Правила учета тепловой энергии и Правила эксплуатации теплоиспользующих установок (ПТЭ), предусматривают учёт в коммерческих расчётах тепловых потерь трубопроводов:

• по проектным или нормативным данным (т.е. не факт, что она такая на самом деле);
• по результатам периодических испытаний (например, раз в 5 лет) т.е. не по реальному значению, а тому, которое было бы, при техническом состоянии тепловой изоляции испытуемого участка при проведении испытаний.

Ещё в апреле 2003 года, Главный редактор журнала «Новости теплоснабжения» В.Г. Семёнов опубликовал статью «Определение фактических тепловых потерь через теплоизоляцию в сетях централизованного теплоснабжения», в которой убедительно показал и недостатки существующей ситуации в данном вопросе и путь решения проблемы за счёт использования коммерческих приборов учёта.

Прошло 7 лет. Количество приборов учёта даже в секторе ЖКХ увеличилось в сотни раз. «А воз и ныне там». Актуальность вопроса не снизилась. По нашим данным, многие «ТГК» давно вообще не проводят испытания магистральных тепловых сетей. В системе ЖКХ с протяжённостью тепловых сетей в сотни километров ситуация ещё хуже.

Можно только надеяться, что обязательное применение приборов учёта, предусмотренное новым законом «Об энергосбережении» неминуемо сведёт использование проектных данных и данных периодических испытаний к минимуму.

Но официальных рекомендаций как оперативно (например, ежемесячно), в эксплуатационных условиях, используя данные приборов учёта источника и потребителя оценивать фактические тепловые потери водяных и паровых сетей. Значение и актуальность этого вопроса повышается, если по договорным условиям на поставку тепловой энергии потребитель оплачивает две суммы: собственно стоимость тепловой энергии и стоимость транспорта её по трубопроводам до конкретного потребителя.

Есть методические указания по составлению энергетической характеристики для систем транспорта тепловой энергии водяными тепловыми сетями по показателю «тепловые потери» (СО 153-34.20.523-2003, ч.3). Пункт 3.1.5. Месячные тепловые потери тепловой сети определяются исходя из часовых тепловых потерь при среднегодовых (среднесезонных) условиях, пересчитанных на средние температурные условия соответствующих месяцев, и количество часов работы сети в данном месяце. При этом предлагается, для определения фактических тепловых потерь использовать формулы (22-25), названных в методических указаниях с подстановкой в них, вместо ожидаемых среднемесячных значений температур сетевой воды, наружного воздуха и грунта, их фактических среднемесячных значений по результатам эксплуатационных измерений и метеорологическим данным.

Основные недостатки этой методики, влияющие на корректность результата по определению фактических тепловых потерь, по нашему мнению, в том, что:

1. Нормируемые эксплуатационные часовые тепловые потери определяются по данным отдельных участков тепловой сети, подвергшихся испытаниям.
2. Для определения термического сопротивления изоляции используются справочные данные по её теплопроводности, и теплоотдачи от тепловой изоляции к воздуху, которые, как правило, существенно отличаются от фактического значения.
3. В расчётных формулах используются поправочные коэффициенты К и ß, которые не могут быть обоснованы или проверены эксплуатационными измерениями.
4. Рекомендуемая методика определения тепловых потерь трубопровода не подходит для оценки потерь теплового потока до конкретного потребителя, особенно, если теплоносителем является влажный пар.

Ниже, в порядке обсуждения и развития предложения В.Г Семёнова предлагается для определения фактических тепловых потерь трубопровода горячей воды и пара, в эксплуатационных условиях, использовать не только приборы учёта поставщика и потребителя, но и характеристику тепловой сети kF(i), необходимую в тех случаях, когда не все потребители имеют приборы учёта.

Суть предложения и его краткое обоснование

Общий поток теплоносителя, выходящий с источника теплоснабжения, можно рассматривать как сумму потоков для каждого потребителя. Массовый расход потока теплоносителя для конкретного потребителя регистрируется его прибором учёта. Если стационарного прибора, регистрирующего температуру и расход теплоносителя у потребителя нет, можно использовать портативный. Температура или энтальпия теплоносителя на выходе с источника для всех потребителей данного вывода одна и та же.

При транспорте тепловой энергии, теплоносителем которой является вода или перегретый пар, количество тепловых потерь, приходящихся на конкретного потребителя за расчётный период, по прямому трубопроводу, может быть определено по разнице показаний коммерческих приборов учёта на источнике и у потребителя по уравнению теплового баланса:

- для конкретного потребителя (ккал/ч) (1)
- для всей тепловой сети по данному выводу с источника (ккал/ч) (2)

Где G_i – расход теплоносителя от источника к данному потребителю, определяемый у потребителя (кг/ч);
h₀ и h_к - энтальпия теплоносителя на выходе с источника и на входе конкретного потребителя, соответственно, (ккал/кг).

При транспорте влажного пара, задача усложняется известным несовершенством приборов учёта, измеряющих расход влажного пара и вычисляющих его энтальпию. В этом случае, определить энтальпию пара на входе у потребителя и, соответственно, потерю тепловой энергии потока пара от источника до данного потребителя, можно, если по результатам измерений с помощью портативного расходомера вычислить комплекс kF(i) трубопровода. Это произведение коэффициента теплопередачи от теплоносителя (пара или горячей воды) на поверхность теплоотдачи трубопровода, через которую охлаждается поток теплоносителя данного потребителя. Определить значение kF(i), которое, для трубопровода от источника до данного потребителя остаётся, практически, постоянным в широком диапазоне изменения расхода и параметров теплоносителя, можно из выражения:

(ккал/ч.°С) (3)

Где G(i) массовый расход потока теплоносителя для данного потребителя (кг/ч);
h₀ - энтальпия теплоносителя на выходе с источника (ккал/кг);
h_ki - энтальпия пара на входе данного потребителя (ккал/кг);
- средняя температура теплоносителя на участке трубопровода от источника до данного потребителя (°С) (4);
t_н - средняя температура наружного воздуха (°С).

Это выражение получено из условия равенства количества потерянной тепловой энергии по уравнению теплового баланса и уравнения теплопередачи.

Таким образом, если для каждого потребителя известно значение комплекса kF(i), полученное однажды при испытаниях или взятое по проектному расчёту, которое всегда может быть проверено совместно по эксплуатационным (коммерческим) приборам учёта поставщика и потребителя тепловой энергии, теплосодержание теплоносителя (влажного пара) на входе потребителя можно определить по формуле:

(ккал/кг) (5)

Часовые потери тепловой энергии потока теплоносителя от источника до данного потребителя определяются по формуле:

(ккал/ч) (6)

Следовательно, если испытаниями или расчётом величина комплекса kF(i) для участка трубопровода от источника до данного потребителя определена (а это не сложно), то и проблем с оперативным определением тепловых потерь от потока теплоносителя к данному потребителю, на этом участке, нет.

Сумма часовых потерь тепловой энергии потоками пара (или воды) до каждого потребителя равна общей часовой потере тепловой энергии теплоносителем, отпущенным с источника:

(ккал/ч) (7)

Естественно, что все вышеизложенные рассуждения относятся к конкретному, имеющему прибор учёта, выводу с источника теплоснабжения.

Для реализации рассматриваемого подхода оценки тепловых потерь теплоносителя требуется знание комплекса kF(i). Он может быть получен расчётом трубопровода или измерениями при текущей эксплуатации трубопровода по данным двух приборов учёта: потребителя и поставщика тепловой энергии в паре или воде. При этом, в случае паропровода влажного пара, нет необходимости оценки влажности пара при текущей эксплуатации паропровода.

Численные расчёты показывают, что коэффициент теплопередачи изолированного трубопровода пара и горячей воды, а, следовательно, и комплекс kF(i), остаётся, практически постоянным в эксплуатационном диапазоне изменений величин h₀, h_k, t_cp, t и G(i). Наибольшее влияние на величину тепловых потерь оказывают коэффициент теплоотдачи от поверхности тепловой изоляции трубопровода к окружающему воздуху, коэффициент теплопроводности и толщина тепловой изоляции. Но во всех, применяемых в настоящее время методиках расчёта или эксплуатационного определения тепловых потерь трубопровода, эти коэффициенты принимаются для данного трубопровода постоянными.

Предлагаемый подход позволяет оперативно определять и контролировать потери, температуру или энтальпию теплоносителя на вводе у потребителя и в том случае, когда стационарного прибора учёта у потребителя нет, но есть значение комплекса kF(i), определённое с помощью эксплуатационных измерений.

Если теплоноситель – горячая вода. Расход теплоносителя G(i) постоянный, то и отношение (8) - есть безразмерная величина, постоянная для трубопровода от источника до данного потребителя при постоянном расходе теплоносителя (с - теплоёмкость воды, принимаемая равной 1 ккал/(кг °С)., (9). В этом случае, часовые тепловые потери горячей сетевой воды по подающему трубопроводу от источника до потребителя определяются по формуле:

(ккал/ч) (10)

Для оперативного определения и контроля тепловых потерь по подающему трубопроводу пара или горячей воды необходимо и достаточно:

1. иметь реестр потребителей, для которых расчётом или измерениями определён постоянный параметр трубопровода В_i (при постоянном расходе теплоносителя) или kF(i) (при переменном расходе теплоносителя) от источника до потребителя;
2. иметь прибор учёта у потребителя, регистрирующий расход теплоносителя и его температуру в подающем трубопроводе. Если стационарного прибора, регистрирующего расход теплоносителя нет, при качественном регулировании тепловой сети, расход воды может быть определён по диаметру сопла элеватора и манометрам теплового пункта, или портативным расходомером;
3. иметь прибор учёта на источнике регистрирующий температуру воды (или параметры пара) подающего трубопровода;
4. иметь данные о средней температуре наружного воздуха.

Расчёты по этим данным и приведённым выше формулам могут быть выполнены автоматически с использованием простой программы вычислителя прибора или ноутбука.

Тепловые потери обратного трубопровода можно определить, используя этот же принцип.

Что даёт использование предложения

По сравнению с ныне существующей практикой:

• В значительной мере устраняются вышеуказанные недостатки определения тепловых потерь трубопровода, повышается информативность и объективность данных о тепловых потерях трубопровода.
• Появляется возможность более объективной оценки и контроля состояния всей тепловой сети любой протяжённости.
• Нет необходимости отключения потребителей при испытаниях сети на тепловые потери.
• Снижаются стоимость и сроки определения потерь тепловой сети.
• Появляется возможность реального, автоматизированного мониторинга состояния больших тепловых сетей, как поставщиком тепловой энергии, так и потребителем, как с привлечением посторонней организации, так и собственными силами.
• Появляется возможность разрешения споров между источником теплоснабжения и потребителем по вопросам использования во взаимных расчётах данных о тепловых потерях большой тепловой сети, например, в сети ЖКХ большого города.

Использование рассмотренного подхода к определению тепловых потерь, по нашему мнению не противоречит действующим нормативам в этом вопросе, а только расширяет их возможности, делает показатель «тепловые потери», как характеристику системы транспорта тепловой энергии, прозрачным и убедительным как для поставщика, так и для потребителя тепловой энергии. Вопрос только в том, найдут ли эти партнёры между собой взаимопонимание в вопросе выгодности, для одного из них, использования изложенного предложения.

Данная методика широко используется нами в течении нескольких лет при обследование больших систем централизованного теплоснабжения.

© 2023 ООО Научно-технический центр «Промышленная энергетика»
Любое воспроизведение материалов сайта без письменного согласия запрещено. Телефон: +7 (4932) 26-76-58, 30-14-88
E-Mail: info@ivpromenergo.ru