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
= Qи + (Мут+Мгвс)×(h2-hхв). (2)
Нетрудно видеть, что в формуле (2) Qи = М1×(h1-h2), а Мут+Мгвс = М1-М2. Следовательно,
Правила-95 предписывают потребителям вести коммерческий учет суммарного
теплопотребления по формуле
Q = M1×(h1-h2) + (M1-M2)×(h2-hxв), (3)
что в точности соответствует известной формуле «тепло
пришедшее минус тепло ушедшее», т.е.
Q
= Q-Q2 = M1×(h1-hxв) - М2×(h2-hхв). (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 (M1 и М2), а
также показания счетчика Мгвс, установленного на трубопроводе горячего
водоснабжения (ГВС).
Таблица
№ потребителя
|
М1, т
|
М2, т
|
dM=M1-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=M1-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=M1-M2 не могут быть выполнены с точностью,
сколь-нибудь приемлемой для коммерческих расчетов. И даже в тех редких
случаях, когда расходомеры M1
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 M1 и М2 результаты измерений dМ=М1-М2=Мгвс+Мут оказываются крайне
неудовлетворительными
Рис. 1. Изменение во времени измеренных
часовых масс M1 и М2 и их
разности dM=M1-M2 на тепловом вводе потребителя
На рис. 1 показано, каким образом изменялись во
времени часовые массы M1
и М2 и их разности dM=M1-M2 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=Q1-Q2=M1×(h1-hxв)-M2×(h2-hxв).
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 M1 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 M1 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 M1 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 M1 и М2 привело к тому, что измеряемая
здесь разность масс dM=M1-M2 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 M1
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
= Qот + Qгвс = M2×(h1-h2) + Мгвс×(h1-hхв).
(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 [Qот1=M1×(h1-h2)], а по формуле Qот2=M2×(h1-h2)2; и, коль скоро в
большинстве случаев на практике М2>М1, то и Qот2> Qот1 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=M2×(h1-h2), но никак не
по формуле Qи=M1×(h1-h2), 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=M1-M2=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 M1.
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=M1-M2. С
какой точностью будет измеряться разность масс, если для измерения масс M1 и М2 применить счётчики с допускаемой
погрешностью, равной, например, +2%?
Рис. 3.
Изменение во времени измеренных часовых масс M1 и М2 и их разности dM=M1-M2 на тепловом
вводе жилого дома
На рис. 3 показано, каким образом изменялись
измеренные часовые массы (среднечасовые расходы) M1 и М2 и их разности dM=M1-M2 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 M1 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 dМ=М1-М2
составляет сотни процентов.
Расчеты показывают, что в данном случае даже при наличии
довольно значительного среднего относительного водоразбора (Мгвссред
= 14,7% от M1)
средневзвешенная допускаемая погрешность измерения разности масс (за 720 часов
измерено dМ=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.