Обеспечение жилой застройки инженерными коммуникациями является важным аспектом повышения комфортности проживания. Проживание в индивидуальном доме отличается большим потреблением воды на хозяйственные нужды без последующей утилизации: полив огорода, сада, потребление воды людьми и животными и т.д. Чтобы не оплачивать услуги по водоотведению за потребленную воду, требуется установка приборов учета сточных вод. Счетчик покажет, что реально в канализацию уходит гораздо меньше воды, чем поступает в дом.
Расходомер сточных вод представляет собой высокотехнологичный прибор, имеющий в своей конструкции электронные компоненты и обеспечивающий точность и надежность измерений. Исполнение приборной базы и узлов прибора позволяет работать в химически агрессивных средах, без потери надежности и точности проводимых измерений.
Счетчики канализации разделяются на следующие виды в зависимости от того, какой принцип действия лежит в основе их работы:
По методу измерений приборы учета стоков разделяются на два вида:
Высокоточные приборы, предназначенные для измерения количества жидких нечистот. Измерения происходят с помощью датчиков по методу «площадь-скорость», которые легко устанавливаются в коллекторе. Используются в открытых каналах, самотечных системах, безнапорных трубопроводах, в промышленной сфере для коммерческого учета. При комплектации приборов гидростатическими датчиками помимо контроля за объемами сброса осуществляется мониторинг за наполнением канализационной сети.
Монтаж осуществляется внутри трубопровода или каналах без проведения дополнительных строительных работ.
Работа ультразвуковых датчиков основана на измерении разности времени прохождения импульсов ультразвукового колебания по направлению движения потока жидкости и против него. На измерительном участке устанавливаются датчики (пьезоэлектрические преобразователи), которые инициируют возбуждение этих импульсов.
Ультразвуковой датчик устанавливается под углом относительно сечения потока. Скорость может измеряться по одному или двум лучам ультразвуковых колебаний. Датчики работают попеременно, сначала в качестве излучателя, затем в качестве приемника. Движение жидкости вызывает изменение времени полного распространения сигналов по потоку и против него. На основе полученных сигналов определяется скорость и объем стоков в трубопроводе.
Достоинства приборов данного типа заключается в их универсальности, возможности установки в трубопроводах любой геометрии диаметром до 9 м. Измерения происходят в любом направлении потока. Сооружение дополнительных колодцев или измерительных камер для установки прибора не требуется.
К недостаткам приборов можно отнести необходимость постоянной очистки датчиков. Неоднородность стоков, наличие пузырьков, взвеси снижают достоверность показателей. Погрешность измерений достигает 5%.
Это простые, но надежные приборы для измерения объема сточных вод, в том числе неочищенных. Применяют на самотечных и напорных канализационных системах , при условии, что давление в напорных стоках не превышает 40 бар.
Принцип действия измерителей объема стоков основан на измерении электродвижущей силы (ЭДС), которая возникает в сточных водах при прохождении через искусственное магнитное поле. Скорость потока жидкости прямо пропорциональна возникающей ЭДС, которая преобразуется в сигнал, поступающий на дисплей прибора контроллера. Измерение объемов стоков возможно только в том случае, если они проводят электрический ток, так как действие приборов основано на законе Фарадея (магнитной индукции). Жидкость, которая проходит через магнитное поле выступает в роли подвижного сердечника. Она инициирует электрический ток, зависящий от скорости движения стоков.
Достоинство электромагнитных приборов заключается в их универсальности, они позволяют измерять любые виды жидких отходов, проводящих электрический ток, включая неочищенные стоки. Приборы стабильно показывают высокоточные данные при условии наличия системы самоочистки электродов.
Обратите внимание! К недостаткам можно отнести нестабильную работу при наличии сильных электромагнитных помех. Стоимость расходомеров зависит от диаметра трубы или канала, так как исполнение первичного преобразователя должно быть всегда полнопроходное.
Область применения приборов – безнапорные открытые и закрытые канализационные каналы. Принцип действия заключается в измерении уровня и средней скорости потока. Измерения проводятся постоянно. Размеры канала, информация о текущем значении уровня потока позволяют вычислить текущее значение поперечной площади сечения стоков. Объем стоков определяется как произведение расхода проходящих нечистот за единицу времени измерения. Производительность прибора определяется как произведение сечения потока на его скорость.
Прибор представляет собой устройство с закрепленным на оси рычагом, на котором жестко прикреплен сферический поплавок. На другом конце рычага установлен датчик угла отклонения рычага относительно вертикали к горизонтальной линии. При отсутствии стоков рычаг находится в вертикальном положении. При наличии стоков поплавок поднимается или опускается, меняя угол наклона в зависимости от уровня стоков в трубе. Через показания угла наклона определяется уровень нечистот.
Для измерения скорости используется другой узел, представляющий собой поворотную лопасть из нержавеющей стали. Лопасть закреплена на оси. Один конец лопасти свободно опускается в жидкие отходы. На оси закреплен датчик, который показывает скорость потока по углу отклонения лопасти в зависимости от силы течения.
Данные приборы обеспечивают высокую точность измеряемых параметров учета стоков вне зависимости от наличия загрязнений в трубе и других факторов.
Перед тем как выбрать модель расходомера, необходимо знать, какие требования предъявляются к системе канализации и какой тип водоводов используется.
Сети канализации можно разделить на открытые и закрытые. Закрытые сети делятся на напорные и безнапорные. К безнапорным относятся и открытые каналы. По напорным каналам стоки движутся под воздействием насосов, в безнапорных, а также открытых – самотеком из-за наклона трубопровода.
Для измерения в напорных трубопроводах используют приборы с датчиками. Электромагнитные или ультразвуковые расходомеры подбираются исходя из учета расчетных расходов стоков.
Наладить учет сточных вод в самотечных трубопроводах – более сложная задача. Открытые или закрытые каналы характеризуются движением нечистот самотеком под действием силы тяжести с небольшой скоростью.
Приборы, измеряющие только уровень жидкости, дают показания для дальнейшего расчета объемов стоков с учетом данных сечения канала. Для открытых каналов используют рычажно-маятниковые расходомеры.
Более точные результаты дают приборы второго вида, измеряющие по принципу «площадь-скорость». Уровень жидкости в безнапорных каналах не имеет постоянного значения. В частном доме слив может происходить периодически, там слив будет незагруженным основное время, поэтому используются данные по площади потока, его скорости за промежуток времени.
Для измерения скорости в безнапорных закрытых каналах используют ультразвуковые и электромагнитные расходомеры. Конкретные модели подбирают в зависимости от диаметра трубопровода.
Узел учета сточных вод представляет собой совокупность средства измерения расходов сточной воды, колодца, для размещения приборов учета и их технического обслуживания, и отрезка трубы, на котором производятся измерения. Средства измерения состоят из первичного преобразователя (датчика) и вторичного преобразователя, в котором происходит обработка, хранение и отображение измеренной информации. Колодец сооружают специально на данном участке трубопровода. Трубопровод должен быть прямолинейным в отрезке измерений стоков.
Перед выбором типа расходомера требуется оценка необходимости и целесообразности установки прибора учета и выбор места для монтажа прибора.
При устройстве узла учета в индивидуальной застройке, место следует выбирать до точки соединения с общей канализацией.
При выборе средств измерений прибор должен регистрировать значения расхода стоков во всем диапазоне расходов для имеющегося диаметра трубопровода. Точность измерений должна быть высокой, допускается погрешность не более 5 %. Система учета должна аккумулировать всю информацию, предоставлять сведения о суммарном накопительном объеме, периодах измерений и простоя. Энергоснабжение расходомера должно быть бесперебойным с запасным источником питания.
Участок трубопровода, где устанавливается прибор учета, должен быть прямолинейным. Располагать расходомер следует в самой нижней части индивидуальной канализационной сети, где находится максимальное заполнение трубопровода.
На каждый узел требуется проект, который согласовывается с ведомствами и организациями, обслуживающими канализационные сети. После получения всех разрешительных документаций и выполнения проекта заключается договор на абонентское обслуживание.
Ультразвуковой расходомер сточных вод в действии:
       |
|
Выпускается с уже готовыми ультразвуковыми преобразователями на диаметры: 15, 25, 32, 50, 65, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400 мм!
Специально создан и идеален для применения водоканалам, на КНС, объектах ЖКХ, энергетики, промышленности!
Для учета объема и расхода напорных бытовых и сточных вод, химических отходов, фекальных стоков, в КНС и пр. применяются точно такие же комплекты расходомеров, как и для Учета воды
Счетчик-расходомер для канализации следует устанавливать соблюдая следующие правила:
ВНИМАНИЕ! Главными условиями корректной работы расходомера воды US-800 являются полное заполнение сечения УПР жидкостью.
Для того, чтобы избежать возможных ошибок измерения и сбоев из-за присутствия газовых или воздушных включений необходимо следовать следующим рекомендациям:
Гальваническая развязка
первичного преобразователя (трубы) от электронного блока.
ЕДИНСТВЕННЫЙ РАСХОДОМЕР В РОССИИ!!
ВСЯ ПРОДУКЦИЯ СЕРТИФИЦИРОВАНА!
| ИСПОЛНЕНИЯ РАСХОДОМЕРА US-800 | ЭБ обслуживает 1 однолучевой УПР, один канал измерения, на УПР врезаны 2 датчика (1 луч) |
ЭБ обслуживает 2 однолучевых УПР, два независимых канала измерения в одном электронном блоке, на каждый УПР врезаны 2 датчика (1 луч), удобен в многоканальных системах, в составных теплосчетчиках |
ЭБ обслуживает 1 двухлучевой УПР, один канал измерения, на УПР врезаны 4 датчика (2 луча), отличается повышенной точностью 0.5-1%, требует минимум прямых участков при монтаже. |
 |
 |
 |
| ДУ от 15 до 1400 мм | ДУ от 15 до 1400 мм | ДУ от 50 до 1400 мм |
Электронный блок имеет
большой светодиодный (сегментный) индикатор, на который выводятся расход (м3/ч), объем (м3), время (час)
безотказной работы прибора. Дополнительно и по заказу:
|
Возможные цифровые выходы с электронного блока US-800 исполнений 11, 13, 21, 23, 31, 33 |
|
Цифровой интерфейс RS485 Поддержка протоколов передачи данных по RS485: DCON , Modbus (по заказу) |
|
| Нагрузочная способность электронного блока позволяет объединять до 32 шт расходомеров в один сегмент сети. При использовании репитеров RS485/RS485 сеть может быть расширена до 256 шт расходомеров. |
|
Ультразвуковой преобразователь расхода УПР (с уже установленными датчиками ПЭП) представляет собой отрезок трубы, на торцах которого приварены два фланца, и в средней части расположены датчики ПЭП.На трубы диаметрами 250-2000 мм также предлагаются комплекты без УПР - с КМЧ -комплекты датчиков и монтажных частей для врезки на трубу (или изготовления УПР) по месту эксплуатации. Комплект с КМЧ требует квалифицированного монтажа!
УПР или КМЧ обязателен в комплекте!
УПР бывают двух видов в зависимости от количества измерительных лучей: однолучевые и двухлучевые
.
Также различаются способами присоединения (фланцевые или под сварку
) и материалами изготовления 12Х18Н10Т (нерж.сталь) и ст20 (черн.сталь)
: см.таблицу ниже.
| ИСПОЛНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ РАСХОДА УПР | ||
| ОДНОЛУЧЕВЫЕ врезка пары датчиков
по диаметру.
|
ДВУХЛУЧЕВЫЕ Врезка двух пар датчиков по хордам. |
Примечание: Макс давление, Макс температура, Степень пылевлагозащиты. |
| УПР 15, 25
нерж.12Х18Н10Т, резьбовое соединение  |
1.6 МПа, +120 °С, IP65 |
|
| УПР 15, 25, 32, 40, 50, 65
|
УПР 50, 65, 80, 100
нерж.12Х18Н10Т, фланцевое соединение  |
1,6 МПа, +120 °С, IP65 |
УПР 80, 100, 150, 200, 250, 300
 |
УПР 150, 200, 250, 300
нерж.12Х18Н10Т, фланцевое соединение  |
1,6 МПа, +150 °С, IP65 |
 |
УПР 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400
сталь20, фланцевое соединение  |
1,6 МПа, +150 °С, IP65 |
УПР 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400
 |
УПР 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400
сталь20, бесфланцевые под сварку  |
1,6 МПа, +150 °С, IP65 |
| КМЧ однолуч. 200-2000
|
КМЧ двухлуч. 200-2000
беструбный вариант, УПР нет в комплекте. Сталь20, комплекты монтажных частей (бобышки, гайки, датчики) для монтажа на трубу по месту эксплуатации
|
2,5 МПа, +150 °С, IP65 |
|
Примечания:
1) Все фланцевые соединения могут комплектоваться ответными фланцами и крепежом (за доп.плату). Материал всех фланцев сталь20, фланцы по ГОСТ 12820-80. Дополнительно и по заказу:
|
||
Соединительный КАБЕЛЬ от ЭБ до УПР трубы (по заказу до 500 метров).
Кабель коаксиальный 50 Ом, типа РК-50, для соединения УПР и ЭБ.
Марка кабеля РК-50-2-11.
При заказе кабеля обращайте внимание на количество датчиков на УПР!
Кабель обязателен в комплекте!
Комплект сопроводительной технической документации: паспорт, руководство по эксплуатации и монтажу, копии сертификатов.
| Счетчик-расходомер сточных вод US-800 измеряет расход в зависимости от диаметра условного прохода ДУ УПР в соответствии с таблицей | |||||
| ДУ, мм | Объемный расход, куб.м/час | ||||
| Q макс максимальный | Q р1 переходный Т | Q р2 переходный Т>60° С |
Q мин1 минимальный Т |
Q мин2 минимальный Т>60° С |
|
| 15 | 3,5 | 0,3 | 0,2 | 0,15 | 0,1 |
| 25 | 8 | 0,7 | 0,5 | 0,3 | 0,25 |
| 32 | 30 | 2,2 | 1,1 | 0,7 | 0,3 |
| 40 | 45 | 2,7 | 1,3 | 0,8 | 0,4 |
| 50 | 70 | 3,4 | 1,7 | 1,0 | 0,5 |
| 65 | 120 | 4,4 | 2,2 | 1,3 | 0,65 |
| 80 | 180 | 5,4 | 2,7 | 1,6 | 0,8 |
| 100 | 280 | 6,8 | 3,4 | 2 | 1 |
| 150 | 640 | 10,2 | 5,1 | 3 | 1,5 |
| 200 | 1100 | 13,6 | 6,8 | 4 | 2 |
| 250 | 2000 | 17 | 8,5 | 10 | 5 |
| 300 | 2500 | 20,4 | 10,2 | 12 | 6 |
| 350 | 3500 | 23,8 | 11,9 | 14 | 7 |
| 400 | 4500 | 27,2 | 13,6 | 16 | 8 |
| 500 | 7000 | 34 | 17 | 20 | 10 |
| 600 | 10000 | 40,8 | 20,4 | 24 | 12 |
| 700 | 14000 | 47,6 | 23,8 | 28 | 14 |
| 800 | 18000 | 54,5 | 27,2 | 32 | 16 |
| 900 | 23000 | 61,2 | 30,6 | 36 | 18 |
| 1000 | 28000 | 68 | 34 | 40 | 20 |
| 1200 | =0,034 х ДУ х ДУ | =0,068 х ДУ | =0,034 х ДУ | =0,04 х ДУ | =0,02 х ДУ |
| 1400 | =0,034 х ДУ х ДУ | =0,068 х ДУ | =0,034 х ДУ | =0,04 х ДУ | =0,02 х ДУ |
| 1400-2000 | =0,034 х ДУ х ДУ | =0,068 х ДУ | =0,034 х ДУ | =0,04 х ДУ | =0,02 х ДУ |
| Краткие технические характеристики расходомера для стоков (счетчика сточных вод) | |
| Критерии заполнения трубопровода жидкостью | всегда должен быть заполнен жидкостью в месте измерения |
| Температура измеряемой жидкости | 0...+120(+150)°С |
| Давление жидкости в трубопроводе | до 1.6 МПа |
| Температура окр.среды в месте установки ЭБ | +5...+50°С |
| Температура окр.среды в месте установки УПР | -40...+60°С |
| Степень пылевлагозащиты ЭБ / УПР | IP65 / IP65 (IP68) |
| Длина прямолинейных участков (однолучевой УПР) 15-2000 мм | 10 Ду ДО и 3 Ду ПОСЛЕ |
| Длина прямолинейных участков (двухлучевой УПР) 15-2000 мм | 5 Ду ДО и 1 Ду ПОСЛЕ |
| Напряжение питания | 220 В (18-24-36 В пост.тока стпецзаказ) |
| Индикация | 9 знакомест, сегментный индикатор |
| Максимальная потребляемая мощность | 7 Вт |
| Длина соединительных кабелей от УПР до ЭБ | до 200 метров (до 500 спецзаказ) |
| Межповерочный интервал | 4 года |
| Полный средний срок службы | 25 лет |
| Срок гарантии | 18 месяцев |
Традиционный метод учета сточных вод – это определение их объема по счетчику на водопроводной трубе. Логика такого подхода проста – считают, что большая часть воды, поступившая к точке водоразбора, попадает в канализацию. Однако, это не всегда так.
Часть вода может быть израсходована на полив или другие нужды без последующего отвода в канализационную систему. Такой прибор, как счетчик сточных вод, чрезвычайно полезен на предприятиях, где количество сточных вод, попадающих в канализацию, значительно меньше объема поступившей воды.
Современные устройства учета представляют собой высокотехнологичные изделия с наличием электронных компонентов. Эти устройства обеспечивают точность и надежность проводимых измерений.
Исчисления проводят в открытых каналах или трубопроводах, в которых могут присутствовать химически агрессивные вещества и взвешенные частицы. Поэтому все приборы учета стоков конструктивно приспособлены к работе с агрессивными и сильно загрязненными жидкостями.
По принципу действия счетчики сточных вод разделяют на два вида:
|
|
Ассортимент расходомеров для сточных вод включает в себя следующие типы приборов:
Помимо стационарных измерительных приборов, используют портативные устройства, которые применяют для временной замены снятых расходомеров. Портативные счетчики снабжены ультразвуковыми датчиками. Устройства могут работать весь день от аккумулятора, а ночью ставиться на подзарядку. С помощью адаптера может быть организовано их бесперебойное питание.
Прежде чем выбрать необходимый тип расходомера, нужно оценить целесообразность проведения таких измерений и подобрать место для монтажа прибора.
В случаях, если объекты, которые являются производителями сточных вод, располагаются в зонах плотной застройки, организация учета стоков зачастую бывает невозможной. Для подтверждения технической невозможности установки расходомера выдается специальное заключение.
Если решение об установке расходомера принято, то тип прибора должен быть определен в зависимости от особенностей объекта. Обычно расходомер устанавливают на действующих сетях в специальных колодцах.
Уже имеющиеся в сетях смотровые колодцы использовать нецелесообразно. Это связано с тем, что смотровые колодцы располагают в местах поворота трубопровода или изменения уровня его положения.
Это противоречит правилу, что измерительные приборы должны монтироваться на прямолинейном участке.
При организации учета и можно столкнуться с двумя проблемами, которые влияют на точность проводимых измерений, это – подпоры и заиливание.
Причины появления подпоров:
Засоры можно устранить прочисткой сточной канализации, а остальные проблемы решают проведением ремонтных работ.
Причины заиливания:
Во избежание неточностей измерений, перед тем, как проводить расчет объема сточных вод, необходимо позаботиться о приведении системы в полный порядок.
Для получения корректных результатов учета стоков необходимо:
Сточные воды в канализационных системах могут перемещаться по напорным и безнапорным сетям.
В напорных сетях жидкости перемещаются под воздействием насосов, а в безнапорных – самотеком, благодаря уклону трубопровода.
Измерение количества сточных вод, проходящих по напорным сетям, затруднений не представляет. В данном случае можно использовать приборы, работающие по принципу водяных счетчиков.
Отличиями рабочих условий являются наличие в сточных водах большого количества загрязнений и более низкая скорость тока воды. Подбор расходомеров осуществляют, беря во внимание расчетный расход сточных вод.
Гораздо сложнее учитывать сточные воды, движущиеся самотеком. Движение осуществляется с незначительной скоростью под воздействием сил гравитации.
В данном случае используют:
Первый тип расходомеров применяют для каналов U-образной формы и трубопроводов. В каналах иной формы используют стандартные водосливы.
Для них опытным способом были разработаны формулы пересчета уровня стоков в их расход.
Измерить реальный уровень жидкости в канализационной трубе можно наружным эхолокационным датчиком или погружным устройством, учитывающим перепады давления. При сопоставлении результатов этих двух измерений можно получить точные сведения об объемах сточных вод.
Использование приборов, одновременно учитывающих уровень жидкости и скорость потока, позволяет получать максимально достоверные данные о количестве стоков, попадающих в канализационную систему.
Измерение расхода жидкости (Q) в трубопроводе или канале не может быть выполнено непосредственно. Для его вычисление используется формула Q=Ṽ*A, где A – площадь сечения потока, а Ṽ – его средняя скорость.
При этом основной и непростой задачей является корректное определение средней скорости Ṽ, так как площадь сечения A определяется исходя из формы канала (которая может быть взята из строительной документации, либо измерена при создании узла учета) и уровня потока, измерение которого может выполняться различными способами и, как правило, не представляет проблем.
В настоящее время существует несколько методов измерения расхода сточных вод в безнапорных трубопроводах и большое количество различных типов оборудования для решения этой задачи. К таким методам можно отнести:
Существуют и некоторые другие типы счетчиков сточных вод, но они мало распространены из-за их очевидных недостатков при работе в стоках.
Это, например, электромагнитные точечные расходомеры, датчики которых производят измерение в локализованной области потока. Их недостатком является то, что электромагнитные точечные датчики способны продолжительно работать только в относительно чистой воде.
Также существуют устройства, определяющие скорость течения на основании измерения угла отклонения штыря (рычага), погруженного в поток. Этот метод достаточно прост, но любая грязь на поверхности течения, особенно в хозбытовых фекальных стоках (волосы, тряпки и т.д.), незамедлительно нарушает показания.
Для определения применимости указанных выше систем в тех или иных условиях рассмотрим их основные преимущества и недостатки.
Основное преимущество: простота и удобство монтажа и обслуживания, которые определяются тем, что бесконтактный датчик находится над поверхностью воды и не контактирует со стоком. Прибор измеряет скорость поверхностного стока, что является существенным преимуществом по сравнению с просто уровнемером.
Однако малое распространение данных систем сегодня как в Европе, так и в России, а также достаточное количество отрицательных отзывов, говорит о том, что и у них есть и недостатки. Основным недостатком является очень высокая погрешность измерения расхода, доходящая до 30% и даже до 50%. Большая погрешность определяется сильной зависимостью данного метода измерения от состояния поверхности потока (от волн и ряби), а также отсутствием однозначной связи между измеряемой скоростью на поверхности и средней скоростью, которая определяет объемный расход жидкости.
Применять радарные расходомеры рекомендуется только в тех случаях, когда полностью отсутствует возможность установки более точных (погружных) приборов – Доплеровских или кросс-корреляционных. Кроме того, радарные расходомеры достаточно дороги на сегодняшний день, и их применение на узлах коммерческого учета воды с малым расходом нецелесообразно.
Кроме описанных выше недостатков, присущих радарным бесконтактным системам, при использовании уровнемеров для определения расхода добавляется проблема полного отсутствия информации о скорости потока.
Такие приборы могут относительно адекватно работать при отсутствии подпоров. Но гарантировать отсутствие подпоров очень проблематично. Если их даже нет в момент установки оборудования, то они могут непредсказуемо появиться с течением времени. Любой начинающийся засор или посторонний предмет в канале приводит к появлению подпора. Если труба от предприятия сбрасывает стоки в городской коллектор, а коллектор работает в режиме большого заполнения, также возникает подпор. При наличии подпора погрешность данного метода измерений может достигать сотни процентов. Если вода в коллекторе стоит неподвижно, а уровень остается большим из-за подпора, ошибка стремится к бесконечности.
Кроме того, использование ультразвуковых уровнемеров невозможно при наличии пены, пара, тумана, интенсивных осадков, большой волны и т.д.
Безусловным преимуществом систем измерения расхода на базе уровнемеров является их невысокая стоимость, а также простота установки и обслуживания. Применять данный метод рекомендуется либо для технологических (некоммерческих) нужд, либо для коммерческого учета на трубах и каналах с небольшим расходом, когда даже большая ошибка прибора не приводит к большим финансовым потерям.
Погружные Доплеровские расходомеры производят измерение скорости движения частиц в потоке на основе эффекта Доплера (измерения разницы частот излученного ультразвукового сигнала и сигнала, отраженного от движущейся частицы).
Проблема состоит в том, что в разных слоях потока частицы движутся с разной скоростью. Ближе к дну или стенкам частицы движутся медленнее, ближе к поверхности – быстрее, на поверхности опять медленнее. Распределение скоростей зависит от многих факторов, в том числе от величины и характера донных отложений, шероховатости стенок, характера, скорости и уровня потока и т.д.
Доплеровские датчики не способны определить, на каком уровне находятся частицы, скорость движения которых они измеряют. Средняя скорость в этом случае определяется как произведение измеренной скорости на калибровочный коэффициент «К».
При этом калибровочный коэффициент обычно выбирается по таблицам в зависимости от материала стенок трубопровода или канала, времени с момента начала эксплуатации канала и т.д. При этом уже используется существенное допущение. Либо коэффициент определяют в процессе калибровки при установке. Но, в этом случае, надо иметь в виду, что фактическая зависимость средней скорости от измеренной является нелинейной функцией от скорости и уровня, т.е. калибровка, выполненная при одних гидравлических характеристиках не будет корректна при других характеристиках. Кроме того, на показания Доплеровских расходомеров сильно влияет уровень загрязненности стока (количество взвешенных частиц в единице объема).
Доплеровский метод измерения дает значительно более точные результаты, чем использование уровнемеров или бесконтактных радарных расходомеров, но при этом и его погрешность в некоторых случаях может составлять 20-25%, с точным соблюдений всех требований руководства по эксплуатации (что подтверждено рядом сравнительных испытаний). Тем не менее, в ряде случаев, в зависимости от конкретных гидравлических условий, Доплеровские расходомеры могут давать хорошую точность (2-5%).
Перевод безнапорного режима работы трубопроводаа в напорный является достаточно простым и красивым решением для труб небольшого диаметра.
 |
 |
 |
После установки в колодце безнапорного трубопровода участка трубы, загнутого вверх, трубопровод полностью заполняется и переходит в напорный режим. Измерение расхода в напорном трубопроводе является более простой и отработанной задачей. Это можно делать как ультразвуковыми датчиками, так и электромагнитными расходомерами, погрешность которых может составлять 0,5-1,0%. Однако в некоторых случаях при грязном стоке в месте изгиба трубы вверх могут образовываться засоры – в результате растет погрешность из-за отложений (пропорционально росту отложений) и через некоторое время узел становится неработоспособным. Ежедневная чистка трубы в месте узла учета вряд ли будет приемлема для пользователя. Кроме того, этот метод трудно реализуем и достаточно дорог в трубах большого диаметра. Обычно его используют в трубах диаметром менее 300 мм.
Метод кросс-корреляции был разработан и запатентован фирмой Nivus GmbH в 2000 году. Этот метод иногда путают с методом Доплера, хотя он и не имеет к нему прямого отношения. В методе кросс-корреляции не анализируется изменение частоты сигнала при отражении от движущихся частиц, а сравниваются ультразвуковые фотографии, полученные с частотой от 500 до 2000 единиц в секунду.
На основе сравнений этих ультразвуковых фотографий определяется перемещение частиц в каждом слое потока в единицу времени, т.е. определяется скорость движения всех слоев потока. Таким образом, средняя скорость точно рассчитывается на основе полученных прямых измерений скорости по слоям потока. При этом не требуется ни предварительная калибровка, ни учет шероховатости стенок путем ввода табличных (теоретических) коэффициентов.
Данный тип расходомеров предназначен, прежде всего, для измерения в относительно чистых потоках, так как точность их показаний сильно зависит от однородности среды. Такой тип приборов часто используют для измерения расхода чистой питьевой воды, либо на водозаборах. В части стоков их обычно применяют на сбросных каналах контуров охлаждения промышленных предприятий, а также для очищенной воды на выходе очистных сооружений. Их преимуществом является возможность измерения очень широких каналов – до 100 метров и более. Время-импульсные расходомеры выпускаются с врезными или накладными датчиками для напорных труб, а для безнапорных труб – в виде трубных или клиновидных датчиков, или полусфер.
 |
 |
Если с установкой бесконтактных датчиков уровнемеров и радарных расходомеров все достаточно понятно (простота установки является их основным преимуществом, в ущерб точности измерений), то монтаж погружных датчиков часто требует специальных технических решений. В самотечных трубах диаметром 200-800 мм доплеровские и кросс-корреляционные датчики устанавливаются, как правило, на распорном монтажном кольце, что обеспечивает минимальное время установки при надежной фиксации.
В трубах диаметром свыше 800 мм пластина с датчиком крепится к стенке трубопровода.
При установке в особенно грязной воде, такой, как промышленная или фекальная канализация, нужно внимательно следить за укладкой и фиксацией кабеля, особенной в нижней части трубы. Кроме того, что плохо зафиксированный кабель приводит к накоплению на нем волос, грязи и тряпок (с возможностью последующего засора или отрыва всей конструкции потоком), он может болтаться под действием потока и перетираться при трении о конструкцию крепления. При креплении металлических пластин к стенке трубы большого диаметра шурупами большое значение имеет даже форма головки фиксирующих шурупов и многие другие технологические детали.
Серьезной проблемой является установка погружных датчиков в глубоком потоке, особенно при высокой скорости течения и невозможности временной остановки потока. Для этого могут использоваться водолазные работы либо работа при минимальном уровне потока (в ночное время и т.п.). Однако, существуют и специальные технические решения, которые позволяют не только опускать датчики в глубокий поток, но и извлекать их оттуда без помощи водолазов для поверки и обслуживания. На рисунках ниже показаны варианты монтажа датчиков на металлических конструкциях, которые могут опускаться в канал и извлекаться из него.
Кроме того, датчики могут быть установлены на поплавках «вверх ногами». Это не только облегчает установку датчиков в глубоких каналах, но и дает возможность производить точные вычисления при переменных донных отложениях (в случаях, когда донные отложения зависят от количества выпавших осадков, например), так как встроенный в датчик ультразвуковой уровнемер будет измерять уровень потока от поверхности до фактической поверхности дна с отложениями.
Можно упомянуть еще о дополнительных возможностях кросс-корреляционных расходомеров по измерению широких потоков. Данный тип расходомеров позволяет подключать к вычислителю несколько датчиков скорости, расположенных на дне канала, либо на дне и на стенках канала и, за счет этого, получать эпюру скоростей не только по глубине потока, но и по ширине. Это обеспечивает высокую точность измерений в широких каналах.
Наиболее серьезной проблемой при использовании погружных датчиков является возможность потери ими работоспособности в результате загрязнения при работе в грязном канализационном стоке, либо разрушения при наличии в потоке перекатывающихся камней и других тяжелых предметов. При этом Водоканалы России особенно серьезно относятся к этой проблеме, потому что считают канализационные трубы в нашей стране самыми грязными. Но это не совсем так. Погружные датчики используются во всем мире, не только в хорошо ухоженных трубах Германии и Швейцарии, но и в Индии и в других странах, где канализация ничуть не чище отечественной.
Применяемые ультразвуковые датчики специально рассчитаны на тяжелые условия работы и не теряют работы при заиливании, так как мокрый ил хорошо пропускает ультразвука.
При покрытии датчиков слоем тряпок или материалом, непрозрачным для ультразвука, расходомеры ведущих производителей не дают неверных показаний, а сигнализируют об ошибке и необходимости прочистки. Для уменьшения вероятности засорения датчики обычно устанавливают не внизу (не на 6 часов), а с некоторым смещением (например, на 4 часа или 5 часов).
Применяют также установку на небольшом возвышении (на специальной подставке) и еще целый ряд методов для минимизации проблем, создаваемых грязью.
Для защиты от перекатывающихся камней и других твердых предметов, которые могут разбить корпус датчика, используют металлическую защиту специальной формы.
Еще одной проблемной задачей является измерение в потоках, имеющих в некоторые моменты времени низкий уровень. Это приводит к тому, что вода не покрывает датчик и не позволяет производить измерение скорости. Выше уже описывалась возможность перевода безнапорного потока в напорный за счет использования загнутой вверх трубы. Для поднятия уровня могут также использоваться небольшие плотины. При этом поток остается безнапорным, но уровень повышается.
Среди сертифицированных и применяемых в России расходомеров можно отметить следующих производителей:
Кросс-корреляционные приборы поставляет Nivus GmbH.
Доплеровские расходомеры поставляют несколько зарубежных и ряд отечественных компаний; среди зарубежных можно отметить Nivus (OCM-F), ISCO, ADS, Hydreka (Mainstream); отечественные производители «Взлет» и «Днепр» пока сами особо не рекомендуют приобретать их Доплеровские расходомеры, при этом для измерения расхода в открытых каналах советуют ставить более привычные уровнемеры их производства.
Радарные бесконтактные расходомеры с функцией измерения скорости поверхностного стока предлагают Nivus (OFR), FlowTronic (RavenEye), Hach (Flo-Dar). ISCO предлагает бесконтактный лазерный расходомер.
Устройства по переводу безнапорного потока в напорный предлагают Nivus (Profiler), Flow-Tronic (Sewer Mag) и отечественный производитель Энрима (Стокмер).
Время-импульсные расходомеры для каналов предлагают Nivus, Accusonic и Seba Hydrometrie.
Среди уровнемеров с функцией измерения расхода наиболее популярны производители Сигнур (Эхо-Р), Взлет (РСЛ), Днепр и многие другие. Можно обратить внимание на полностью автономные уровнемеры SonicSens, работающие от батарей от трех до пяти лет и передающие информацию об уровне и расходе по беспроводным каналам связи GSM.
Кросс-корреляционные приборы учета сточных вод на сегодня являются наиболее точными, надежными и стабильными из всех имеющихся на рынке расходомеров. Но цена их выше, чем у Доплеровских расходомеров и, тем более, уровнемеров. Если вы имеете дело с небольшой трубой, с небольшим потоком и если годовые платежи за воду по данному узлу учета существенно ниже стоимости высококачественного расходомера, то, возможно, вам будет выгоднее использовать более дешевую (хотя и менее точную) систему — уровнемер или Доплер. При этом интересно, что на Доплеровские расходомеры сточных вод фирма Nivus держит вполне лояльные цены, ниже большинства импортных поставщиков, в силу того, что основной упор Nivus делает на наиболее надежные кросс-корреляционные системы. Что касается каналов с большим расходом, то для них метод кросс-корреляции в настоящее время является наилучшим.
На сегодня существует достаточно большой выбор приборов учета сточных вод, отличающихся по цене и качеству. И если перед вами стоит задача купить счетчик для безнапорной промышленной, хозбытовой или ливневой канализации, либо труб и каналов водозабора и водосброса, то для каждого случая применения можно подобрать свой вариант. При этом установку узлов учета сточных вод лучше доверить специалистам, так как от правильного монтажа приборов во многом зависит точность показаний и продолжительность их работы.
Закон России об энергосбережении требует от предприятий и объектов ЖКХ организацию учета сточных вод. Многие столкнулись с таким вопросом впервые. Для начала необходимо определиться с самим термином и узнать способы их образования и место, куда они уходят.
Сточные воды – это загрязненные производственными отходами и бытовыми отбросами воды, а также те, которые образуются в результате выпадения атмосферных осадков в пределах промышленных объектов и населенных пунктов. Стоки с территории удаляются с помощью системы канализации. Это целый комплекс инженерного оборудования, сооружений и санитарных мероприятий , которые обеспечивают сбор и отведение стоков, а также их обеззараживание и очистку перед сбросом в водоемы или утилизацией.
Есть два вида канализации:
Внутренняя система находится внутри сооружения и зданий. Она служит для сбора и вывода загрязненных вод в наружную канализационную сеть, в которой происходит транспортировка стоков за территорию промышленных объектов и населенных пунктов. К внутренней канализации относятся такие элементы, как отводы, санитарные приборы, стояки и выпуски из зданий.
К элементам наружной канализации относятся напорные и самотечные трубы, очистные сооружения и канализационные насосные станции, проще говоря, КНС.
Система канализации подразумевает раздельное или совместное отведение сточных вод таких категорий: производственных, бытовых и дождевых. Сама система канализации бывает раздельная и общесплавная. При раздельной системе условно чистые производственные и дождевые воды удаляются по одной сети, а производственные и бытовые – по другой. Общественная система по общей сети каналов и труб отводит все вышеописанные категории сточных вод.
Учетом занимаются государственные органы. Установку, замену и проверку также контролирует государство. Абоненты обязаны предоставить представителям доступ к водопроводным и канализационным приборам. Водоканал не может заниматься этим бесплатно. Поэтому услуги водоотведения оплачиваются так же, как и услуги водоснабжения, то есть пропорционально объему отводимой воды.
Из вышеописанного можно сделать вывод, что при всей своей дешевизне (затраты на организацию учета загрязненных вод отсутствуют) учет стоков ведется приблизительно. Он не способен учитывать особенности потребителя, которые довольно серьезно влияют на соотношение «стоки/потребление», причем как в одну, так и в другую стороны. Также следует помнить о том, что в канализацию попадает как потребленная холодная, так и потребленная горячая вода. Поставщиком таких вод чаще всего являются разные компании, в то время как сточные воды приходятся полностью на Водоканал.
Привозная, дождевая, ушедшая в землю при трубопроводных авариях, слитая мимо канализации и испарившаяся вода являются «возмущающимися» факторами. Именно из-за них метод «потребление/стоки» работает нормально только у маленьких потребителей, например в жилом секторе, который «традиционно» пользуется водой. В остальных случаях необходимо организовывать учет с помощью приборов.
Учет загрязненной воды в некоторых случаях будет выгоден стороне, которая сливает, а в некоторых – стороне, занимающейся водоотведением. Но все равно учет будет «прозрачным» и объективным в любом случае.
Уже упоминалось, что сточные воды транспортируются по напорным и безнапорным трубопроводам. Система учета обоих систем несколько отличается. Измерить объемы напорных стоков достаточно просто. Измерение объемов водопроводной (обычной) воды от измерения сточных отличается лишь тем, что во втором случае скорости потока гораздо меньше, а степень загрязнения намного больше.
Как правило, приборы учета устанавливают на выходе насосных станций канализации. Чаще всего в их роли выступают ультразвуковые или электромагнитные расходомеры. Они подбираются соответственно диапазону измеряемых расходов. Ультразвуковые приборы можно применять с накладными датчиками. Чтобы им обеспечить стабильную работу (и уменьшить нагрузку насосов), следует использовать автоматические воздухоотводчики и обратные клапаны.
Совершенно другой, более сложной задачей, является учет безнапорных стоков. В таком случае имеется незаполненная труба или открытый канал, по которым вода течет с небольшой скоростью под действием силы тяжести.
Специально для такого варианта придумали метод переменного уровня. В этом случае уровнемер используется в качестве расходомера. Он пересчитывает учет информации об измерительном сечении с «уровнем в расход». В роли сечения выступают встраиваемые в канал лотки Паршаля и Вентури. Также применяются водосливы, имеющие стандартизированные размеры. Для них формулы «уровень-расход» получены полуэмпирическим путем. Данный метод работает в U-образных и безнапорных трубопроводах, причем в этих случаях водосливы и лотки не нужны. Описанный метод регламентирован документами Госстандарта.
Впрочем, претензии к такому способу имеются. Они появляются из-за того, что точкой отсчета в данном методе выступают результаты заранее рассчитанной напорно-расходной характеристики трубопровода, лотка или водослива. Чем точнее будет выполнен предварительный расчет, тем точнее будет работать прибор в дальнейшем. Чтобы определить характеристику безнапорного трубопровода или же U-образного канала, скорость течения жидкости (при условии, что уровень заполнения известен) следует определять экспериментальным путем. Измерение осуществляется «на глазок».
Например, можно использовать щепку, которую следует бросить в канал, и наручные часы. Погрешность такого эксперимента – аховая. Поэтому есть другой способ – формула Шези. Тут во внимание берутся коэффициент шероховатости стенок и строительный уклон трубопровода. Но эти величины можно назвать теоретическими, ведь реальный уклон не всегда соответствует указанном в проектной документации, а шероховатость стенок и ее коэффициент постоянно изменяются в процессе использования трубопровода. Не смотря на это, предварительные расчеты заносят в прибор. Если в исходных данных допущена ошибка, то это может привести к недостоверному учету. Во многих случаях эту погрешность можно и не заметить. Именно поэтому для проектирования и монтажа систем учета безнапорных стоков необходимо привлекать профессионалов.
Российские предприятия «Сигнур» и «Взлет» выпускают приборы, которые осуществляют метод переменного уровня. Это расходомеры ЭХО-Р-02 и «Взлет-РСЛ». Уровень измеряется бесконтактным методом благодаря ультразвуковому датчику, который размещается над трубопроводом или каналом.
У каждого прибора есть свои преимущества и недостатки. Преимущества:
Недостатки:
Цена такого прибора составляет примерно 45 000 рублей.
Расходомер «Взлет-РСЛ» имеет следующие преимущества:
Не смотря на все достоинства, «Взлет-РСЛ», как и любой другой расходомер, обладает и недостатками:
Стоимость такого расходомера – около 60 000 рублей.
Помимо отечественных производителей расходомеры выпускают и иностранные компании. Из иностранных приборов для измерения расходов в безнапорных трубопроводах и открытых каналах существуют приборы, реализующие метод «площадь-скорость». Например, продукция компании Teledyne ISCO. В подобных приборах датчик помещается на дно канала и, с помощью сенсора давления, измеряет уровень воды над собой и скорость потока (с помощью доплеровского метода). Параметры канала следует заранее вводить в память прибора. Он сопоставляет эти данные с полученной в реальном времени информацией об уровне заполнения, после чего осуществляется расчет расхода и объема потоков. Главным недостатком такого метода является его цена, которая намного выше, чем у российских расходомеров.
Следует отметить, что и для отечественных, и для зарубежных приборов главным «врагом» будет заливание и образование осадка в измеряемом месте. В этом случае погрешность увеличивается. Поэтому расходомер, как и место его установки, требует регулярного обслуживания.
Из всего вышесказанного можно сделать выводы. На сегодняшний день учет сточных вод – это достаточно актуальная задача. Решить ее можно различными методами. И если напорные системы не являются проблемными, то безнапорные можно рассчитать несколькими способами. Потребители с малым объемом сточной воды и равномерным соотношением потребляемой и загрязненной воды могут пользоваться расчетным методом. Коэффициент соотношения определяется эмпирическим путем. А вот крупным потребителям с меняющимся или неочевидным соотношением «потребление/стоки» следует обзавестись приборным учетом. Приборы, реализующие метод переменного уровня, будут менее дорогими. А вот приборы «площадь/скорость» будут стоить намного больше. В обоих случаях узлы учета должны монтировать профессионалы. Также они требуют постоянного обслуживания.
