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).
№ 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.