Небаланс по тепловой энергии и теплоносителю

Небаланс по тепловой энергии и теплоносителю — это одна из критических проблем в системах теплоснабжения, которая возникает при несоответствии между измеренными и расчётными величинами энергии и массы теплоносителя. Понимание природы небаланса, его причин и методов устранения имеет важнейшее значение для обеспечения корректного коммерческого учёта и эффективной эксплуатации систем теплоснабжения.​

Определение и физический смысл небаланса

Небаланс масс теплоносителя

Небаланс масс — это разность между измеренными значениями массы теплоносителя на подающем и обратном трубопроводах системы теплоснабжения.​

В идеальной закрытой системе теплоснабжения масса теплоносителя, поступившего по подающему трубопроводу, должна равняться массе теплоносителя, вернувшейся по обратному трубопроводу. Однако на практике всегда присутствует разность показаний двух расходомеров, обусловленная различными факторами.​

Формула расчёта небаланса масс:

где M1 — масса теплоносителя в подающем трубопроводе, M2 — масса теплоносителя в обратном трубопроводе.​

Относительный небаланс масс рассчитывается по формуле:

​

Небаланс тепловой энергии

Небаланс тепловой энергии возникает при несоответствии между отпущенной тепловой энергией и суммой потреблённой энергии всеми абонентами с учётом нормативных потерь.​

Основные виды небалансов тепловой энергии:

• Положительный небаланс — когда сумма показаний потребителей меньше показаний на источнике тепла
• Отрицательный небаланс — когда сумма показаний потребителей больше показаний на источнике тепла​

Допустимые значения небаланса

Нормы для небаланса масс

Допустимая величина небаланса масс не должна превышать 4% от среднего значения потока в закрытых однотрубных и двухтрубных системах без водоразбора.​

Для некоторых систем с вычислителями ВКТ-7М-01 допустимая величина небаланса составляет примерно 10⁻² (1%) от суммарного потока.​

Обоснование нормы 4%:

Для электромагнитных расходомеров ПРЭМ в диапазоне расходов от Qt1 до Qmax нормируется относительная погрешность измерения не более ±1%. Небаланс масс — это результат измерения двумя расходомерами, поэтому допуски на погрешность суммируются: ±1% + ±1% = ±2%.​

На практике часто не разделяют диапазоны измерения расходов и просто считают допустимой погрешность каждого ПРЭМ в ±2%, а системы из двух ПРЭМ — в ±4%.​

Коэффициент небаланса

В теплосчётчиках используется параметр коэффициент небаланса (Kнеб) для автоматического контроля небаланса расхода.​

Допустимые значения:

• Kнеб=1,02 — соответствует 2% небаланса
• Kнеб=1,04 — соответствует 4% небаланса
• Диапазон 1,0…1,1 — соответствует 0…10% небаланса​

Для источников теплоты существует граничное значение Kнбгр, при превышении которого метрологический подход к сведению баланса применять недопустимо. Граничное значение обычно находится в пределах от 0,35 до 0,45.​

Последствия превышения допустимого небаланса

При возникновении в системе теплоснабжения небаланса масс, превышающего погрешность расходомеров, теплоснабжающие организации прекращают принимать показания приборов учёта до момента устранения проблемы.​

Происходит приостановка эксплуатации узла учёта тепловой энергии, что влечёт:

• Переход на расчёты по нормативам вместо фактических показаний
• Увеличение платы для абонентов
• Необходимость проведения работ по устранению причин небаланса​

Причины возникновения небаланса

1. Нарушения монтажа расходомеров

Механический монтаж:

• Несоосность установки прибора на трубопровод​
• Неправильная установка монтажных прокладок, перекрывающих канал​
• Отсутствие прямых участков требуемой длины до и после расходомера​
• Неполное заполнение канала расходомера водой​
• Возможность завоздушивания канала​
• Установка ПРЭМ на горизонтальных трубах электронным блоком вниз (должен быть вверх)​

Электрический монтаж:

• Нарушение электрического контакта между расходомером и трубопроводом​
• Отсутствие защитного токопровода (выравнивающих проводов)​
• Наличие потенциала между трубопроводами подачи и обратки​
• Дополнительное заземление точек выравнивания потенциалов​
• Отсутствие экранирования кабелей при высоком уровне индустриальных помех​

2. Проблемы с системой теплоснабжения

Утечки и разгерметизация:

• Нарушение герметичности системы (утечки теплоносителя)​
• Неисправность запорной арматуры​
• Наличие неучтённых врезок в системе​
• Потери теплоносителя в результате аварий​

Гидравлические проблемы:

• Наличие воздуха в системе​
• Гидравлическая разбалансировка тепловых сетей​
• Пульсации и завихрения потока на измерительном участке​
• Гидравлические удары в системе​
• Нестабильность давления​

Несоответствие характеристик системы:

• Фактические характеристики системы не соответствуют заявленным параметрам​
• Фактические расходы не соответствуют диапазону измерения приборов​

3. Качество теплоносителя

• Высокое содержание примесей с высокой электропроводностью​
• Накопление осадков на электродах расходомера​
• Загрязнение канала расходомера​
• Состав теплоносителя не соответствует требованиям​

При наличии высокого содержания примесей наблюдается постепенное снижение расхода, чаще всего на одном из приборов (обычно на прямом трубопроводе).​

4. Внешние факторы и метрологические проблемы

• Помехи от электроустановок​
• Особенности алгоритмов работы вычислителей тепловой энергии​
• Уход метрологических характеристик преобразователя (необходимость калибровки)​
• Различия в календарных отсечках снятия показаний на разных объектах​

5. Потери во внутридомовых системах потребителей

Существует такая причина небаланса, как потери во внутридомовых системах потребителей, которые выявляются в результате проведения обследования показаний приборов учёта.​

6. Потери тепловой энергии при транспортировке

Основные виды потерь:

• Теплопередача через изоляцию — остывание теплоносителя во время транспортировки из-за износа теплосетей и ухудшения изоляционных качеств теплопроводов​
• Потери из-за затопления каналов — нарушение влажностного режима работы теплоизоляции приводит к резкому увеличению теплопотерь​
• Несоблюдение температурного режима — перетопы без привязки температуры наружного воздуха к подаваемому ресурсу​
• Некорректная работа тепловых пунктов — обменные пункты на ЦТП и ИТП могут работать неэффективно​

При разумно спроектированной и гидравлически налаженной системе теплотрасс общая величина потерь обычно не превышает 5-7%.​

Методы устранения водного небаланса

Существует метрологический подход к устранению небаланса, при котором небаланс распределяется между всеми расходомерами пропорционально их метрологическим характеристикам (погрешностям измерения).​

Условие применимости: Фактический коэффициент небаланса Kнб должен быть меньше граничного значения (обычно 0,35-0,45). При Kнб>Kнбгр ситуацию следует считать метрологически неблагополучной и необходимо принимать меры по выявлению неисправных расходомеров.​

Методы диагностики и устранения небаланса масс

Алгоритм поиска причин небаланса

Рекомендации по устранению небаланса масс применимы только при работоспособном оборудовании теплосчётчика.​

Важные условия:

• ПРЭМ должен быть постоянно заполнен измеряемой жидкостью
• Должен быть электрический контакт между ПРЭМ и измеряемой жидкостью (подключены выравнивающие токопроводы)
• Отсутствие расхода по любому каналу относится к неисправности системы, а не к небалансу масс​

1. Проверка герметичности системы

Для закрытой системы:

1. Перекрыть обратку, убедиться в отсутствии расхода по прямой
2. Затем перекрыть прямую и убедиться в отсутствии расхода или отсутствии изменения знака расхода по обратке​

Интерпретация результатов:

• Наличие расхода по прямой при перекрытой обратке → утечки внутри системы
• Изменение знака расхода на обратке при перекрытой прямой → утечки внутри системы
• Наличие расхода по обратке без изменения знака → утечки вне системы​

Для открытой системы:

1. Отключить ГВС и убедиться в отсутствии расхода по ГВС
2. После этого предпринять действия для закрытой системы​

Внимание: При давлении на подающем трубопроводе более 6 кг/см² перекрывается только прямая труба во избежание прорыва системы.​

2. Контроль механического монтажа

Диагностические мероприятия:

• Проверить соосность установки прибора на трубопровод​
• Проверить соответствие размеров и правильность установки монтажных прокладок (при перекрытии канала погрешность возрастает)​
• Убедиться в полном заполнении канала водой и отсутствии возможности завоздушивания​
• Проверить правильность установки ПРЭМ (электронный блок вверх на горизонтальных трубах)​
• Убедиться в отсутствии пульсаций и завихрений потока на измерительном участке​

3. Контроль электрического монтажа

Диагностические мероприятия:

• Проверить качество соединения проводов выравнивания потенциалов и трубопровода​
• Убедиться в отсутствии дополнительного заземления точек выравнивания потенциалов​
• Убедиться в отсутствии электрического контакта и напряжения между минусом источника питания и точкой выравнивания потенциалов​
• Проверить наличие защитного токопровода​
• Убедиться в отсутствии потенциала между трубопроводами (при необходимости установить перемычки)​

4. Проверка состава теплоносителя

При высоком содержании примесей требуется:

• Снять и очистить канал ПРЭМ неабразивными веществами​
• Определить периодичность чистки экспериментальным путём в зависимости от качества теплоносителя​
• Установить магнитно-механический фильтр (не снимает проблему полностью, но увеличивает интервал нормальной работы)​

5. Устранение помех

При высоком уровне индустриальных помех и длинных кабельных линиях:

• Монтаж выполнять экранированным кабелем​
• Сигнальные провода и провода питания не должны находиться в одной экранирующей оплетке​
• Заземление экранированного кабеля только с одной стороны (со стороны вычислителя)​

6. Экспериментальная проверка

Используя запорную арматуру, можно:

• Изменить значения расходов теплоносителя (уменьшить или увеличить)​
• Зафиксировать разницу в показаниях при различных режимах​
• Определить, при каких расходах небаланс минимален​

Учёт потерь тепловой энергии и нормативы

Нормативы технологических потерь

Нормативы технологических потерь при передаче тепловой энергии разрабатываются по следующим показателям:​

1. Потери и затраты теплоносителей (пар, конденсат, вода)
2. Потери тепловой энергии в тепловых сетях теплопередачей через теплоизоляционные конструкции
3. Потери с потерями и затратами теплоносителей
4. Затраты электрической энергии на передачу тепловой энергии

Методы определения нормативных потерь

При определении фактических потерь тепловой энергии используются нормативные значения потерь, определяемые по нормам для тепловых сетей в зависимости от типа теплоизоляции.​

Формула расчёта потерь для участка:

Для подземной прокладки:

Для надземной прокладки:

где qнормqнорм — нормативный тепловой поток на 1 м длины, L — длина участка, k1,k2,k3 — поправочные коэффициенты на температурные условия.​

Расчёт недостающих значений

В системах автоматизированного учёта (например, ЛЭРС УЧЁТ) при отсутствии прямых измерений теплопотребления применяются расчётные формулы:​

При наличии данных по массе и температуре:

где Q — теплота (Гкал/ч), M — массовый расход (т/ч), T — температура теплоносителя (°С), Tхв — температура холодной воды (°С), Cp=0,001 Гкал/(т·°С).​

Отсутствующее теплопотребление:

где Q1 — теплота в подающей магистрали, Q2 — теплота в отводящей магистрали.​

Практические рекомендации

Требования к системе теплоснабжения

Для минимизации небаланса система должна соответствовать следующим требованиям:​

• Система должна быть герметичной — не должно наблюдаться подтеканий, капель
• Запорная арматура должна быть исправной
• Система должна полностью соответствовать проекту и не содержать неучтённых врезок
• Система должна быть освобождена от воздуха

Документирование результатов

По окончании работ по устранению небаланса необходимо составить акт с перечислением:​

• Причин небаланса масс на узле учёта
• Проведённых действий по устранению
• Часовых архивов работы приборов
• Параметров настройки вычислителя

Диспетчеризация узлов учёта

Современные системы диспетчеризации (например, ЛЭРС УЧЁТ) позволяют:​

• Оперативно контролировать состояние узлов учёта
• Отслеживать небаланс масс в реальном времени
• Архивировать параметры работы системы
• Дистанционно вмешиваться в настройки системы
• Проводить расчёт теплового баланса

Заключение

Небаланс по тепловой энергии и теплоносителю — это комплексная проблема, требующая системного подхода к диагностике и устранению. Основными факторами успешного решения проблемы являются:

• Правильный монтаж приборов учёта с соблюдением всех требований​
• Регулярное техническое обслуживание узлов учёта и систем теплоснабжения​
• Контроль качества теплоносителя и своевременная очистка оборудования​
• Применение систем диспетчеризации для раннего обнаружения проблем​
• Соблюдение допустимых значений небаланса (не более 4% для закрытых систем)​
• Своевременное выявление утечек и разгерметизации системы​

Понимание природы небалансов и применение научно обоснованных методов их устранения позволяет обеспечить корректный коммерческий учёт тепловой энергии и теплоносителя, что критически важно для справедливых расчётов между теплоснабжающими организациями и потребителями.​