-228

80

2719

2706

13

57

-43

-326

81

6353

631 1

42

200

-159

-382

82

2434

2447

-12

36

-49

-394

84

572

573

0

1.1

-1

-558

27

250

227

23

170

-147

-629

85

3733

3740

-7

39

-46

-675

86

4990

4989

1

16

-15

-1299

87

3726

3719

8

123

-115

-1524

Итого:

253756

239225

14541

16906

-2368

-14.0

Из таблицы видно, что только у 16-ти потребителей из 87-ти измеренная утечка Мут = (М1-М2)-Мгвс>0; всего у этих потребителей измерено Мут = +303 т. У оставшихся 71 потребителей измеренная утечка оказалась отрицательной и в сумме составила - 2671 т.

Из таблицы находим, что большинство теплосчетчиков (82% от общего объема выборки) зафиксировали утечку отрицательную, и эта отрицательная утечка оказалась в 8,8 раза больше утечки положительной. Более того, у пяти потребителей сумма Мут + Мгвс также измерена как отрицательная, не смотря на наличие тех или иных объемов потребления горячей воды в системе ГВС.

Таким образом, ТСО, исполняя требования Правил-95 по «контролю утечки» и желая получить законные деньги за эту утечку, оказалась финансово наказана трижды:

1) никакой положительной утечки Мут=(М1-М2)-Мгвс эти теплосчётчики в целом не измерили и, потребители, соответственно, ничего не заплатили ни за нормативную утечку, ни за утечку фактическую (если таковая, конечно, имела место);

2) количество отобранного в системах ГВС теплоносителя и, соответственно, тепловой энергии, израсходованной в системах ГВС потребителей, оказалось занижено на 14% (в системах ГВС по показаниям счетчиков Мгвс израсходовано 16906 т горячей воды, а оплачено по разности масс dM = M 1-М2 только 14541 т );

3) теплосчетчики, выполняя измерения по формуле ( 4), уменьшили измеренную тепловую энергию отопления на величину, равную тепловому эквиваленту 2368 тонн измеренной отрицательной утечки.

Наблюдения за работой множества коммерческих узлов учета, установленных в С.-Петербурге, Москве и других российских городах, дают все основания утверждать, что никогда измерения разности масс dM = M 1- M 2 не могут быть выполнены с точностью, сколь-нибудь приемлемой для коммерческих расчетов. И даже в тех редких случаях, когда расходомеры M 1 и М2 действительно обладают высокой фактической точностью, результаты измерения разности масс всегда оказываются настолько неточны, что говорить о выполнении «коммерческих» измерений просто не приходится.

Учитывая особую значимость для будущих Правил проблемы измерения разности масс на выводах тепломагистралей и коммерческих сечениях в точках перепродажи теплоэнергии и теплоносителя, приведем пример тому, как при наличии в узле учета высокоточных расходомеров M 1 и М2 результаты измерений d М=М1-М2=Мгвс+Мут оказываются крайне неудовлетворительными

Рис. 1. Изменение во времени измеренных часовых масс M 1 и М2 и их разности dM = M 1- M 2 на тепловом вводе потребителя

На рис. 1 показано, каким образом изменялись во времени часовые массы M 1 и М2 и их разности dM = M 1- M 2 на вводе потребителя, у которого осуществляется отбор теплоносителя в систему ГВС. Здесь видно, что фактическое теплопотребление на данном объекте сравнительно невелико: в систему отопления подается теплоноситель с расходом 1,5-2 т/ч, а в систему ГВС по рабочим дням в отдельные часы отбирается несколько десятков килограмм горячей воды (в некоторые дневные часы пик - до 70 кг за час).

Данные часового архива этого теплосчетчика свидетельствуют о том, что здесь для подсчета суммарного теплопотребления (отопление, плюс ГВС, плюс утечки) применяется формула ( 4), т.е. Q = Q 1- Q 2= M 1×( h 1- hx в)- M 2×( h 2- hx в).

Из рис. 1 также следует, что по выходным дням и в ночные часы у данного потребителя Мгвс=0, следовательно, в эти периоды времени измеряемая разность масс М1-М2=Мут, и эта «утечка» стабильно составляет минус 3÷6 кг за час (т.е. по результатам измерений выполняется условие М1<М2, Мут<0).

Возникает вопрос: а «много» это или «мало» с метрологической точки зрения - иметь на данном объекте по результатам измерений отрицательную утечку на уровне - (4÷6) кг за час?

Рис. 2. Изменение во времени относительного расхождения каналов измерений часовых масс M 1 и М2 в закрытой системе

Рис. 2 свидетельствует о том, что при отсутствии потребления горячей воды в системе ГВС (т.е. в закрытой системе, когда технологически М1=М2) измеренные часовые массы M 1 отстают от М2 всего на 0,19±0,31% при допускаемом расхождении ±1,41%1. Следует признать, что здесь мы имеем дело с очень хорошим согласованием каналов измерений M 1 и М2, ибо даже для т.н. согласованной пары расходомеров допускается рассогласование показаний на уровне ±0,5%.

_____________

1 У данного потребителя применяются расходомеры М1 и М2 с допускаемой погрешностью ±1%. С вероятностью Р=0,95 при М1=М2 (в закрытой системе) допускаемое расхождение каналов измерений М1 и М2 определяется по формуле σМ1 = (12+12)0,5 = ±1,41%.

Вместе с тем весьма незначительное и вполне допустимое отрицательное рассогласование пары расходомеров M 1 и М2 привело к тому, что измеряемая здесь разность масс dM = M 1- M 2 оказалась заниженной в среднем на 0,00459 т за каждый из 720-ти часов работы узла учета, а общее занижение разности масс за рассматриваемые 720 часов работы теплосчётчика составило 720×0,00459=3,305 т.

Всего же по показаниям теплосчетчика измерено и оплачено dM =0,235 т теплоносителя. Следовательно, результат учета теплоносителя и тепловой энергии, отбираемых в систему ГВС, оказался занижен в (0,235+3,305)/0,235 = 15 раз (!!!) И это при том, что здесь мы имеем дело с очень высокой степенью согласования каналов измерений M 1 и М2, которая в действующих узлах учета встречается достаточно редко.

Причина столь крупного неуспеха в измерении разности масс высокоточными расходомерами очевидна: это требование Правил-95 «контролировать утечку» и естественное желание ТСО получить плату за возможную утечку и несанкционированный водоразбор вне системы ГВС.

Конечно же, всех этих финансовых неприятностей ТСО могла бы избежать, если бы договорилась с потребителем «немножко» отойти от требований Правил-95 «контролировать утечку» и переключила этот теплосчетчик с формулы (4), пятнадцатикратно занизившей результаты коммерческого учета, на совершенно необходимую в данном случае формулу

Q = Q от + Q гвс = M 2×( h 1- h 2) + Мгвс×( h 1- h хв).                                                  (5)

Действительно, если бы здесь учет осуществлялся по формуле (5), то ТСО вполне законным образом выиграла бы (вернее, не потеряла) трижды:

1) Тепло отопления было бы рассчитано не по формуле Правил-95 [ Q от1= M 1 ×( h 1- h 2)], а по формуле Q от2= M 2 ×( h 1- h 2)2; и, коль скоро в большинстве случаев на практике М2>М1, то и Q от2> Q от1 что должно быть выгодно любой ТСО;

_____________

2 Следует вспомнить, что в европейских странах расходомеры теплосчетчиков всегда устанавливаются именно в обратный трубопровод, а не в подающий, т.е. подсчет теплопотребления ведётся по формуле Q = M 2×( h 1- h 2), но никак не по формуле Q и= M 1×( h 1- h 2), предписанной Правилами-95.

2) Простейший крыльчатый счетчик Ду15, установленный в трубопроводе ГВС и подключенный к тепловычислителю, показал бы потребление горячей воды Мгвс=3,539 тонн с погрешностью ±2%, а не сегодняшние dM = M 1- M 2=0,235 тонн с фактической ошибкой в минус 1500%;

3) По ныне применяемой формуле ( 4) поставщик заплатил потребителю деньги за измеренные по разности масс 3305 кг отрицательной утечки, а мог бы получить деньги с потребителя за нормативную утечку, поскольку по формуле (5) утечка вообще не измеряется3.

_____________

3 Представляется целесообразным при отсутствии измерений Мут оплачивать величину нормативной утечки Мутн, указываемую в договоре теплоснабжения и рассчитываемую в соответствии со СНиП 2.04.07-86. Указанные СНиП (см. изменение № 1) устанавливают размер Мутн на уровне 7,5 л/ч на каждый м3 объема сетей и внутренних теплопотребляющих систем.

В этой связи представляется чрезвычайно важным и необходимым, чтобы новые Правила содержали указания на практическое применение формулы (5) в узлах коммерческого учета с обязательной оплатой потребителями нормативной утечки.

Известно, что в открытых системах теплоснабжения наибольшее количество горячей воды потребляют жилые дома - по статистике в жилых домах Санкт-Петербурга из каждых 100 т теплоносителя, поступившего в дом по подающему трубопроводу, в системах ГВС расходуется 10-25 т теплоносителя, т.е. относительный водоразбор составляет 10-25% от M 1.

Этот полезный (предусмотренный договором теплоснабжения) водоразбор можно измерить двояко: непосредственно счетчиком горячей воды Мгвс с погрешностью ±(1-2)% и косвенным образом, как разность масс dM = M 1- M 2. С какой точностью будет измеряться разность масс, если для измерения масс M 1 и М2 применить счётчики с допускаемой погрешностью, равной, например, +2%?

Рис. 3. Изменение во времени измеренных часовых масс M 1 и М2 и их разности dM = M 1- M 2 на тепловом вводе жилого дома

На рис. 3 показано, каким образом изменялись измеренные часовые массы (среднечасовые расходы) M 1 и М2 и их разности dM = M 1- M 2 на тепловом вводе жилого дома в течение месяца, а на рис. 4 приведена зависимость допускаемой относительной погрешности измерения разности масс М1-М2 от времени суток.

Рис. 4. Изменение допускаемой погрешности измерения разности часовых масс M 1 и М2 от времени суток

Рис. 4 убедительно свидетельствует о том, что даже при наличии в жилом доме сравнительно большого отбора теплоносителя в систему ГВС точность измерений разности масс М1-М2 весьма невысока. Максимальные (вечерние) часовые объёмы потребления горячей воды здесь измерены со средней погрешностью 18%, утренние и дневные разности масс измеряются с погрешностью 19-22%, а допускаемая погрешность незначительных (ночных) величин d М=М1-М2 составляет сотни процентов.

Расчеты показывают, что в данном случае даже при наличии довольно значительного среднего относительного водоразбора (Мгвссред = 14,7% от M 1) средневзвешенная допускаемая погрешность измерения разности масс (за 720 часов измерено d М=М1-М2=2422 т) в данном ЖСК составила ±25%, т.е. результат измерений следует записать как dM =2422 ± 611 т.

Конечно же, погрешность результатов коммерческого учета в ±25% не может считаться приемлемой ни для потребителя, ни для поставщика. Однако эту погрешность можно уменьшить без труда в 12,5 - 25 раз (с 25% до 1-2%), применив в данном узле учета для подсчета теплопотребления формулу ( 5) вместо формулы ( 4) и отказавшись от попытки измерять полезное потребление горячей воды и возможную утечку теплоносителя как разность масс М1-М2.

Поэтому крайне важно, чтобы в новых «Правилах учета тепловой энергии» было обращено внимание на проблему недопустимо низкой точности измерения разности масс на тепловых вводах потребителей и была бы «узаконена» формулу ( 5) для ведения коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителя.

Журнал «Энергонадзор-информ» № 3 2007 г.

Похожие документы