Основные принципы создания единой системы учета газа

в региональной компании поставщика газа

С. В. Ряховский, директор по развитию приборов и систем учета газа ОАО «ЛЭМЗ»,

Л. Г. Паскаль, заместитель начальника управления ОАО «Газпромрегионгаз»

Газ в России и других странах СНГ является базовым энергоносителем, являющимся источником других видов энергии – электрической и тепловой.

Кроме того, газ является товаром и предметом коммерческих сделок между добывающей компанией, газотранспортными компаниями, региональными компаниями поставщиков газа и конечными потребителями.

Основной проблемой коммерческих отношений при поставках газа является дисбаланс, возникающий при физическом учете объема газа от поставщика к потребителю.

Основные факторы, определяющие возникновение дисбаланса в учете газа, приведены на рис. 1.

Рисунок 1

Свести дисбаланс в учете газа к нулю практически невозможно, но крайне важно свести его к минимуму в границах определенной степени достоверности.

Решение этой проблемы возможно при внедрении в сложный и разветвленный комплекс транспортировки и распределения газа – от месторождения и до конечного потребителя – единой многоуровневой системы учета.

Достоверная и прозрачная система измерения и учета газа становится все более актуальной в связи с возрастанием цен на энергоресурсы, увеличением участников газового рынка, усложнением газохозяйственного комплекса в целом.

Единая система учета газа должна обеспечивать решение следующих основных задач:

- высокий уровень достоверности измерения объема газа от магистрального газопровода до конечного потребителя на всех уровнях распределения и потребления как основы для коммерческих расчетов и сведения баланса «подача – потребление» газа (как физического, так и финансового);

- возможность ее эффективного использования для:

а) совершенствования технологического контроля и, как следствие, снижение потерь и других непроизводственных затрат;

б) выработки и применения гибкой тарифной политики, направленной на рациональное потребление газа (экономию).

Эффективная система измерения и учета объема газа на всех уровнях является базой для перехода к измерению и учету энергетической ценности газа как основного параметра для коммерческих расходов.

Рассмотрим вопросы создания единой системы учета газа в региональной компании поставщика газа (далее – ЕСУ РК).

Основными принципами построения ЕСУ РК являются:

- поуровневый узловой учет;

- единая база измерений, основанная на иерархическом уменьшении средней погрешности измерения расхода на каждом уровне;

- повсеместный (тотальный) учет у конечных потребителей;

- централизация и автоматизация сбора данных о потреблении со всех уровней РК и их автоматическая обработка.

Остановимся более подробно на каждом из этих принципов.

Поуровневый узловой учет

На рис. 2 приведена принципиальная схема газовой сети РК. В зависимости от количества и типа конечных потребителей и охватываемой территории она может иметь несколько уровней регулирования, распределения и учета. Рассмотрим газовую сеть с максимальным количеством уровней.

Рисунок 2 Принципиальная схема газовой сети

Уровень 0 – магистральный газопровод с отводящими ГРС, через которые газ поступает в сеть РК.

Уровень 1 – газопроводы высокого давления (1 категории), в которые газ поступает из ГРС. Давление газа, подаваемого в этот трубопровод, может быть 6–12 бар или 3–6 бар в зависимости от его протяженности и количества отборов. Как правило, этот газопровод охватывает кольцом или полукольцом снабжаемый газом населенный пункт. Из этого газопровода газ поступает через отводы в систему ГРП или ШРП, где его давление понижается либо до среднего – 0,05–3,0 бар – для транспортировки к уровню 2, либо до низкого – менее 0,05 бар – для подачи потребителю, подключенному к уровню 1.

Уровень 2 – газопроводы среднего давления. Давление газа в этих газопроводах колеблется от 0,05 до 3 бар. Как правило, по этим газопроводам газ подается в районы плотной городской застройки. В реальных газовых сетях, спроектированных и построенных в 1950–1980 годах, все газопроводы уровня 2 либо отдельные его участки закольцовывались с целью выравнивания давления в сети. Причинами падения давления могли быть: резкое возрастание потребления газа на одном из участков, падение давления на входе в уровень 2 по причине срабатывания предохранительных клапанов на одной из ГРП уровня 1 или уменьшения подачи газа из магистрального газопровода.

Из уровня 2 газ через отводящие ГРП или ШРП редуцируется до низкого давления – менее 0,05 бар – и подается на уровень 3.

Уровень 3 – газопроводы низкого давления, через которые газ поступает к конечным потребителям.

Внедрение принципа поуровневого учета подразумевает оснащение всех точек регулирования, распределения и потребления газа в сети РК приборами учета.

Принцип поуровневого учета позволяет сформулировать требования к единой базе средств измерений, построенной по иерархическому признаку, а также разработать математическую модель системы подачи, распределения и потребления газа и алгоритмы, позволяющие оперативно в автоматизированном режиме контролировать этот процесс и управлять им.

Внедрение автоматизированного поуровневого учета, наряду с автоматизацией контроля других параметров газа, позволяет оперативно локализовать нештатные ситуации, связанные с выходом из строя газорегулирующего оборудования, приборов учета газа, разгерметизацией трубопроводов, а следовательно, уменьшать составляющую дисбаланса учета газа, вызванную его потерями и отсутствием учета. Накопление статистических данных о нештатных ситуациях будут являться базой для выработки соответствующих нормативно-регламентирующих документов и позволит более четко и достоверно планировать ремонтно-профилактические мероприятия.

Единая база измерений

Внедрение в рамках ЕСУ РК единой базы измерений основано на следующих принципах:

- иерархическом уменьшении средней погрешности измерения расхода газа на каждом вышележащем уровне;

- расширение динамического диапазона измерения на каждом нижележащем уровне;

- максимальный учет факторов, изменяющих параметры газа на пути его транспортировки от уровня к уровню при приведении его к нормальным условиям.

Основанный на этих принципах выбор измерительной приборной базы с последующей автоматизацией сбора, накопления и обработки данных позволяет максимально уменьшить и удерживать в прогнозируемых пределах достоверности такие составляющие дисбаланса в учете газа, как погрешность измерения объема и отсутствие достоверного учета газа.

Опуская математические выкладки, подтверждающие обоснованность применения этих принципов в ЕСУ РК, можно в нескольких словах пояснить практическое применение этих принципов.

Приборы учета самого высокого класса точности должны устанавливаться на выходах из магистральных газопроводов в сеть РК, то есть на ГРС. При этом требования к высокому классу точности должны предъявлять в целом к измерительному комплексу с учетом приборов, измеряющих температуру и давление для приведения объема к нормальным условиям. По мере снижения уровня распределения и транспортировки газа и увеличения точек учета на них требования к классу точности могут быть снижены (естественно, в пределах требований ГОСТа к определенному типу приборов).

Вместе с тем, по мере снижения уровня транспортировки газа сети РК увеличивается количество точек распределения и потребления. При этом объем газа, проходящий через каждую точку распределения или потребления, уменьшается, а диапазоны его суточных или сезонных колебаний увеличиваются, что предъявляет требование к увеличению динамического диапазона приборов учета.

Несомненно, что при измерении и расчете приведенного объема газа должны учитываться факторы давления (Р > 0,5 бар) и температуры (Т).

Ниже приведены некоторые рекомендации по выбору приборов учета.

Турбинные и ротационные счетчики ведущих фирм-изготовителей имеют очень малую систематическую составляющую погрешности, поэтому при калибровке этих счетчиков кривая погрешности вполне укладывается в диапазон 0,5 %, а при снижении кратности измеряемых расходов Qmin/Qmax до 1–10 возможно откалибровать эти счетчики в пределах 0,3 %.

Такие счетчики можно рекомендовать для установки в узлах учета на входах в сети РК и узлах учета верхних уровней с большими расходами газа.

Ротационные счетчики имеют возможность расширения динамического диапазона при заводской калибровке до 1–50 (некоторые типоразмеры до 1–160) и могут быть рекомендованы для установки на распределительных и промышленных узлах учета с большими колебаниями расхода газа, как, например, ГРП и ШРП в жилых массивах, котельные и т. п.

Все узлы учета, работающие при давлении выше 0,5 бар, необходимо оснащать электронными приборами коррекции объема газа по температуре, давлению и коэффициенту сжимаемости (PTZ-корректоры).

Для узлов учета на сетях низкого давления (до 0,5 бар) у коммунально-бытовых потребителей газа рекомендуется устанавливать мембранные счетчики газа, имеющие достаточно широкий динамический диапазон (1–150). Несмотря на появление в последнее время так называемых «статических» бытовых счетчиков газа (ультразвуковые, струйные), объемные мембранные счетчики, приводимые в движение энергией сжатого газа и не требующие электрических элементов питания, остаются наиболее массовыми и надежными в эксплуатации приборами учета.

Хотелось бы сказать несколько слов об экономической целесообразности температурной коррекции объема газа на узлах учета сетей низкого давления. Узлы учета потребителей газа с расходом от 10 м³/ч рекомендуется оснащать электронными приборами коррекции объема газа по температуре, которые в отличие от механических термокомпенсаторов имеют более высокий класс точности и широкий температурный диапазон коррекции.

Для узлов учета потребителей с расходом менее 10 м³/ч (как правило, это бытовые потребители газа) экономически целесообразно применять обычные мембранные счетчики газа без термокомпенсации, а возможный температурный дисбаланс учитывать сезонными коэффициентами, закладываемыми в тарифы, либо применять усредненный тариф в течение всего года. При этом для уменьшения температурного дисбаланса, а следовательно, и тарифного коэффициента бытовые счетчики рекомендуется устанавливать в помещениях, где сезонные колебания температуры не превышают 10–15 °C. Эта мера будет также способствовать лучшей сохранности и большей долговечности работы счетчика. Несмотря на то что многие производители мембранных счетчиков декларируют в технических параметрах температуру окружающей среды до -40 °C, влияние неблагоприятных климатических факторов может нарушить метрологические характеристики и целостность этих приборов в процессе эксплуатации.

Повсеместный (тотальный) учет у конечных потребителей

В настоящее время узлами учета газа оснащены все ГРС, промышленные потребители газа и значительная часть коммунально-коммерческих потребителей. Оснащенность бытовых потребителей газа составляет 10–12 %. Установка счетчиков газа производится в основном во вновь строящемся жилье и в районах новой газификации при подключении.

Отсутствие приборного учета у большинства бытовых потребителей газа делает невозможным получение достоверной картины баланса в подаче, рас-пределении и потреблении газа. При существующем в настоящее время состоянии дел, когда конечный потребитель газа является собственником прибора учета и должен приобретать его за собственные средства, оснащение приборами учета бытового сектора потребителей может затянуться на многие годы. Существующая цена на газ для бытовых потребителей не мотивирует их делать вложения в приобретение и установку прибора учета (стоимость счетчика с его установкой колеблется от 3 000 до 6 000 руб.) ввиду длительного срока окупаемости (10–30 лет в зависимости от объема потребляемого газа).

В принципе, эта проблема должна решаться путем внедрения государственных, региональных и отраслевых программ по введению приборного учета, предусматривающих соответствующие инвестиционные бюджеты.

Возможна поэтапная реализация концепции тотального поуровневого учета, которая смягчит финансовую нагрузку на инвестиционные бюджеты при этом увеличивая достоверность картины баланса с внедрением каждого следующего этапа.

Такими этапами могут быть:

1. Оснащение приборами учета всех пунктов газораспределения (ГРП и ШРП). Внедрение этого этапа позволит получать картину баланса между уровнем 0 (см. рис. 2) и уровнями основного распределения газа. Кроме того, внедрение приборного учета на узлах распределения газа даст картину потребления газа по каждой группе потребителей, получающих газ от данного распределительного пункта.

2. Оснащение приборами учета «групповых потребителей» газа, которыми могут быть:

- многоквартирный жилой дом;

- подъезд многоквартирного жилого дома;

- группа индивидуальных потребителей в сельской местности, подключенных к одному распределительному пункту.

Учитывая, что большинство жильцов многоквартирных домов объединены или объединяются в те или иные юридические формы собственников (кооперативы, кондоминиумы, ТСЖ), входные приборы учета на группы таких потребителей могут использоваться для коммерческих расчетов при заключении соответствующих договоров между поставщиком газа и юридическим лицом собственников жилья. Кстати, такую форму расчетов практикуют многие водоканалы, устанавливая счетчик на входе в многоквартирный дом. По этому же пути пошли некоторые страны СНГ – Казахстан, Грузия, Молдова.

3. Оснащение приборами учета каждого бытового потребителя. Этот процесс может быть ускорен после внедрения приборов коммерческого учета на группу потребителей и дифференцированной тарификации оплаты за газ потребителей с приборами учета и без таковых.

Централизация и автоматизация сбора данных о потреблении со всех уровней РК и их автоматическая обработка

Централизованный автоматизированный сбор данных о потреблении со всех уровней РК, разработка алгоритмов их автоматической обработки позволят обеспечить:

- автоматизацию сведения баланса на всех уровнях РК согласно разработанной методике;

- автоматизацию выставления счетов за газ и обслуживание абонентов;

- контроль за факторами, вызывающими дисбаланс, и их оперативное устранение;

- автоматизацию построения прогнозов потребления газа во времени и пространстве;

- оптимизацию газораспределения и экономию потребления путем внедрения гибкой тарифной политики.

Эффективность внедрения ЕСУ РК будет максимальной в случае организации тотального учета на всех уровнях РК. Причем система объединяет в одно информационное пространство все группы потребителей газа и промежуточные узлы учета иерархической структуры газораспределительной сети.

Организационная структура РК должна быть максимально адаптирована к информационным потокам.

На рис. 3 представлена обобщенная структурная схема ЕСУ РК.

Рисунок 3 (подробнее) Обобщенная структурная схема ЕСУ РК

Структурные элементы ЕСУ РК:

Администратор – осуществляет управление всей системой.

Коммерческая служба – отвечает за вопросы, связанные с покупкой и реализацией газа: отслеживание платежей и задолженностей, выставление счетов и т. д. Служба выдает рекомендации по тарифам на газ. В нее поступают данные о газопотреблении, а также о текущем состоянии счетов абонентов.

Информационно-аналитическая служба – отвечает за обработку и анализ данных о газопотреблении, составлении отчетов по балансу, выработку рекомендаций по оптимизации ЕСУ РК, нормам потребления на газ, тарифной политике, производит анализ нештатных ситуаций (выявление возможных утечек, воровства газа и т. д.).

Основная база данных:

- информация о потребителях газа;

- информация о парке установленных узлов учета газа;

- архивные и текущие данные о газопотреблении;

- технологические параметры газораспределительной сети;

- информация о нештатных ситуациях;

- служебная информация о работе РК (имена дежурных и т. д.).

Центральное диспетчерское управление – головной элемент автоматизированной системы считывания данных с приборов учета газа, отслеживающих также текущие технологические параметры газораспределительной сети.

Абонентская служба – включает в себя участки, на которые разделены потребители газа и промежуточные замерные узлы. Участки отвечают за сбор сведений о потреблении газа с подотчетных объектов и ее первичную обработку. В общем случае информация может быть получена одним из перечисленных ниже способов:

- дистанционное (автоматизированное) считывание показаний приборов;

- ввод данных с использованием переносных терминалов;

- ручной ввод показаний приборов учета газа;

- расчет газопотребления абонентов по нормам потребления в случае отсутствия измерительных приборов.

Собранные данные о газопотреблении передаются с участков в основную базу данных.

Сервисные службы – отвечают за поддержку работоспособности аппаратных и программных средств системы, метрологическое обеспечение приборов учета газа и ремонт.

Предложенная структура ЕСУ РК носит обобщенный характер и может адаптироваться к конкретным условиям выбранной РК. Так, например, возможно привлечение на контрактных условиях сторонних организаций для выполнения тех или иных функций поддержки системы: обслуживанию узлов учета газа, считыванию показаний приборов и т. д. Такой подход позволяет, к примеру, разрешать конфликтные ситуации между поставщиком газа и потребителем, т. к. сторонняя структура может выступать арбитром в спорных ситуациях.

Внедрение ЕСУ РК можно разделить на следующие этапы:

- определение необходимой организационной структуры самой РК;

- разработка плана оснащения приборами учета газа объектов РК и потребителей газа;

- разработка архитектуры базы данных единой системы учета газа и алгоритмов их обработки для анализа и прогнозирования;

- внедрение системы автоматизированного считывания данных с ключевых участков газовой сети;

- поэтапное внедрение учета газа на всех уровнях газораспределительной сети.

Порядок следования вышеперечисленных мероприятий может изменяться в зависимости от подготовленности РК к внедрению системы и от тех приоритетных задач, которые необходимо выполнить предприятию в перовую очередь.

В заключение хотелось бы еще раз вернуться к одной из главных целей создания ЕСУ РК как базы для коммерческих расчетов между поставщиком газа и конечными потребителями. Естественно, что в финансовых отношениях между продавцом и покупателем дисбаланса быть не должно.

Поэтому наиболее рациональным подходом является определение разумных и прогнозируемых пределов дисбаланса учтенного в цене на газ. Внедрение ЕСУ РК с автоматизированной системой сбора и обработки информации, структурированной базой данных и алгоритмами моделирования баланса подачи, распределения и потребления газа в сети позволят достоверно прогнозировать дисбаланс и сужать границы его неопределенности.