О ПРАВИЛАХ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ИЗМЕРЕНИИ РАЗНОСТИ МАСС

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

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 Мут_н, указываемую в договоре теплоснабжения и рассчитываемую в соответствии со СНиП 2.04.07-86. Указанные СНиП (см. изменение № 1) устанавливают размер Мут_н 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 (Мгвс_сред = 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.