Теплосчетчики как средство учета тепла, теплоносителя и режима теплопотребления

Г. М. Иванова, МЭИ

В. А. Медведев, "Ростест-Москва"

Я. Г. Фудим, Теплосеть ОАО "Мосэнерго"

Oбширный опыт контроля за эксплуатацией теплосчетчиков (тсч) абонентами Теплосети ОАО "Мосэнерго", освещенный в /1, 2/, и анализ взаиморасчетов последних с районами Теплосети позволили сформулировать ряд проблем, разрешение которых требует как принятия определенных взаимных соглашений в части терминологии, обозначений, форм протоколов, так и разработки новых нормативных документов и переработки действующих с учетом широкого использования теплосчетчиков в системе учета тепла и теплоносителя. В первую очередь это относится к "Правилам пользования тепловой энергией" /3/, являющихся основой договора на теплоснабжение.

Показания микропроцессорного теплосчетчика являются объективной основой, на которой базируются взаимоотношения между абонентами и поставщиками тепла. На теплосчетчики возлагаются не только функции расчета полученного тепла и теплоносителя, но и регистратора режима теплопотребления. Последнее обеспечивается хранением в памяти среднечасовых значений расходов тепла, теплоносителя и температур прямой и обратной воды. Фиксация часовых значений перечисленных величин обеспечивает как абонентам, так и теплоснабжающей организации возможность контролировать параметры теплоносителя и их соответствие договорным значениям.

Теплосчетчик работает с заданными метрологическими характеристиками в фиксированной области изменений расхода теплоносителя Gmax, Gmin, разности температур Dt_max, Dt_min, температур прямой и обратной воды, а иногда и давлений. Поскольку наблюдаемые значения температур и давления теплоносителя, как правило, не выходят за границы паспортных значений этих величин, то области возможных состояний теплосчетчиков, изображенные на рисунке 1, даны в координатах G и Dt. В соответствии с технической документацией для большинства теплосчетчиков Gmax/Gmin =25-50, Dt_max=145-150°С, Dt_min=3-5°С. В этой области теплосчетчик производит расчет тепла и теплоносителя с заданными погрешностями в большинстве случаев по формулам:

где:
G_o - объемный расход теплоносителя,
к - тепловой коэффициет (коэффициент Штюка), зависящий от параметров теплоносителя и места установки расходомера - на прямой или обратной воде. За пределами указанной области растут погрешности измерения G_о, Dt, и результаты расчета тепла становятся недостоверными. Строго говоря, во всех случаях выхода G_о и Dt за границы установленных для них областей должен быть прекращен расчет тепла, а также должны фиксироваться код ошибки и продолжительность такого режима.

Рисунок 1. Области работы теплосчетчика

Продуктивным, на наш взгляд, для разрешения последней ситуации является подход, основанный на рассмотрении непрерывного отчетного временного интервала теплопотребления как суммы интервалов, связанных с ситуациями трех видов, из которых первые две имеют место при работающем теплосчетчике:

1. Определяемые по показаниям теплосчетчиков значения расхода теплоносителя и разности температур находятся в пределах, установленных для теплосчетчиков при утверждении типа, т.е. теплосчетчик работает в режиме нормальной эксплуатации, которому соответствует область 1 на рисунке 1.
2. Причин второй ситуации может быть несколько: значения расхода теплоносителя или разности температур вышли за установленные пределы; при работающем теплосчетчике вышел из строя расходомер или любой из термопреобразователей; теплосчетчик дает физически нелепые показания, обусловленные нарушением условий эксплуатации.
3. Третья ситуация связана с отключением теплосчетчика либо по технологическим причинам, либо для ремонта и поверки.

Если в течение интервала Т1 имеет место первая ситуация, и теплосчетчик работает в области 1, то расчет тепла и массы теплоносителя производится по алгоритмам (А), (а), указанные временные интервалы суммируются ЈТ1.

Если имеет место вторая ситуация, то теплосчетчик не выступает в качестве измерителя тепла, и для его учета должны использоваться как измеряемые величины, так и некоторые, принятые по соглашению. В зависимости от причин, вызвавших вторую ситуацию, предлагается несколько способов определения количества тепла и массы теплоносителя. Основой для последующего рассмотрения служат девять областей параметров, изображенных на рисунке 1. В качестве десятой и одиннадцатой областей, не указанных на рисунке 1, приняты соответственно область работы теплосчетчика, в которой имел место функциональный отказ одного из его элементов или теплосчетчик выдавал нелепые показания и область, в которой при работающей системе теплоснабжения теплосчетчик был отключен по рассмотренным выше причинам.

Область 2, G_o>G_{o max}, Dt_min<Dt<Dt_max. В соответствии с /3/ расчет количества тепла и теплоносителя производится с использованием значения максимального договорного расхода теплоносителя G_омд. Это значение должно вводиться в память теплосчетчика или обрабатывающую ЭВМ-программу для каждого абонента в соответствии с договором на теплоснабжение.

Расчет количества тепла и теплоносителя в этом случае производится по формулам:

Вторым менее удобным для учета тепла путем при G_{o max}>G_oмд является прекращение накопления данных по количеству тепла и теплоносителя. В обоих случаях среднечасовые значения величин рассчитываются и хранятся, фиксируется код ошибки Е2 и продолжительность Т2 превышения расхода. Расчет для второго случая за полученное в течение Т2 тепло производится в соответствии с "Правилами пользования тепловой энергией" и договором на теплоснабжение. Для упрощения последующих расчетов либо в теплосчетчик может быть выделен дополнительный накопитель данных по количеству тепла и массы теплоносителя, либо такие вычисления должны быть предусмотрены в ПВЭМ-программе, обрабатывающей считанные с теплосчетчика данные.

Области 3, G_o>G_{o max}, Dt_min. Следует отметить, что реализация сочетания параметров третьей области является маловероятной. В этой области выполняется та же последовательность операций, что и для области 2. Расчет за тепло и теплоноситель за интервал Т3 производится как и для области 2 с использованием значений G_омд, Dt_min:

Область 4, G_omin_o<Gmax, DtDt_min. Реализация Dt<Dt_min является маловероятной. Расчет тепла производится по формуле:

а массы теплоносителя - по алгоритму (а) для области 1. Вычислитель производит накопление данных по количеству тепла и массы, рассчитывает и хранит среднечасовые значения этих величин, фиксирует код ошибки Е4 и продолжительность этого режима Т4.

Область 5, G_oo min, Dt<Dt_min. Такое сочетание параметров является маловероятным. Расчет количества тепла и массы производится по формулам:

Вычислитель производит накопление данных по количеству тепла и массы теплоносителя, рассчитывает и хранит среднечасовые значения этих величин, фиксирует код ошибки Е5 и продолжительность этого интервала Т5.

Область 6, G_oomin, Dt_min< Dt< Dt_max. В этой области расчет тепла ведется по формуле:

а массы - по (с). Вычислитель выполняет те же функции, что и в области 5, фиксирует код ошибки Е6 и продолжительность этого режима Т6. Наиболее разумным выходом из ситуации, когда G_oo min, является, если возможно, переход на другой диапазон измерения расходомера.

Области 7, 8, 9 G_oоmin, Dt>Dt_max; G_omin_oomax, Dt>Dt_max; G_o>G_omax, Dt>Dt_max, как было отмечено выше, работа теплосчетчика в этих областях маловероятна из-за большого запаса по диапазону разности температур. Этот режим не предусматривается /3/, в связи с чем алгоритмы расчета количества тепла и теплоносителя для этих областей не даются, хотя их вид легко определяется на основе приведенных выше соотношений.

В областях 10, 11 расчет за тепло и теплоноситель производится в соответствии с "Правилами пользования тепловой энергией" и договором на теплоснабжение.

Сводные данные по алгоритмам расчета тепла и массы теплоносителя для различных областей работы теплосчетчиков сведены в таблаблице 1. Знак * означает, что режим практически не наблюдается.

Таблица 1

Номер области Алгоритм расчета тепла Алгоритм расчета массы Шифр счетчика суммирование времени Код ошибки Запись данных в архив 1 А а Т1 - + 2 В b Т2 Е2 + 3* С b Т3 Е3 + 4* D а Т4 Е4 + 5* E с Т5 Е5 + 6 F с Т6 Е6 + 7* - - Т7 Е7 + 8* - - Т8 Е8 + 9* - - Т9 Е9 + 10 - - Т10 Е10 + 11 - - - - -

Считаем целесообразным на ограниченных участках областей 2, 3, примыкающих к области 1, использовать для расчета алгоритмы (А), (а) с прогрессирующими коэффициентами К, определяемыми "Правилами пользования тепловой энергией", как например:

Q_2,3 =K·Q; M_2,3=K·M,

где К=1,05+0,5 (G_о/G_оmax-1) при G_о/G_оmax<1,2 (1)

По аналогии с /4/ использование указанных алгоритмов может быть допущено на фиксированный срок в течение суток с ограничением суммарной продолжительности в течение отопительного сезона. Так, в /4/ эти величины составляют соответственно 1 и 200 часов. Естественно, что возможность использования расходомера в указанной области расходов G>Gmax должна быть отражена в его технической документации.

Следует отметить, что хотя температуры t₁, t₂ при анализе областей работы теплосчетчика не рассматривались, тем не менее расходомеры прямой и обратной воды работают в ограниченной сверху области температур и в диапазоне t_min-t_max согласуются характеристики входящих в комплект термопреобразователей.

Одной из распространенных причин разногласий между абонентами и теплоснабжающей организацией является определение утечек или подмесов холодной воды при расхождении показаний между расходомерами прямой и обратной воды, соизмеримыми с пределами допускаемых погрешностей ?пр расходомеров. В пределах ?пр погрешности могут иметь любое положительное или отрицательное значение, поэтому единственно оправданным выходом из этой ситуации является определение утечки или подмеса по разности показаний расходомеров. В /8/ было показано, что определение утечек по разности показаний расходомеров сопровождается большой погрешностью, которую можно снизить путем использования более точных расходомеров или пар расходомеров с согласованными характеристиками. При отрицательной разности расходов наличие подмеса холодной воды можно подтвердить с помощью химического анализа.

Рассматриваемая ситуация является распространенной. Для некоторых абонентов целесообразно пойти на дополнительные затраты и предусмотреть перемычку, изображенную на рисунке 2, которая позволит при отключенных теплообменниках как проверить на тождественно равных потоках действительную разность показаний расходомеров, так и провести поверку теплосчетчика без демонтажа с использованием переносной поверочной установки. Наличие разности показаний расходомеров более 2 ?пр при отсутствии видимых протечек и подмесов сырой воды, подтверждаемых результатами химического анализа, говорит о неисправности расходомеров.

Рисунок 2. Перемычка для контроля показаний расходомеров

Опыт учета массы теплоносителя показывает, что необходимо отдельно суммировать положительные и отрицательные разности расходов и их распечатывать. Эта рекомендация вызвана тем, что утечки при одном тепловом режиме работы оборудования могут компенсироваться подмесами холодной воды при другом. "Правила пользования тепловой энергией" должны предусматривать по типу (1) повышение тарифа за оба вида расходов, поскольку они влекут дополнительные затраты как на подпитку теплосети, так и на химическую очистку теплоносителя при подмесах сырой воды.

Теплосеть неоднократно высказывалась за установку двух расходомеров на линиях прямой и обратной воды, предусмотренных /5/ и являющихся необходимым элементом контроля за наличием протечек и подмесов сырой воды. Учитывая стремление к снижению затрат и установке одного расходомера у абонентов жилого сектора, можно рассмотреть вопрос о введении раздельного тарифа на тепло в зависимости от числа установленных расходомеров.

При разнообразии находящихся в эксплуатации теплосчетчиков /1, 2/, для удобства их обслуживания и обработки показаний желательно единообразие как в буквенных обозначениях измеряемых величин, так и в последовательности их вывода на принтер. Опираясь на принятые в энергетике и термодинамике /6/ обозначения, считаем предпочтительными следующие:

Q - количество тепла в ГДж или Гкал, М, V-соответственно масса в т и объем в м³ , t - температура в°С, t₁-t₂ - разность температур в°С, Т - время в ч. Если параметры относятся к прямой воде, то используются индексы 1, если к обратной-2, для холодной воды - х, для подпиточной - п, для утечки - у, для подмеса - пд.

За основу рекомендуемой распечатки выбраны ведомости РПТ и МАКЛO, в которые внесены небольшие изменения. Предлагаемая форма распечатки одобрена Управлением и несколькими районами Теплосети.

Требует своего разрешения проблема, поставленная в /2/ и заключающаяся в унификации протокола вывода данных с теплосчетчика. В настоящее время для упрощения сбора и обработки данных Мосгортепло рекомендует абонентам использование теплосчетчиков одного типа, что ведет к монополизации рынка теплосчетчиков. Производители, как и потребители заинтересованы в стандартизации протокола вывода данных, что позволяет снять указанную проблему. Следует отметить, что подобного типа протокол содержится в стандарте на теплосчетчики Европейского Комитета по стандартизации (СЕN) /4/.

Не менее важным является наличие программ, утвержденных теплоснабжающими организациями и предназначенных для обработки архива данных теплосчетчиков и представления результатов в форме, удобной для расчетов за полученное тепло и теплоноситель.

Выводы

1. Нуждаются в срочной переработке "Правила пользования тепловой энергией", поскольку они являются правовой основой договоров на теплоснабжение и должны отражать особенности взаиморасчетов абонентов с поставщиками тепла, производимых по показаниям микропроцессорных теплосчетчиков.
2. При выходе G и Dt за регламентированные в технической документации на теплосчетчик зоны порядок взаимоотношений поставщика тепла и абонентов должен определяться "Правилами пользования тепловой энергией". Рекомендуем:
   1. при всех режимах работы теплосчетчиков ведется расчет и хранение среднечасовых значений измеряемых величин;
   2. если G>Gmax, расчет количества тепла и теплоносителя ведется либо по максимальному договорному расходу, либо прекращается накопление данных по количеству тепла и теплоносителя, фиксируется код ошибки и продолжительность нарушения режима. Расчет за это тепло производится в соответствии с "Правилами пользования тепловой энергией";
   3. если G<Gmin, то фиксируются код ошибки и продолжительность нарушения режима, расчет тепла, накопление данных по количеству тепла и теплоносителя производится по Gmin;
   4. если Dt< Dt_min, то фиксируется код ошибки и продолжительность нарушения режима, продолжается накопление данных по массе теплоносителя, а расчет и накопление данных по количеству тепла производятся для Dt= Dt_min. Режим Dt >Dt_max не наблюдается.
3. Наличие утечки или подмеса холодной воды определяется по разности показаний расходомеров прямой и обратной воды. При отрицательной разности показаний в пределах 2 ?пр отсутствие подмеса подтверждается химическим анализом.
4. Установка в соответствии с /5/ расходомеров прямой и обратной воды может стимулироваться различием в тарифах на тепло при наличии двух и одного расходомера.
5. Предложенные в статье условные обозначения измеряемых теплосчетчиком величин и формы протоколов, одобренные районами Теплосети, упрощают эксплуатацию теплосчетчиков.
6. Создание в таких организациях как "Теплосеть", "Мосгортепло", "Мостеплоэнерго" систем учета тепла требует стандартизации как протокола обмена данных теплосчетчиков с внешними устройствами, так и разработки программ, их обрабатывающих и представляющих данные для оплаты.

Список литературы

1. Нейман Г.А., Фудим Я.Г., Иванова Г.М. Теплосчетчики в системе учета тепла, отпущенного абонентам Теплосети ОАО "Мосэнерго"//Энергосбережение.1998. N5-6. C. 24-26.
2. Иванова Г.М., Фудим Я.Г. Опыт эксплуатации теплосчетчиков в системе учета тепла, отпускаемого абонентам Теплосети ОАО "Мосэнерго"//Энергосбережение. 1998. N.9-10. С. 20-26
3. Правила пользования электрической и тепловой энергией. М.: Энергоатомиздат, 1982.
4. Тепловые счетчики. Европейский стандарт ЕN-1434.36,В-1050 Вrussels, 1997.
5. Правила учета тепловой энергии и теплоносителей. Главгосэнергонадзор. М.: Изд. МЭИ. 1995.
6. Термины и буквенные обозначения величин. Термодинамика. М.: Изд. Наука. 1980.
7. Иванова Г.М. Определение расхода подпиточной воды//Теплоснабжение. 1997.N.1(4).С.6-7.

Тел. (095) 362 7092, 230 5367