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= 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, оказываютсязначительно заниженными, а измеренная таким образом «утечка» в большинстве случаев оказывается в той или иной степениотрицательной (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 исодержащих результаты измерений массы теплоносителя на тепловом вводе (M1 и М2), а также показания счетчика Мгвс, установленного на трубопроводе горячего водоснабжения (ГВС).

№ 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 измереноМут = +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 тгорячей 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 ГВСточность 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 - 25раз (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.