Третья глава посвящена изложению тестовых методов диагностирования ОТЭ. В теплоэнергетике, безусловно, предпочтительнее использовать функциональные методы, реализация которых проходит в эксплуатационном режиме, прерывать который, особенно в течение отопительного сезона, весьма нежелательно. Однако во многих случаях добиться удовлетворительных результатов не удается с использованием методов функционального диагностирования. При этом практически неизбежной становится организация специальных режимов работы объекта, т.е. переход к тестовым методам.
Рассмотрению тестовых методов предшествует трактовка понятий достоверности и допустимости результатов измерений, используемых в процессе диагностирования. При этом под объектом диагностирования в данной главе понимается система теплопотребления с установленным на ней контрольно-измерительным оборудованием.
Результат измерения M расхода теплоносителя является достоверным, если |M-Mф| 0,01pM, и недостоверным в противном случае. Здесь Mф – фактический расход теплоносителя, p – допустимая погрешность (в процентах) измерения M.
В задачах учета тепловой энергии используется модельное представление объекта, опирающееся на отображение баланса потоков в системе теплопотребления: M1=M2 (M1=M2+Mгвс) для закрытой (открытой) системы теплопотребления, а так же модель объекта (в неизвестном в общем случае техническом состоянии) M1=M2+M* (M1= M2+Mгвс+M*) для закрытой (открытой) системы теплопотребления. Здесь M* – расхождение баланса потоков, которое не должно, согласно требованиям нормативной базы, превышать p(M1+ M2) для закрытой и p(M1+ M2+Mгвс) для открытой системы. Величина M* определяется многими факторами. Для простоты (без потери общности рассмотрения) ограничимся двумя из них, доминирующими на практике – инструментальными погрешностями измерительных приборов и утечками.
Величина M* связана с достоверностью результатов измерений M1, M2, и Mгвс, но однозначного заключения о достоверности не позволяет сделать. Однако она может и должна нести в себе конструктивный смысл. Причем он связывается не с верой в истинность результатов измерений, а с их приемлемостью для решений конкретной задачи (коммерческого учета теплоты). Введем другое понятие, отвечающее данному смыслу: результаты измерений являются допустимыми, если величина M* меньше допустимого порога (p % от суммы значений измеряемых величин), и недопустимыми в противном случае.
Процесс диагностирования ОТЭ (с учетом существующей практики эксплуатации и технического обслуживания ОТЭ) естественным образом распадается на два этапа:
1. Оперативное наблюдение за функционированием ОТЭ, результатом которого является информация о соответствии или несоответствии требованиям нормативной базы область возможных причин (дефектов), приведших к этому.
2. Анализ результатов наблюдения с целью определения дефектов ОТЭ.
Будем полагать, что техническое состояние ОТЭ определяется физическими дефектами оборудования теплового узла, средств измерений, а также «поведенческими» дефектами объекта. Поведенческие дефекты связываются с возникновением нештатных и критических (предаварийных) ситуаций, которые необходимо своевременно выявлять и устранять во избежание ситуаций аварийных. На первом этапе диагностирования выявляются нештатные или критические ситуации, приводящие к отклонениям от нормы в поведении объекта. В общем случае возникновение нештатной или критической ситуации может вызываться несколькими причинами, действующими одновременно. Очевидно, что при этом задача усложняется (по аналогии с задачей диагностирования кратных неисправностей).
Рассмотрим задачу диагностирования системы, когда на первом этапе выявлена нештатная ситуация, связанная с нарушением баланса потоков в закрытой системе теплопотребления, схематично представленной на рис.6а).
Рис. 6а Рис. 6б
Как и ранее, будем полагать, что рассогласование результатов измерений может быть вызвано двумя причинами – утечкой и погрешностями измерений расходомеров 1 и 2. При этом важно знать долю каждого из этих факторов в величине рассогласования расходов. Для решения задачи воспользуемся следующим приемом. Поменяем расходомеры местами (рис.6б), обеспечивая при этом неизменность всех прочих условий измерений, главное из которых - сохранение значений расходов в прямом и обратном трубопроводах. Если после такой замены картина не изменится (M11M22=M21–M12) то, очевидно, что причина не в погрешностях расходомеров, а в утечке. Если же в результате измерений согласно схеме рис.6б получим обратный результат (M11M22)= (M21M12), то рассогласование объясняется погрешностями приборов. Однако наиболее вероятны не эти крайние случаи, а другие, определяемые соотношениями: M11M22M21M12; M21M12(M21M12). При этом рассогласования вызываются совместным влиянием утечки и погрешностей расходомеров. На практике важно знать количественные характеристики этих величин.
Введем для упрощения следующие обозначения: M11=а, M22=b, M21=с, M12=d; Δ1(Δ2) – погрешности расходомеров в долях; 1(2) – в процентах; k1=1+Δ1, k2=1+Δ2.. Назовем k1 и k2 коэффициентами погрешностей расходомеров. Далее сформулируем формальную постановку задачи диагностирования.
Дана система четырех уравнений: k1M1=a, k2M2=b, k2M1=с, k1M2=d. Необходимо определить количественные характеристики неизвестных системы.
Приведенная выше система имеет бесконечное множество решений. Для сужения множества решений с целью перехода к области «рабочих значений» примем допущение о том, что относительная погрешность каждого расходомера не может превышать (по модулю) 20%. Исходя из этого, построим графические и аналитические зависимости для определения интервалов искомых значений переменных системы.
Обозначим k=k2/k1. Величина k определяется из системы уравнений: k=b/d=c/a. Далее имеем: k2=kk1, 1+Δ2=k(1+Δ1), Δ2=k-1+kΔ1. Умножив обе части последнего уравнения на 100, получим 2=100(k–1)+k1. Сопоставим оси абсцисс 1, оси ординат 2 и ограничим пространство прямыми 1=20%, 2=20% , 1=-20%, 2=-20%, что соответствует принятому ограничению относительно “рабочих” решений. На рис. 7 приведена номограмма, отражающая графики прямых, уравнений 2=100(k–1)+k1 и вписанные в область рабочих решений.
 Из номограммы для любого конкретного значения k несложно определить граничные значения искомых величин погрешностей расходомеров и расходов в подающем и обратном трубопроводах. Однако получаемые при этом «интервальные» решения нельзя признать удобными для дальнейшего использования. На практике первоочередной интерес
Рис.7
представляют не значения погрешностей приборов измерения расходов, а то, насколько они рассогласованы, то есть насколько расходятся их показания при измерении одинаковых величин. То же можно сказать и о расходах. Интерес представляют в основном не конкретные значения M1, M2 и даже не конкретное значение их разности (утечки), а относительная утечка, показывающая, насколько велики относительные потери теплоносителя в системе. С учетом этого модифицируем постановку задачи и в качестве искомых величин примем относительную утечку M и относительную разность коэффициентов погрешностей k расходомеров:
(10) M (%) = 100( M1 – M2) / (0,5(M1 + M2)),
(11) k (%) = 100(k1 k2) / (0,5(k1 + k2)).
Показывается, что решением системы четырех уравнений относительно переменных M (%) и k (%) являются выражения:
M (%) = 100 (a d) / (0,5(a + d)) или M (%) = 100 (c b) / (0,5(c + b)),
k (%) = 100(a c) / (0,5(a + c)) или k (%) = 100(d b) / (0,5(d + b)).
Далее приводится решение задачи диагностирования применительно к более сложному классу систем теплопотребления - открытым системам, т.е. таким, из которых производится отбор теплоносителя на нужды горячего водоснабжения. Рассмотрение ведется для другого класса кратных дефектов, а именно для погрешностей расходомеров (переменные k1 и k2) и перетока из системы холодного водоснабжения в систему отопления (переменная Mхв). Исходной для решения задачи является система уравнений k1M=a, k2(M+Mхв)=b, k2M=с.
Рассмотренные выше методы базируются на предположении о постоянстве расхода теплоносителя при выполнении процесса диагностирования. Однако данное ограничение является практически не выполнимым. С целью его устранения рассматривается не четыре конкретных результата измерения a, b, c, d в системе уравнений (применительно к задаче диагностирования закрытой системы), а четыре последовательности результатов измерений A=a1, a2, ..., an , B=b1, b2,…, bn и C=c1, c2,…, cm , D=d1, d2,…, dm, полученные в моменты времени t1, t2, . . , tn, соответствующие измерениям при первоначальном расположении расходомеров (рис.6а) и в моменты времени t1, t2,…, tm, соответствующие измерениям после перестановки расходомеров (рис.6б). При этом предполагается, что отсчет времени после перестановки расходомеров ведется заново, начиная с t1.
Представим системы уравнений в модифицированном виде:
(12)  i = 1, 2, . . . , n; j = 1, 2, . . ., m
Показывается, что при выполнении равенства aibi=cjdj обеспечивается равенство расходов в моменты времени ti и tj. Вполне вероятно, что точное равенство не соблюдается ни на одной паре значений ti и tj. В этом случае можно воспользоваться приближенным решением (13), заключающимся в выборе пары ti и tj c минимальным отклонением от нуля значения i,j в %
(13)  .
Предлагается алгоритм поиска искомой пары ti и tj, позволяющий перейти от перебора n×m к перебору максимум n+m вариантов.
В четвертой главе рассматривается специфика решения задачи учета и регулирования теплопотребления для системы объектов. Под системой P понимается множество P={P1,…, Pi,…, Pn} объектов-потребителей, питаемых от одного источника тепловой энергии, суммарное теплопотребление которых равно теплопотреблению всей системы. Система P называется полной, если в ней организованы измерения параметров теплопотребления, как для всей системы, так и для каждого из ее объектов. В противном случае (реализованы измерения для m из n объектов), система является неполной. Представляет интерес дифференцировать общую экономию, выделив в ней две части – за счет приборного учета (измерения) и за счет регулирования теплопотребления.
Наиболее актуальна задача анализа эффективности приборного учета и регулирования для неполной системы. В работе исследуется, с использованием результатов главы 2, неполная конкретная система ООО «Радиоприбор», включающая 15 объектов, 11 из которых оснащены приборами учета и регулирования теплопотребления. Приводятся выражения для определения общего эффекта Qэфф и его составляющих Qуч (Qрег), полученных за счет учета (регулирования):
(14) Qэфф = ∑ni=1 Qiнорм+ Qпот - Qизм , Qiнорм = T Qiмакс(tiвн-tнв)/( tiвн-tмин),
где Qiнорм – нормативное теплопотребление объекта Pi, Qпот – потери тепла в каналах транспортировки теплоносителя, Qiмакс – максимальное часовое потребление объекта Pi при минимальной среднесуточной температуре наружного воздуха tмин, T – интервал времени в часах,
(15) Qрег=∑mj=1 Qjрег,
(16) Qуч = Qэфф- Qрег, Qрег=∑mj=1 Qjрег.
Величина Qjрег регулирования для каждого из m объектов определяется с использованием методики оценки экономического эффекта регулирования (последний раздел главы 2).
Зачастую на практике установку приборов учета и регулирования первоначально выполняют не на всех объектах системы, а тех из них, нормативное теплопотребление которых велико по сравнению с остальными. Это объясняется естественным стремлением получить наибольший эффект при ограниченных капитальных затратах. С этой точки зрения важно знание величины Q*, включающей суммарное теплопотребление части системы, не охваченной учетом и регулированием, а так же потери в трубопроводах системы, поскольку величина Q* позволяет судить о целесообразности работ по учету и регулированию на остальных объектах системы. Показывается, что
(17) Q*= ∑n-mj=1 Qjфакт + Qпот= Qизм -∑mi=1 Qiизм.
|
