Сведение водных балансов на источниках теплоты
Известно, что на любом источнике теплоты, будь то небольшая котельная или крупная ТЭЦ, всегда существовала и существует проблема несходства результатов учета подпиточной воды (Gп), измеренной расходомером (или несколькими расходомерами) подпитки, и суммой разностей показаний расходомеров, установленных на подающих (G1i) и обратных (G2i) трубопроводах, отходящих от источника тепломагистралей.
Сегодня не существует каких-либо официальных рекомендаций как по расчету максимально допускаемой величины небаланса GНБ=Gп–(G1i–G2i), так и по способам устранения этого небаланса обоснованными методами. Правда, в некоторых публикациях предлагается распределять небаланс подпиточной воды пропорционально измеренным разностям масс теплоносителя на каждой из отходящих тепломагистралей, т. е. в соответствии с формулой:
, (1)
где: N — число магистралей, отходящих от источника; Gпi — исправленная (скорректированная) масса подпиточной воды в i-й магистрали; Gп — масса подпиточной воды, измеренная расходомером (расходомерами) подпитки; (G1i – G2i) — масса подпиточной воды i-й магистрали, измеренная как разность показаний сетевых расходомеров G1 и G2 .
Анализ формулы (1) показывает, что ее применение на практике нежелательно, т. к. она предполагает распределение имеющегося небаланса только пропорционально разности показаний сетевых расходомеров и никак не учитывает точность выполненных измерений разности масс (G1i–G2i). Иными словами, формула (1) вносит заметную «метрологическую несправедливость» в результаты распределения небаланса, возникающего по результатам измерений Gп и Σ(G1i–G2i): чем выше точность выполненных измерений, тем большая доля небаланса будет отнесена на результаты этих измерений, а неточные измерения, наоборот, «возьмут на себя» меньшую долю небаланса. Такой подход при сведении водного баланса следует считать ошибочным и потому недопустимым в практике коммерческого учета.
Кроме того, формула (1) никак не учитывает точность измерений, выполняемых подпиточным расходомером (или несколькими подпиточными расходомерами), т. е. при таком подходе к распределению небаланса подпиточные расходомеры Gп считаются идеально точными. Но на практике так никогда не бывает: показания любого расходомера, даже эталонного, всегда в той или иной мере ошибочны, и подпиточные расходомеры, несомненно, вносят определенный вклад в водные небалансы на любом источнике теплоты. Но формула (1) предполагает, что весь имеющийся небаланс следует относить на измеренные разности масс магистральных расходомеров (G1i–G2i), а погрешность расходомера подпитки при этом считается нулевой, и его показания являются абсолютно истинными. Очевидно, что такой подход ошибочен и потому неприемлем при ведении коммерческого учета, ибо расходомер (расходомеры) подпитки, как и сетевые расходомеры, измеряет массу теплоносителя с некоторой ошибкой, и эта фактическая погрешность тоже является источником небаланса наряду с погрешностями сетевых расходомеров.
Существует и третья причина, по которой применение формулы (1) при сведении водного баланса невозможно. Суть этой проблемы заключается в следующем.
Предположим, что по итогам работы за сутки (или за любой другой интервал времени) имеющийся водный небаланс распределен между магистралями по формуле (1). Пусть, например, на одной из отходящих магистралей показания расходомеров (измеренные значения) составили: G1i = 1000 т, G2i = 900 т, G1i–G2i=1000–900 = 100 т. Предположим, что имеется положительный небаланс (т. е. подпитка Gп больше суммы разностей масс на магистралях), который мы распределяем по приведенной формуле (1). Пусть, в соответствии с формулой (1), на эту магистраль пришлась доля небаланса подпиточной воды, равная 50 т. Следовательно, мы прибавим к имеющимся (измеренным) 100 т дополнительные «балансовые» 50 т и в итоге получим, что подпитка этой магистрали равна G1ф+G2ф=100+50 = 150 тонн.
Точно так же мы поступим и с прочими магистралями, и сумма разностей масс на магистралях после такой «балансировки», по формуле, будет в точности равна показаниям расходомера подпитки Gп. И задача сведения баланса по подпиточной воде как бы решена.
И тут возникает одно большое и неразрешимое «но»: разности масс по каждой магистрали исправлены без труда, водный баланс по подпиточной воде у нас получился идеальным, но что нам делать с показаниями собственно расходомеров G1i и G2i? Ведь очевидно, что, исправив разность масс (вместо измеренных 100 т мы получили «фактические» 150 т), мы обязаны исправить и показания расходомеров G1i и G2i! Если этого не делать, то неизбежно возникает технологический парадокс, связанный с разбалансом результатов учета уже на каждой конкретной магистрали: в отчете о теплоотпуске будет указано, что показания расходомеров на магистрали №1 G11=1000 т, G21= 900 т, но одновременно будет указано, что их разность равна 150 т! Как такое возможно, чтобы G11–G21=1000–900=150?
Следовательно, принудительно прибавив к имеющимся 100 т разности масс «балансовые» 50 т, мы просто обязаны скорректировать G1 и G2 таким образом, чтобы на данной магистрали тоже выполнялся баланс масс G1ф–G2ф=150 т. Кроме того, после корректировки значений G1 и G2 необходимо пересчитать на «новые тонны» и тепловую энергию, отпущенную по магистрали. Иначе мы получим некорректный результат: тепловую энергию, отпущенную по магистрали, теплосчетчик рассчитал для измеренных G1i, G2i и (G1i–G2i), при сведении баланса по подпитке получены другие значения масс G1ф и G2ф, но тепловая энергия при этом осталась прежней.
Поэтому, заменив измеренные 100 т подпитки магистрали на требуемые для обеспечения водного баланса 150 т, необходимо эти «лишние» 50 т распределить между G1 и G2 так, чтобы выполнялось условие G1ф–G2ф = 150 т. И здесь возникает принципиальный вопрос: какими критериями следует руководствоваться при распределении этих «лишних» (не измеренных) 50 т между показаниями расходомеров G1 и G2?
Может быть, следует прибавить эти 50 т к показаниям расходомера G1? Но тогда мы должны уверенно заявить, что показания расходомера G1 ошибочны, поэтому их и корректируем, а показания расходомера G2 идеально точны, поэтому показания расходомера G2 мы оставляем без изменений.
Может быть, эти 50 т следует отнять от показаний расходомера G2? И тогда водный баланс на магистрали тоже будет обеспечен: 1000–(900–50)=150 т. Правда, при этом нам нужно будет признать, что измерения массы G1 выполнены с нулевой фактической погрешностью.
Есть и третий вариант распределения имеющейся доли небаланса между двумя расходомерами данной магистрали: например, 25 т прибавить к массе G1, а 25 т отнять от массы G2; однако и такую корректировку масс G1 и G2 вряд ли можно считать метрологически обоснованной.
В этой связи представляется наиболее корректным принцип распределения водного (а затем и теплового) небаланса не пропорционально измеренным разностям масс (G1i–G2i), а пропорционально нормированной точности выполненных измерений.
Покажем на конкретном упрощенном примере, что формула (1) при сведении баланса приводит к весьма некорректному результату, а метрологический подход к устранению небаланса вполне применим на практике.
Пусть имеется некая ТЭЦ с двумя двухтрубными отходящими магистралями, имеющими общий обратный коллектор. На подающих и обратных трубопроводах этих магистралей установлены расходомеры G1 и G2. Для подпитки этих магистралей имеется один общий подпиточный трубопровод с расходомером Gп.
Также для упрощения расчетов условимся, что горячая вода после расходомера Gп не отбирается на нужды ТЭЦ, а расходуется исключительно на подпитку этих двух магистралей. Также будем считать, что каких-либо потерь воды за расходомером Gп нет. Следовательно, при сделанных допущениях и нулевой ошибке измерений всех пяти расходомеров должно выполняться равенство: Gп=(G11–G21)+(G12–G22).
Пусть по итогам работы (например, за сутки) измеренные значения суточных масс составили:
G11=20 00 т; G21=1 500 т; Gп1=2 000 – 1 500
=500 т;
G12=50 000 т; G22=49 500 т; Gп2=50 000 – 49 500 = 500 т;
Gп=1 500 т.
Видно, что подпиточный расходомер Gп измерил 1 500 т за сутки, а сумма разностей показаний магистральных расходомеров равна 1 000 т. Положительный небаланс равен: GНБ=1 500–1000=500 т за сутки.
Коль скоро в данном примере измеренные значения подпитки магистралей равны (по 500 т в каждой), то по формуле находим, что имеющийся небаланс в 500 т распределяется между магистралями поровну, в пропорции 1:1, т. е. на каждую магистраль приходится по 250 т имеющегося небаланса.
В результате такого способа сведения баланса получим:
G11=2 000 т; G21=1 500 т; Gп1=2 000–
1 500=750 т;
G12=50 000 т; G22=49 500 т; Gп2=50 000–
49 500 = 750 т;
Gп = 1 500 т.
После такого сведения баланса видно:
а) показания расходомеров G1i и G2i остались прежними, что привело к неравенству выражений Gпi=G1i–G2i на обеих магистралях;
б) показания подпиточного расходомера (Gп) не подверглись корректировке, т. е. результаты его измерений считаются идеально точными;
в) распределение небаланса выполнено в равной пропорции 1:1 без учета точности выполненных измерений разностей масс G1i–G2i.
Очевидно, что такой подход к сведению водного баланса не несет в себе ни технологической, ни метрологической обоснованности, поэтому не может быть рекомендован к применению на практике.
Представляется, что наиболее правильным критерием сведения водного баланса должен служить критерий метрологической точности выполненных измерений, в соответствии с которым имеющийся небаланс распределяется пропорционально допустимым абсолютным погрешностям всех (в том числе и подпиточных) расходомеров, чьи показания могут влиять на размер небаланса.
|
Узел учета
|
Время работы
|
Измеренные значения
|
Допускаемая погрешность
|
|||||||
|
Относительная
|
Абсолютная
|
|||||||||
|
G1i , т
|
G2i , т
|
GГВСi , т
|
δG1 (%)
|
δG2 (%)
|
δGГВС (%)
|
ΔG1, т
|
ΔG2, т
|
ΔG ГВС, т
|
||
|
Магистраль №1 (открытая)
|
24
|
2 000
|
1 500
|
500
|
0,5
|
0,5
|
3,5
|
10
|
8
|
18
|
|
Магистраль №2 (закрытая)
|
24
|
50 000
|
49 500
|
500
|
2
|
2
|
398
|
1 000
|
990
|
1 990
|
|
Всего отпущено в магистрали подпиточной воды, т
|
- |
- |
- |
1 000
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Измерено расходомером подпитки Gп, т
|
24
|
1 500
|
1 500
|
- |
- |
2
|
- |
- |
30
|
|
|
Небаланс по воде: 20,8 т/ч или 500 т за сут.
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
||||
|
Макс. допустимый небаланс с учетом погр. Gп, т
|
2 038
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Фактический небаланс по воде, т
|
500
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
К-т небаланса (с учетом погрешности Gп)
|
0,245
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
В таблице 1-1 показан пример сведения водного баланса для ранее рассмотренного случая наличия на источнике одного расходомера подпитки и двух отходящих магистралей. В этом примере условно принято, что расходомеры G11 и G21, установленные на магистрали №1, имеют допускаемую относительную погрешность ±0,5%, расходомеры G12 и G22, установленные на магистрали №2, и расходомер подпитки Gп имеют допускаемую относительную погрешность, равную ±2%.
Имея суточные показания всех расходомеров и зная допускаемую относительную погрешность каждого их них, можно рассчитать допускаемую абсолютную погрешность каждого из пяти расходомеров, а также допускаемую абсолютную погрешность разности показаний магистральных расходомеров.
Здесь мы должны обратить внимание на следующее принципиальное обстоятельство.
Несмотря на то, что измеренные разности масс на каждой из магистралей одинаковы (по 500 т за сутки), допускаемая абсолютная погрешность измерения этих разностей весьма различна: для магистрали №1 допускаемая абсолютная погрешность измерения разности масс равна ±18 т, а для магистрали №2 — ±1 990 т, что в 111 раз больше, чем для магистрали №1.
Именно столь значительная (более чем в 100 раз!) неравноточность измеренных разностей масс на двух магистралях не позволяет распределять между ними имеющийся небаланс в равной пропорции 1:1.
Очевидно, что при неравноточных измерениях имеющийся небаланс следует распределять пропорционально допускаемой погрешности выполненных измерений с учетом имеющего место коэффициента небаланса КНБ.
Коэффициент небаланса КНБ характеризует некий средний уровень неточности выполненных измерений и определяется как отношение фактически имеющего место небаланса GНБФ к максимально возможному небалансу GНБmax, определенному по метрологическим допускам для вероятности Р=1.
Из таблицы 1-1 видно, что в рассматриваемом примере GНБФ = 1500–1000 = 500 т,
GНБmax=18 +1990+30 = 2 038 т, поэтому КНБ = 500/2 038 = 0,245. Иными словами, в данном примере фактически имеющийся небаланс по подпиточной воде составил только 1/4 часть того небаланса, который мог бы иметь место в том случае, если бы фактические погрешности применяемых расходомеров достигли предельно допускаемых значений. Такую необходимость результатов измерений (при КНБ = 0,245) можно считать метрологически благополучной, поскольку КНБ в данном случае четырехкратно меньше единицы.
Теперь, зная значение КНБ, можно рассчитать величину относительных и абсолютных поправок к измеренным значениям суточных масс, после чего можно найти скорректированные значения суточных масс, измеренных всеми пятью расходомерами, применяемыми в данной измерительной системе (таблица 1-2).
|
Узел учета
|
Требуемая коррекция измеренных значений
|
Скорректированные значения
|
|||||||
|
δG1к (%)
|
δG2к (%)
|
δGГВСк (%)
|
ΔG1к, т
|
ΔG2к, т
|
ΔGГВСк, т
|
G1ск, т
|
G2ск, т
|
GГВС ск, т
|
|
|
Магистраль №1 (открытая)
|
0,12
|
–0,12
|
- |
2,45
|
–1,84
|
4,29
|
2 002
|
1 498
|
504
|
|
Магистраль №2 (закрытая)
|
0,49
|
–0,49
|
- |
245
|
–243
|
488,34
|
50 245
|
49 257
|
988
|
|
Всего отпущено в магистрали подпиточной воды, т
|
- |
- |
- |
- |
492,64
|
- |
Итого: 1 492,638
|
||
|
Измеренно расходомером подпитки Gп, т
|
- |
- |
–0,49
|
- |
GП: –7,36
|
- |
GП: 1 492,638
|
||
|
- |
- |
- |
- |
- |
Итого: 500
|
- |
- |
- |
|
В результате внесения поправок к показаниям всех расходомеров, пропорциональных КНБ и допускаемой погрешности, небаланс был устранен [Gп = (G1i–G2i] = 1 492,638 т, при этом были определены новые (скорректированные) значения показаний всех пяти расходомеров, чьи фактические погрешности могли служить причиной небаланса подпиточной воды.
В результате такого метрологического подхода к распределению небаланса каждый из его «участников» получил свою метрологически обоснованную долю: к измеренной разности масс на магистрали №1 добавлено только 4 т небаланса (здесь измерения разности масс сравнительно точны, допускаемая относительная погрешность измерения разности масс δGГВС =±3,5%), подпитка магистрали №2 увеличена на 488 т (на этой магистрали разность масс измеряется крайне неточно, здесь δGГВС =±398%), а показания расходомера подпитки уменьшены на 7 т (δGп=±2%). Таким образом, применяя метрологический подход к устранению небаланса между показаниями подпиточных и магистральных расходомеров, мы устраняем отмеченные ранее недостатки формулы (1) и тем самым обеспечиваем возможность последующей корректировки результатов учета тепловой энергии, отпускаемой по магистралям.
Необходимо отметить, что при таком метрологическом подходе к устранению водного небаланса должны быть учтены и показания расходомеров собственных и хозяйственных нужд, т. к. и эти расходомеры, измеряющие массу теплоносителя с нормированной погрешностью, тоже должны брать на себя соответствующую долю небаланса. Если на источнике теплоты такие расходомеры не установлены, то при сведении баланса следует применять расчетное значение внутреннего потребления горячей воды, но с обязательным указанием допускаемых отклонений. Например, суточное расчетное (нормативное) потребление горячей воды на хозяйственные нужды GХН=70 т ±7 т.
Тогда при сведении баланса и на этот расчетный объем потребления GХН будет отнесена соответствующая доля небаланса, пропорциональная допуску (±7 т) и коэффициенту небаланса КНБ.
Также следует иметь ввиду и то, что для каждого источника теплоты всегда существует граничное значение КНБгр < 1, при превышении которого метрологический подход к сведению баланса не может быть применен, поскольку при КНБ > КНБгр высока вероятность метрологической неисправности одного или нескольких расходомеров, установленных на магистралях или подпиточных трубопроводах.
Очевидно, что при КНБ > КНБгр ситуацию следует считать метрологически неблагополучной. В таких случаях необходимо принимать меры по выявлению неисправных расходомеров, находящихся в эксплуатации, и отправке их в ремонт.
Практика применения такого метода корректировки водных небалансов на источниках теплоты показывает, что граничное значение КНБгр обычно находится в пределах от 0,3 до 0,7, и для каждого источника теплоты значение КНБгр изменяется с течением времени незначительно. Следовательно, до тех пор, пока фактический КНБ < 0,3÷0,7, можно устранять водные небалансы предложенным выше способом. Однако при бÓльших значениях КНБ вероятность того, что на источнике теплоты имеются неисправные расходомеры (подпиточные или сетевые), весьма высока; в таких случаях следует принимать меры по выявлению неисправных расходомеров и приведению их в должное метрологическое состояние.
| Автор: А. Г. Лупей Дата: 17.03.2008 Журнал Стройпрофиль 2-1-08 Рубрика: энергосбережение Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |