TECHNIQUE OF MONITORING OF NETWORKS OF HEATING BOILER ROOM ACCORDING TO THE COMMERCIAL ACCOUNT

Full Text

Практическая реализация государственной программы энергосбережения и повышения энергоэффективности во всех отраслях народного хозяйства предполагает широкое применение приборов коммерческого учета энергоресурсов [1, 2]. Основными задачами внедрения коммерческого учета энергоресурсов являются: - измерение и регистрация коммерческих параметров для проведения финансовых расчетов с энергоснабжающей организацией; - измерение и регистрация технологических параметров для контроля качества поставки и потребления тепловой энергии; - индикация технического состояния системы учета для выявления причин неисправностей и их устранения; - использование архивированных данных учета для расчета показателей потребления энергоресурсов. Цель данного исследования - разработка методики мониторинга производства и потребления тепловой энергии по результатам коммерческого учета основных параметров системы отопления от автономной котельной. Сущность предлагаемой методики мониторинга заключается в следующем. Первый этап - мониторинг тепловой нагрузки. На этом этапе анализируется среднесуточная тепловая нагрузка по результатам коммерческого потребления тепловой энергии и значениям фактической среднесуточной температуры наружного воздуха. На их основе строится регрессионная модель зависимости тепловой нагрузки от температуры наружного воздуха, по которой вычисляется максимальная фактическая нагрузка потребителя при расчетной температуре наружного воздуха. Полученное значение максимальной тепловой нагрузки сравнивается с договорным значением тепловой нагрузки и делаются выводы об их соответствии. Второй этап - мониторинг расхода сетевой воды. На втором этапе анализируются данные коммерческого среднесуточного учета расхода воды в подающем и обратном трубопроводах на интервале наблюдения. Выявляются участки постоянного расхода, на которых котельной осуществлялся режим качественного регулирования тепловой нагрузки. Затем разность расходов воды в подающем и обратном трубопроводах сравнивается с допускаемой погрешностью измерения расхода и оценивается величина утечек воды из трубопроводов. Если утечки меньше допускаемой погрешности измерений, в дальнейшем они считаются нормативными, а если больше - то выясняется причина их появления. Третий этап - мониторинг температуры сетевой воды. На этом этапе исследуются зависимости Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 3 34 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ фактической температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах от фактической температуры наружного воздуха. Полученные результаты аппроксимируются линейными регрессионными моделями, по которым вычисляются значения максимальной температуры в подающем и обратном трубопроводах при расчетной температуре наружного воздуха. Затем анализируется соблюдение температурного графика качественного регулирования котельной. Для этого значения температур в подающем трубопроводе, вычисленные по температурным моделям при фактической температуре наружного воздуха, сравниваются с договорными (проектными) температурами. На заключительном этапе осуществляется оценка качества теплоснабжения и теплопотребления по показателям качества, рекомендованным методикой осуществления коммерческого учета тепловой энергии [2]: располагаемому напору в сети, давлению в обратном трубопроводе, температуре в подающем трубопроводе, максимальному часовому расходу, температуре в обратном трубопроводе и предлагаются мероприятия по повышению энергетической эффективности котельной. Рассмотрим для примера методику мониторинга закрытой системы теплоснабжения промышленной котельной ОАО «Международный аэропорт «Курумоч» г. Самары за отопительный сезон 2014- 2015 гг. Организация учета тепловой энергии на магистралях Отпуск промышленной котельной коммерческого тепла ведется по трем магистралям: №1 «Штаб», №2 «Аэровокзал», №3 «Промзона». Автоматизированные узлы учета тепловой энергии спроектированы в соответствии с методикой осуществления коммерческого учета тепловой энергии [2] для закрытой схемы теплоснабжения на базе теплосчетчика КМ5-6 с двумя электромагнитными преобразователями расхода, двумя преобразователями температуры и двумя преобразователями избыточного давления. Относительно котельной узлы учета расположены радиально на значительном удалении на границах раздела балансовой принадлежности сетей. Применение теплосчетчиков КМ5-6 обусловлено тем, что приборы предназначены для косвенных измерений и учета тепловой энергии и других параметров теплоснабжения, представляют собой измерительные системы вида ИС-1, с отображением информации на дисплее, имеют выходной электрический сигнал в интерфейсе RS485, а также осуществляют архивирование информации в энергонезависимой памяти. Узел учета тепловой энергии и теплоносителя относится к одноуровневым информационным системам II категории технической сложности, отличающихся тем, что в качестве компонентов комплекса программно-технических средств (КПТС) для выполнения функций сбора, переработки, отображения на дисплее и в ведомости учета тепловой энергии за отчетный период (час, сутки, месяц, год) и хранения информации используются программируемые логические контроллеры (PLC), устройства внутрисистемной связи, микропроцессорные интерфейсы оператора (панели отображения) [3, 4]. Метрологические характеристики измерительных каналов КПТС КМ5-6 соответствуют требованиям методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии [2] и представлены в табл. 1. Основными пареметрами коммерческого учета тепловой энергии у потребителя, отображаемыми на дисплее оператора и в ведомости учета тепловой энергии за отчетный период (сутки, месяц, год), являются: количество полученной тепловой энергии; масса теплоносителя, прошедшего по подающему трубопроводу; масса теплоносителя, прошедшего по обратному трубопроводу; масса утечек или водоразбора на горячее водоснабжение (ГВС); температура сетевой воды в подающем трубопроводе; температура сетевой воды в обратном трубопроводе; разность температур в подающем и обратном трубопроводах; температура холодной воды; давление в подающем трубопроводе; давление в обратном трубопроводе; время работы; время работы в неисправнм состоянии. Перечисленные параметры являются коммерческими и используются для взаиморасчетов между теплоснабжаюшей организацией и потребителем. В то же время современные КПТС, в том числе и на базе КМ5-6, обладают зачительно большим информационным ресурсом (табл. 2). Так, КПТС КМ5-6 содержит 124 информационных канала, которые позволяют применять его на различных типах обьектов: для тепловой магистрали с открытой или закрытой схемой теплоснабжения или ввода закрытой независимой схемы теплоснабжения (см. табл. 2, тип объекта учета 1); для ввода открытой схемы теплоснабжения с тупиковой схемой ГВС (см. табл. 2, тип объекта учета 2); для ввода открытой схемы теплоснабжения с циркуляционной схемой ГВС (см. табл. 2, тип объекта учета 3), а также максимальное количество каналов КПТС (см. табл. 2, тип объекта учета 4). Количество информационных каналов КПТС КМ5-6 в зависимости от типа объекта учета показано в табл. 2. Для мониторинга тепловых сетей промышленной котельной используется КПТС КМ5-6, который содержит 86 каналов передачи информации. Мониторинг потребления тепловой энергии закрытой зависимой схемой теплоснабжения В соответствии в переработанной для закрытой схемы теплоснабжения методикой использования результатов коммерческого учета тепловой энергии В. И. Немченко, М. В. Посашков, П. А. Губин 35 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 3 при энергетическом обследовании [5-8] существующая база данных коммерческого учета дополнена: проектными значениями параметров теплопотребления объекта; утвержденным температурным графиком зависимости температур прямой и обратной сетевой воды от температуры наружного воздуха 105/70 C и значениями фактических среднесуточных температур наружного воздуха (tнв) по данным метеорологической службы. Это позволило системно анализировать базы данных учета, проектные характеристики и режимные параметры магистралей тепловых сетей как функций температуры наружного воздуха. Для регулирования тепловой нагрузки на котельной применяется способ качественного регулирования - расход теплоносителя поддерживается постоянным, а температура телоносителя изменяется по температурному графику в зависимости от температуры наружного воздуха. Обработка в ППП «Microsoft Excel» данных по фактическим среднесуточным тепловым нагрузкам по магистралям при фактических температурах наружного воздуха позволила получить следуюшие регрессионные модели: - магистраль №1 «Штаб» Q1 = -1,137tнв  48,34, Гкал/сут; (1) - магистраль №2 «Аэровокзал» Q2 = -0,623tнв  13,21, Гкал/сут; (2) - магистраль №3 «Промзона» Q3 = -0,558tнв  20,30, Гкал/сут. (3) Максимальные фактические тепловые нагрузки, вычисленные по моделям (1) - (3) при tнв = -30 C, составили: - магистраль №1 «Штаб» Q1 = 82,45 Гкал/сут или Q1 = 3,435 Гкал/ч; - магистраль №2 «Аэровокзал» Q2 = 31,9 Гкал/сут или Q2 = 1,391 Гкал/ч; - магистраль №3 «Промзона» Q3 = 37,04 Гкал/сут или Q3 = 1,543 Гкал/ч. Зависимость фактической среднесуточной тепловой нагрузки от температуры наружного воздуха магистрали №3 «Промзона» представлена на рис. 1. Сравнение договорных и фактических тепловых нагрузок показало, что нагрузки на магистрали №1 «Штаб» в 2,1 раза превышают договорные, а нагрузки на магистрали №2 «Аэровокзал» - в 1,33 раза. Тепловая нагрузка на магистрали №3 «Промзона» практически совпадает с договорной. Результаты расчета и анализа тепловых нагурзок представлены в табл. 3. Увеличение фактических тепловых нагрузок должно сопровождаеться соответствующим увеличением расхода сетевой воды по магистралям. Результаты мониторинга фактических среднесуточных расходов сетевой воды по магистралям №1, №2, №3 и суммарный представлены в табл. 3. Фактический среднечасовой расход по магистрали №1 составил 198,95 т/ч и превысил проектное значение в 2 раза; по магистрали №2 - 92,91 т/ч и превысил проектное значение в 2,3 раза, по магистрали №3 - 157,6 т/ч и превысил проектное значение в 3,6 раза. Таблица 1 Допускаемая относительная погрешность каналов КПТС КМ5-6 Канал Магистраль №1 «Штаб» Магистраль №2 «Аэровокзал» Магистраль №3 «Промзона» Норматив по [2] «Тепловая энергия» +3,96 % +3,403 % +3,38 % +4,0 % «Расход теплоносителя» +1,2 % +1,2 % +1,2 % +2,0 % «Температура теплоносителя» +0,757 +0,757 +0,757 +0,757 «Давление теплоносителя» +1,0 % +1,0 % +1,0 % +2,0 % «Время» +0,05 % +0,05 % +0,05 % +0,05 % Таблица 2 Информационные каналы КПТС КМ5-6 в зависимости от типа объекта учета Основные группы каналов КПТС Тип объекта учета 1 2 3 4 Каналы преобразования информации от технологического объекта управления к теплосчетчику КМ5-6, шт. 6 9 12 13 Каналы основного и дополнительного тепловых контуров отображения информации на дисплее прибора, шт. 22 32 39 42 Каналы основного и дополнительного тепловых контуров архивирования в энергонезависимой памяти и передачи выходного электрического сигнала в интерфейсе RS-485 в смежную информационную систему, шт. 29 45 57 69 Всего каналов, шт. 57 86 108 124 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 3 36 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Максимальный суммарный расход сетевой воды по всем магистралям составил 628,08 т/ч и значительно превысил проектный - 182,22 т/ч. Сравнение среднесуточных расходов в подающем и обратном трубопроводах показало, что разность расходов не превышает относительной погрешности каналов теплосчетчика «расход теплоносителя» +1,2 %. Следовательно, расходы по подающему и обратному трубопроводам совпадают с точностью до погрешности измерений и сверхнормативные утечки сетевой воды в магистралях отсутствуют. Фактические и проектные раходы сетевой воды по магистралям и суммарные представлены в табл. 3. Обработка в ППП «Microsoft Excel» данных по фактическим среднесуточным температурам сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах по магистралям при фактических температурах наружного воздуха позволила получить следуюшие регрессионные модели: - магистраль №1 «Штаб» T11 = -0,578tнв  71,73, C; T21 = -0,556tнв  65,33, C; - магистраль №2 «Аэровокзал» T12 = -0,594tнв  70,84, C; T22 = -0,383tнв  64,45, C; - магистраль №3 «Промзона» T13 = -0,589tнв  70,73, C; T23 = -0,444tнв  65,42, C. Максимальные фактические температуры в подающем и обратном трубопроводах по магистралям при tнв = -30 C составили: - магистраль №1 «Штаб» T11 = 88,55 C; T21 = 82,55, C; - магистраль №2 «Аэровокзал» T12 = 88,66 C; T22 = 75,94, C; - магистраль №3 «Промзона» T13 = 88,41 C; T23 = 78,74, C. Максимальные температуры в подающих трубопроводах магистралей совпадают с точностью до погрешности измерения 0,757 C. Сравнение проектных и фактических максимальных температур в подающем и обратном трубопроводах позволяет оценить соблюдение проектного температурного графика работы котельной 105/70 C. Результаты сравнения представлены в табл. 4. Видно, что максимальная фактическая температура в подающем трубопроводе на 17 C меньше проектной 105 C. Температуры в обратных трубопроводах магистралей превышают на 5 - 12 C проектное значение - 70 C. Соответственно перепад фактических температур составляет 6 - 12,72 C вместо проектных 35 C, что свидетельствует о низкой эффективности работы систем теплопотребления у абонентов и необходимости проведения режимно-наладочных работ. Мониторинг качества производства и потребления тепловой энергии Результаты анализа показателей качества производства тепловой энергии в соответствии с Методикой осуществления коммерческого учета тепловой энергии [2] по данным табл. 3 и 4 следующие: - располагаемый напор P = P1 - P2 должен соответствовать проектному значению 0,4 МПа. Фактический располагаемый напор меньше проектного на 36-61,2 %; - давление в обратном трубопроводе Р2 должно соответствовать проектному значению 0,2 МПа. Фактическое давление больше проектного на 38-46 %; - допускается отклонение температуры воды в подающем трубопроводе Т1 от проектных значений 5 C. Как видно из графика на рис. 2, фактические температуры значительно превышают проектные. Результаты анализа показателей качества потребления тепловой энергии в соответствии с Методикой осуществления коммерческого учета тепловой энергии [2] по данным табл. 3 и 4 следующее: 0 5 10 15 20 25 30 35 40 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 Среднесуточное теплопотребление, Гкал/сут Температура наружного воздуха, град Рис. 1. Зависимость фактической среднесуточной тепловой нагрузки от температуры наружного воздуха магистрали №3 «Промзона»: - модель фактической среднесуточной тепловой нагрузки; - фактическая тепловая нагрузка по данным учета В. И. Немченко, М. В. Посашков, П. А. Губин 37 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 3 Таблица 3 Тепловые нагрузки, расходы и давление сетевой воды по магистралям Параметры Магистраль №1 «Штаб» Магистраль №2 «Аэровокзал» Магистраль №3 «Промзона» Суммарный Тепловая нагрузка договорная (-30 C), Гкал/ч 1,623 1,041 1,554 4,218 Тепловая нагрузка фактическая (-30 C), Гкал/ч 3,435 1,391 1,5433 6,37 Расход сетевой воды договорной, т/ч 39,9 46,6 85,75 178,62 Расход сетевой воды фактический, т/ч 198,95 92,91 157,6 628,08 Расход сетевой воды проектный при графике 105/70 C 98,15 37,97 44,1 180,22 Давление договорное P1д/P2д, МПа 0,6/0,2 0,6/0,2 0,6/0,2 Давление P1/P2, МПа 0,49/0,276 0,53/0,276 0,47/0,292 Фактический напор P = P1- P2, МПа 0,213 0,254 0,155 Таблица 4 Температура сетевой воды магистралей №1, №2, №3 Параметры Магистраль №1 «Штаб» Магистраль №2 «Аэровокзал» Магистраль №3 «Промзона» Температура сетевой воды в подающем трубопроводе Т1, проектная / фактическая 105/88,55 105/88,66 105/88,41 Температура сетевой воды в обратном трубопроводе Т2, проектная / фактическая 70/82,55 70/75,94 70/78,74 Разность температур : проектная / фактическая 35/6,0 35/12,72 35/9,67 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 Температура подачи Т1 и обратной воды Т2, град Температура наружного воздуха, град Рис. 2. Зависимость расчетных и фактических температур сетевой воды от температуры наружного воздуха по магистрали №3 «Промзона»: - модель фактической температуры в подающем трубопроводе; - модель фактической температуры в обратном трубопроводе; - проектная температура в подающем трубопроводе; - проектная температура в обратном трубопроводе; - фактическая температура в подающем трубопроводе - максимальные часовые расходы G1max по магистралям №1, №2 и №3 значительно превышают проектные значения; - температуры обратной воды T2 значительно превышают проектное значение температуры +3 C. Фактический перепад температур по магистралям составляет всего 6,0-12,72 C при договорном перепаде 35 C, что свидетельствует о плохой работе отопительных приборов. По данным мониторинга производства и потребления тепловой энергии работу котельной и тепло- Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 3 38 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ вых сетей следует оценить как неудовлетворительную. Рекомендовано провести наладку систем теплопотребления и режимную наладку тепловых сетей. Выводы. 1. Разработана методика мониторинга производства и потребления тепловой энергии, основанная на принципах системного анализа результатов теплопотребления по данным коммерческого и технологического учета на границе тепловых сетей отопительной котельной. 2. Анализ зависимости основных технологических параметров: тепловой нагрузки, расходов теплоносителя, температур сетевой воды от температуры наружного воздуха позволил установить их соответствие договорным значениям. 3. По результатам мониторинга проведена оценка качества теплоснабжения и эффективности теплопотребления на примере эксплуатации магистралей тепловой сети автономной отопительной котельной.

About the authors

Vladimir I. NEMCHENKO

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Mikhail V. POSASHKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Pavel A. GUBIN

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files