30 Оперативная оценка реальных тепловых потерь при

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
Новости теплоснабжения № 11 (ноябрь), 2010 г.
30
Оперативная оценка реальных тепловых потерь
при транспорте пара и горячей воды
В.Л. Гудзюк, ведущий специалист,
Е.В. Шомов, аспирант, инженер-теплоэнергетик,
ООО НТЦ «Промышленная энергетика», г. Иваново
Введение
Действующие сегодня Правила учета тепловой
энергии и Правила эксплуатации теплоиспользующих установок предусматривают учет в коммерческих расчетах тепловых потерь трубопроводов:
■ по проектным или нормативным данным (т.е.
не факт, что теплопотери такие на самом деле);
■ по результатам периодических испытаний,
например, 1 раз в 5 лет (т.е. не по реальному
значению, а по тому, которое было при проведении последних таких испытаний).
В журнале НТ вопрос оценки фактических
тепловых потерь поднимался в статье В.Г. Семенова еще в 2003 г. [1], в которой убедительно показаны недостатки существующей ситуации в
данном вопросе и пути решения проблемы за
счет использования коммерческих приборов
учета. Впоследствии данная тема также обсуждалась на страницах журнала, предлагались соответствующие методики [2-4].
Прошло 7 лет. Количество установленных
приборов учета в секторе ЖКХ значительно увеличилось. «А воз и ныне там». Актуальность вопроса не снизилась.
Можно только надеяться, что обязательное
применение приборов учета, предусмотренное
новым Федеральным законом от 23.11.2009 г.
№ 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…» неминуемо сведет использование проектных данных и
данных периодических испытаний к минимуму.
Но официальных рекомендаций, как оперативно (например, ежемесячно) в эксплуатационных условиях, используя данные приборов
учета источника и потребителя, оценивать фактические тепловые потери в водяных и паровых
сетях, нет. 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 ее по
трубопроводам до конкретного потребителя.
Имеются Методические указания по составлению энергетической характеристики для систем транспорта тепловой энергии водяными тепловыми сетями по показателю «тепловые потери» (СО 153-34.20.523-2003, часть 3), утвержденные Приказом Минэнерго России № 278 от
30.06.2003 г. (далее – Методические указания). В
соответствии с п. 3.1.5 Методических указаний,
месячные тепловые потери тепловой сети определяются исходя из часовых тепловых потерь
при среднегодовых (среднесезонных) условиях,
пересчитанных на средние температурные условия соответствующих месяцев, и количества часов работы сети в данном месяце. При этом
предлагается для определения фактических тепловых потерь использовать соответствующие
формулы из Методических указаний 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, состоят в следующем.
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 ее теплопроводности и теплоотдачи от тепловой изоляции к воздуху, которые, как правило, существенно отличаются от фактических значений.
3. В расчетных формулах используются поправочные коэффициенты, 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. Семенова и других авторов
предлагается для определения фактических
тепловых потерь трубопровода горячей воды и
пара в эксплуатационных условиях использовать не только приборы учета поставщика и потребителя, но и характеристику тепловой сети
kF(i), которая необходима в тех случаях, когда не
все потребители имеют приборы учета.
Суть предложения
и его краткое обоснование
Общий поток теплоносителя, выходящий с
источника тепла, можно рассматривать как сум-
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
учета, измеряющих расход влажного пара и вычисляющих его энтальпию.
В этом случае определить энтальпию пара
на входе у потребителя и, соответственно, потери тепловой энергии потока пара от источника до данного потребителя можно, если по результатам измерений с помощью портативного
расходомера вычислить комплекс 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 остается практически
постоянным в широком диапазоне изменения
расхода и параметров теплоносителя, можно
из выражения:
(3)
kF(i)=G(i).(h0 –hki)/(tср–tн), ккал/ч.ОC
где G(i) – массовый расход потока теплоносителя
для данного потребителя, кг/ч; h0 – энтальпия теплоносителя на выходе с источника, ккал/кг; hki –
энтальпия пара на входе данного (i-го) потребителя, ккал/кг; tср=(t0 –tk)/2 – средняя температура
теплоносителя на участке трубопровода от источника до данного потребителя, ОC; tн – средняя температура наружного воздуха, ОC.
Это выражение получено из условия равенства количества потерянной тепловой энергии
Новости теплоснабжения № 11 (ноябрь), 2010 г.
реклама
му потоков для каждого потребителя. Массовый
расход потока теплоносителя для конкретного
потребителя регистрируется его прибором учета. 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, величина тепловых потерь, приходящихся
на конкретного потребителя за расчетный период, по прямому трубопроводу может быть определена по разнице показаний коммерческих
приборов учета на источнике и у потребителя по
уравнению теплового баланса.
Для конкретного потребителя:
(1)
Qп.i = Gi .h0 – Gi .hk, ккал/ч
где Gi – расход теплоносителя от источника к
данному потребителю, определяемый у потребителя, кг/ч; h0 и hk – энтальпия теплоносителя
соответственно на выходе с источника и на входе у конкретного потребителя, ккал/кг.
Для всей тепловой сети по данному выводу с
источника:
(2)
Qп=∑Qп.i , ккал/ч
При транспорте влажного пара задача усложняется известным несовершенством приборов
31
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
Новости теплоснабжения № 11 (ноябрь), 2010 г.
32
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 расчету, которое всегда может быть
проверено совместно по эксплуатационным
(коммерческим) приборам учета поставщика и
потребителя тепловой энергии, теплосодержание теплоносителя (влажного пара) на входе потребителя можно определить по формуле:
hki=h0–kF(i).(tср–tн)/G(i), ккал/кг
(4)
Часовые потери тепловой энергии потока
теплоносителя от источника до данного потребителя определяются по формуле:
Qп.i=kF(i).(tср–tн), ккал/ч
(5)
Следовательно, если испытаниями или расчетом величина комплекса kF(i) для участка трубопровода от источника до конкретного 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:
(6)
Qп=∑G(i)(h0–hki), ккал/ч
Естественно, что все вышеизложенные рассуждения относятся к конкретному, имеющему прибор учета, выводу с источника теплоснабжения.
Для реализации рассматриваемого подхода
оценки тепловых потерь теплоносителя требуется знание комплекса kF(i). Он может быть получен расчетом трубопровода или измерениями
при текущей эксплуатации трубопровода по
данным двух приборов учета: 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 расчеты показывают, что коэффициент теплопередачи изолированного трубопровода пара и горячей воды, а следовательно,
и комплекс kF(i) остаются практически постоянными в эксплуатационном диапазоне изменений
величин h0, hki, tср, tн 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 расчета 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 учета у потребителя нет, но есть значение комплекса kF(i), определенное с помощью эксплуатационных измерений.
Если теплоноситель – горячая вода, расход
теплоносителя G(i) постоянный, то и отношение
Bi=kF(i)/[cpG(i)]=(t0–tk)/(tср–tн) – есть безразмерная
величина, постоянная для трубопровода от источника до данного потребителя при постоянном расходе теплоносителя, где cp – теплоемкость воды,
принимаемая равной 1 ккал/(кг ОC). В этом случае
часовые тепловые потери горячей сетевой воды
по подающему трубопроводу от источника до потребителя определяются по формуле:
(7)
Qп.i=Bi.G(i).cр.(tср–tн), ккал/ч
Для оперативного определения и контроля
тепловых потерь по подающему трубопроводу
пара или горячей воды необходимо и достаточно:
■ иметь реестр потребителей, для которых
расчетом или измерениями определен постоянный параметр трубопровода Bi (при постоянном
расходе теплоносителя) или kF(i) (при переменном расходе теплоносителя) от источника до
потребителя;
■ иметь прибор учета 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 определен по
диаметру сопла элеватора и манометрам теплового пункта или портативным расходомером);
■ иметь прибор учета на источнике тепла, регистрирующий температуру воды (или параметры пара) подающего трубопровода;
■ иметь данные о средней температуре наружного воздуха.
Расчеты по этим данным и приведенным выше формулам могут быть выполнены автоматически с использованием простой программы
вычислителя прибора или компьютера.
Тепловые потери обратного трубопровода
можно определить, используя этот же принцип.
Преимущества предлагаемой методики
По сравнению с ныне существующей практикой, предлагаемая методика обладает следующими преимуществами.
1. В значительной мере устраняются вышеуказанные недостатки определения тепловых
потерь трубопровода, повышается информативность и объективность данных о тепловых
потерях трубопровода.
2. Появляется возможность более объективной оценки и контроля состояния всей тепловой
сети любой протяженности.
3. Нет необходимости отключения потребителей при испытаниях тепловой сети с целью
определения тепловых потерь.
Литература
1. Семенов В.Г. Определение фактических тепловых потерь через теплоизоляцию в сетях централизованного
теплоснабжения // Новости теплоснабжения, 2003. № 4.
С. 30-33.
2. Хромченков В.Г., Иванов Г.В., Хромченкова Е.В. Определение потерь тепла в тепловых сетях // Новости теплоснабжения, 2006. № 6. С. 39-43.
3. Байбаков С.А., Тимошкин А.С. Методики определения и
оценки фактических тепловых потерь через изоляцию в
водяных тепловых сетях систем централизованного теплоснабжения без отключения потребителей // Новости
теплоснабжения, 2009. № 5. С. 38-44.
4. Байбаков С.А. К вопросу о методах и проблемах определения фактических тепловых потерь в тепловых сетях //
Новости теплоснабжения, 2010. № 6. С. 36-39.
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
вопросе выгодности, для одного из них, использования изложенного предложения.
Данная методика широко используется нами
в течение нескольких лет при обследовании
крупных систем централизованного теплоснабжения.
Новости теплоснабжения № 11 (ноябрь), 2010 г.
реклама
4. Снижаются стоимость и сроки определения тепловых потерь тепловой сети.
5. Появляется возможность реального автоматизированного мониторинга состояния больших тепловых сетей как поставщиком тепловой
энергии, так и потребителем (как с привлечением сторонней организации, так и собственными
силами).
6. Появляется возможность разрешения
споров между источником теплоснабжения и
потребителем по вопросам использования во
взаимных расчетах данных о тепловых потерях
большой тепловой сети, например, в системе
теплоснабжения крупного 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 партнеры между собой взаимопонимание в
33