Коммерческий учет сточных вод имеет важное значение и требования по его организации определены постановлениями Правительства РФ от 12.02.1999 г. № 167 «Об утверждении Правил пользования системами коммунального водоснабжения и канализации в РФ» и от 10.04.2007 г. N 219 «Об утверждении Положения об осуществлении государственного мониторинга водных объектов», а также Приказ Минприроды России от 8.07. 2009 г. N 205 «Об утверждении Порядка ведения собственниками водных объектов и водопользователями учета объема забора (изъятия) водных ресурсов из водных объектов и объема сброса сточных вод и (или) дренажных вод, их качества».
Сточные воды - это воды, загрязненные бытовыми отбросами и производственными отходами, а также воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков в пределах территорий населенных пунктов и промышленных объектов. Удаляются сточные воды с этих территорий через системы канализации.
Канализация - это комплекс инженерных сооружений, оборудования и санитарных мероприятий, обеспечивающих сбор и отведение загрязненных сточных вод, а также их очистку и обезвреживание перед утилизацией или сбросом в водоемы. Различают внутреннюю и наружную канализацию. Внутренняя расположена внутри зданий и сооружений и служит для сбора и вывода сточных вод в наружную канализационную сеть. Здесь осуществляется транспортирование сточных вод за пределы населенных мест и промышленных объектов. Элементами внутренней канализации являются санитарные приборы, отводы, стояки и выпуски из зданий, наружной - самотечные и напорные трубопроводы, канализационные насосные станции (КНС) и очистные сооружения.
Под системой канализации принято понимать совместное или раздельное отведение трех категорий сточных вод - бытовых, производственных и ливневых. Системы канализации бывают общесплавными и раздельными. Суть ясна из названий: при общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов, при раздельной дождевые и условно чистые производственные воды удаляют по одной сети, а бытовые и производственные - по другой.
Разумеется, организация, занимающаяся водоотведением (как правило, это Водоканал), не может делать этого бесплатно. Поэтому граждане, предприятия и организации оплачивают услуги водоотведения подобно тому, как они оплачивают услуги водоснабжения - пропорционально объему отводимой воды. Но как же измерить и учесть этот объем?
Традиционным методом учета сточных вод является сопоставление их объема с объемом водопотребления. Логика здесь проста: вода, поступившая через водопровод, непременно попадает в канализацию. Объем водопотребления просто и привычно измеряется водосчетчиком, т.е. все данные для расчета есть. Для жилого сектора этот расчет достаточно корректен. Для предприятий, как правило, нет. Рассмотрим примеры. Часть воды, поступившей из учтенных источников, выпили, использовали в производственных целях, для приготовления пищи в столовых, для полива территорий, на мойку оборудования, охлаждения и пр. В этом случае объем стоков снижается, как правило на 10 – 30% от объема поступившей воды. А если наоборот? - воду завезли или взяли из неучтенных источников? Тогда объем стоков превысит объем зафиксированного счетчиком водопотребления, и здесь нужно применять повышающей коэффициент.
Из приведенных примеров понятно, что при всей своей дешевизне (отсутствуют затраты на организацию учета собственно стоков) данный метод весьма приблизителен и не учитывает особенностей потребителя, которые могут влиять на соотношение «потребление/стоки» довольно серьезно, причем как в ту, так и в другую сторону. Не стоит забывать также, что в канализацию попадает не только потребленная холодная, но и потребленная горячая вода. Их поставщиками обычно являются разные организации (Водоканал и Тепловые сети), тогда как стоки «достаются» полностью Водоканалу. Дождевая вода, привозная вода, вода, ушедшая в землю при авариях трубопроводов, слитая «мимо» канализации, вода испарившаяся - «возмущающих» факторов довольно много, и потому метод «потребление/стоки» более-менее нормально работает только у «маленьких» потребителей с «традиционным» использованием воды.. В других случаях необходимо организовывать приборный учет стоков. Причем, как можно понять из вышесказанного, в некоторых случаях такой учет будет выгоден той стороне, что «сливает», в некоторых - той, что занимается водоотведением. Но в любом случае приборный учет будет объективен и «прозрачен». Посмотрим, как его организовать.
Как уже говорилось выше, сточные воды в системах канализации транспортируются по напорным или безнапорным трубопроводам. В первом случае воду качают насосы, во втором она идет по трубам «самотеком». Измерение объема напорных стоков - задача давно решенная. Существует большое количество приборов, используемых, как для измерения входящей воды, так и для сточных вод.
Более сложная задача - учет безнапорных стоков. Здесь мы имеем открытый канал или незаполненную трубу, по которым вода течет под действием силы тяжести с небольшой скоростью. Для таких случаев разработан метод переменного уровня, когда в качестве расходомера используется уровнемер, пересчитывающий «уровень в расход» с учетом информации об измерительном сечении. В качестве такого сечения используются встраиваемые в канал лотки Вентури и Паршаля или водосливы, размеры которых стандартизованы и для которых полуэмпирическим путем получены формулы пересчета «уровень-расход». Работает этот метод и в безнапорных трубопроводах или U-образных каналах, причем в этих случаях лотки и водосливы не нужны. Измерение уровня осуществляется, как правило, ультразвуковыми уровнемерами. Примером таких приборов являются расходомеры «СИГНУР» , «ВЗЛЁТ» и др. Метод регламентирован следующим документами Госстандарта:
- МИ 2220-96 «Расход сточной жидкости в безнапорных трубопроводах. Методика выполнения измерений»;
- МИ 2406-97 «Расход жидкости в безнапорных каналах систем водоснабжения и канализации.
Методика выполнения измерений при помощи стандартных водосливов и лотков».
Претензии к данному методу возникают в основном из-за его «неочевидности», и точкой отсчета здесь являются результаты предварительного расчета напорно-расходной характеристики лотка, водослива или трубопровода. Точность этого расчета обусловливает точность дальнейшей работы прибора. При этом, основной причиной нарастающей погрешности лотков Паршалла и Вентури является их постепенное разрушение, а возможность их ремонта и поверки, как правило, бывает невозможным, т.к. для этого необходимо остановить работу очистных сооружений. Что касается расходомеров «СИГНУР» , «ВЗЛЁТ» , то для определения характеристики безнапорного трубопровода или U-образного канала необходимо экспериментальным путем измерить скорость течения жидкости при известном уровне заполнения. Такое измерение порою производят «на глазок», при помощи наручных часов и брошенной в канал щепки, т.е. погрешность эксперимента - просто аховая. Другой способ расчета - при помощи формулы Шези, в которой фигурируют такие параметры, как строительный уклон трубопровода и коэффициент шероховатости стенок. Здесь проблема таится в том, что и уклон, и шероховатость - это, если можно так выразиться, «теоретические» параметры. Реальный уклон может не соответствовать тому, что указан в проектной документации на систему канализации, а коэффициент шероховатости стенок по понятным причинам изменяется в процессе эксплуатации трубопровода. Как бы то ни было, результаты предварительных расчетов заносятся в прибор и полностью определяют его точность. Более серьезная проблема – возникновение подпоров в канале, что неизбежно в канализационных коллекторах, а также заиливание каналов. При этом реальные расходные характеристики очень сильно отличаются от занесенных в прибор. Ошибка в исходных данных ведет к недостоверности учета, причем во многих случаях эту недостоверность можно и не «зафиксировать». Дополнительным фактором, влияющим на достоверность измерения таких приборов, является изменение температуры, давления, влажности, интенсивные осадки, испарения, туман, а также волна и пенообразование на поверхности потока.
Более современные и корректные приборы учета стоков, работают по принципу «площадь-скорость». Эти приборы осуществляют прямое измерение уровня и скорости потока. Геометрические параметры канала введены в память прибора заранее: используя эти данные и получаемую в реальном времени информацию об уровне заполнения, прибор вычисляет площадь поперечного сечения потока в данный момент времени и, умножая его на измеренную среднюю скорость, рассчитывает расход и объем стоков.
К приборам этого типа относятся:
1) Расходомеры типа «ISCO -4250», ADFM, «ADS 3600», «NIVUS», «SIGMA», «Piton», в которых установленный на дно датчик измеряет скорость потока методом ультразвуковой доплеровской локации, а уровень потока измеряется с помощью ультразвука, гидростатическим или пьзометрическим методом. Для ультразвуковых доплеровских уровнемеров существует ряд своих ограничений – поток должен быть ламинарным, уровень ила и др. отложений в канале не должен превышать уровня излучателей датчика скорости потока, монтируемом на дне канала. Монтаж этих приборов на эксплуатируемых каналах с большим уровнем заполнения и большой скоростью потока весьма затруднителен. Приборы не осуществляют прямого измерения средней скорости потока, что вносит дополнительную погрешность вычисления расхода жидкости. Клиноструйность потока, часто встречающаяся в реальных условиях, также вносит дополнительную погрешность измерения скорости потока.
2) Субмиллиметровом диапазоне длин волн. Прибор устанавливается над поверхностью жидкости в канале. Уровень измеряется ультразвуковым уровнемером. Имеет ограничения работоспособности при интенсивных осадках, испарениях, туманах, волнистости и пенообразовании на поверхности потока, неработоспособен при переливах канала, что часто встречается при установке прибора в колодцах.
3) Электромагнитные расходомеры типа ISCO UniMagTM 4402. Измерение средней скорости потока в электропроводных жидкостях осуществляется путем измерения наведенной ЭДС в электромагнитной катушке прибора, уровень потока измеряется гидоростатическим методам. Требует встраивания в канал, т.е дополнительных строительных работ с выводом коллектора из эксплуатации. Сечение канала ограничено диаметром 2 м. Увеличивают погрешность измерения иловые осадки и др. загрязнения на дне и стенках канала.
4) Расходомер-счетчик безнапорных потоков «СТРИМ» . Уровень потока определяется по углу отклонения от вертикали рычага с поплавком подвешенным над потоком и свободно плавающем на его поверхности. Измерение средней скорости потока осуществляется измерением угла отклонения от вертикали лопасти (отрезок трубы), подвешенной над потоком (как маятник) и свободно опущенной в поток. Угол отклонения является функцией скорости потока, уровня потока, ширины и массы лопасти.
Расходомер «СТРИМ» единственный из приборов осуществляющий прямое измерение средней скорости потока. В прибор, помимо подвески с вертикальным перемещением чувствительных элементов преобразователей уровня и скорости, введено поворотное устройство в горизонтальной плоскости, что обеспечивает верное измерение параметров не только ламинарного, но и турбулентного потока, в т.ч. в условиях клиноструйности потока. Лопасть преобразователя скорости за счет двух степеней свободы в подвеске автоматически устанавливается в уравновешенное состояние в потоке, т.е. в положение равнодействия всех сил, действующих на нее. Скорость потока в этом месте максимальна. На лопасть, по всему ее профилю, интегрально действуют все составляющие силы вертикальной эпюры скоростей потока, что обеспечивает однозначное высокоточное измерение средней скорости потока. Прибор обеспечивает стабильную работу при осадках любой интенсивности, волны и пенообразовании на поверхности потока, переливах и подпорах потока, изменении температуры и давления окружающей среды.
Следует четко понимать, что узел учета безнапорных потоков состоит из двух компонентов, влияющих на погрешность и корректность измерения: установленный прибор учета и собственно канал в зоне измерения. Совокупная погрешность узла учета безнапорных потоков определяется инструментальной погрешностью расходомера, метода измерения и погрешностей, связанных с измерительным участком канала по месту установки прибора. К основным погрешностям канала следует отнести: погрешность измерения его геометрических размеров, наличие твердых иловых отложений на дне канала, неравномерность геометрии и уклона канала в зоне измерения, наличие в зоне измерения поворотных участков и боковых стоков, а также поверхностных сливов жидкости. Дополнительными факторами могут являться замерзание жидкости в канале, наличие ледопадов при установке приборов в колодцах и пр. К сожалению, состояние канализационных сетей далеко не всегда соответствует необходимым требованиям. Поэтому большая доля ответственности за правильностью измерения лежит на эксплуатирующей организации, требуется строгое соблюдение правил и требований эксплуатационной документации.
Учет сточных вод - это актуальная и сложная на сегодняшний день задача, и решать ее можно разными методами. В напорных системах есть свои проблемы, но они менее очевидны. Что касается безнапорных, то здесь можно сделать следующее выводы.
Для потребителей с малым объемом стоков и стабильным соотношением потребляемой и сточной воды имеет право на жизнь расчет по объему потребляемой воды.
Для более крупных потребителей с неочевидным или меняющимся параметром «потребление/стоки», а также для потребителей, осуществляющих сброс воды, полученной из разных, в т.ч. неучтенных источников необходим приборный учет. Наиболее дешевые расходомеры, такие как «СИГНУР» и «ВЗЛЁТ» используют для определения расхода измерение уровня жидкости в канале и расчетно-напорные характеристики этого канала. Однако экономия средств на приобретение прибора может вылиться в большие потери при платежах за стоки, особенно при подпорах и заиливании канала. Гораздо дороже обойдутся приборы, работающие по принципу «площадь-скорость», но здесь результаты измерений будут более объективными, а платежи за стоки реальными. Среди данных приборов самым доступным является расходомер «СТРИМ» , Российского производства, остальные приборы изготавливаются за рубежом и имеют стоимость от 700000 рублей.
Организация коммерческого учета сточных вод на КНС населенных пунктов и предприятий становится все более актуальной. При проектировании узлов учета сточных вод необходим анализ конструктивных, технологических и эксплуатационных условий конкретной КНС и знание особенностей эксплуатации расходомеров различных типов. ООО «РАНЕТ ЭНЕРГО» – компания, уже добившаяся успеха в этом непростом деле.
ООО «РАНЕТ ЭНЕРГО», г. Королёв
ООО «РАНЕТ ЭНЕРГО» создано в 1990 году и находится в подмосковном городе Королёве. Сферы деятельности предприятия: энергосбережение, экология и автоматизация. Особенностью компании с начала ее образования является выполнение работ на удаленных объектах по всей стране. ООО «РАНЕТ ЭНЕРГО» первым в стране стало устанавливать приборы учета на безнапорные трубопроводы и открытые каналы. Всего спроектировано и внедрено более 420 узлов учета сточных, ливневых, циркуляционных вод на безнапорных трубопроводах и открытых каналах. Компанией спроектированы станции контроля воды на выпусках производственных сточных вод промышленных предприятий. В состав станции входят расходомер сточных вод, автоматические анализаторы нефтепродуктов в воде, величины рН и температуры.
Рис. 1. Схема водного баланса предприятия
Предприятием успешно организован коммерческий учет воды на множестве объектов. В качестве приборов учета применяются электромагнитные (ЭМ) и ультразвуковые (УЗ) расходомеры разных производителей. В зависимости от условий эксплуатации используются полнопроходные ЭМ и УЗ расходомеры; УЗ расходомеры с врезными первичными преобразователями (ПП) и УЗ расходомеры с накладными ПП. Основные задачи при проектировании узлов учета на насосных станциях (НС) – организовать прямолинейные измерительные участки внутри здания НС. В тех случаях, когда этого добиться не удается, строятся измерительные камеры вне НС.
Анализ схемы водного баланса предприятия (рис. 1) показывает, что составной частью задачи комплексного учета энергоносителей наряду с учетом тепловой энергии и теплоносителя, холодной воды является организация коммерческого учета сточных и ливневых вод в безнапорных трубопроводах и на канализационных насосных станциях (КНС).
Некоторые общие вопросы, возникающие при создании систем учета сточных вод, и особенности учета сточных вод в безнапорных трубопроводах, рассматривались ранее в .
Данный материал посвящен особенностям проектирования узлов учета сточных вод на КНС.
Большинство построенных ранее и строящихся в настоящее время КНС не оборудованы узлами учета сточных вод. Между тем организация коммерческого учета сточных вод на КНС населенных пунктов, предприятий, коттеджных поселков становится все более актуальной.
При организации коммерческого учета сточных вод на стадии проектирования узлов учета необходимо решить два основных вопроса:
Выбрать места монтажа приборов учета (расходомеров);
Выбрать тип приборов учета.
Типовых решений по узлам учета сточных вод на КНС нет, поскольку КНС весьма существенно отличаются друг от друга по архитектуре, компоновке технологического оборудования, расположению и диаметрам трубопроводов и запорной арматуры; типу, количеству и производительности насосных агрегатов и др.
Поэтому при проведении предпроектного обследования КНС анализируется совокупность всех исходных данных по техническим характеристикам и расположению технологического оборудования, эксплуатационные особенности. Для выбора типа расходомеров и мест их монтажа необходимо знать типы и производительность насосов, время работы насоса после включения (длительность откачки приемного резервуара).
Узлы учета должны монтироваться на выходных трубопроводах (выпусках) КНС.
Однако на многих КНС невозможно разместить измерительные участки трубопроводов с расходомерами внутри здания КНС. В этих случаях за пределами здания КНС строятся специальные измерительные камеры.
Чем больше диаметры трубопроводов, тем сложнее в здании КНС разместить измерительные участки без существенного перемонтажа трубопроводов, запорной арматуры.
На КНС малой производительности другие проблемы.
Сейчас строятся такие КНС, на которых все оборудование размещено под землей. Применяются погружные насосы, машинный зал и отапливаемый павильон отсутствуют. На подобных КНС измерительные участки могут находиться частично ниже уровня воды в приемном резервуаре, а расходомеры устанавливаться непосредственно над водой или под водой.
Обычно КНС имеет один или два выпуска (рабочий и резервный), на которых и устанавливаются приборы учета.
Рис. Первичные преобразователи ультразвуковых корреляционных расходомеров, установленных на существующие трубопроводы без их демонтажа
Но так не всегда получается. Например, на КНС промливневой канализации одного из подмосковных предприятий имеется один выпуск – коллектор диаметром Ду 600 мм. В машинном зале установлено пять насосных агрегатов разной производительности, которые соединены с коллектором трубопроводами диаметром Ду от 150 до 250 мм.
Заказчику было предложено два варианта реализации коммерческого учета сточных вод:
Измерительный участок монтируется в машинном зале параллельно существующему коллектору Ду 600 мм;
Вне здания КНС строится измерительная камера.
Оба варианта заказчиком были отвергнуты из-за сложности реализации (стесненные условия и большой объем монтажных работ в машинном зале, заболоченная местность).
Тогда в проекте был реализован оптимальный для данного случая третий вариант. Расходомеры электромагнитного типа, т. к. длины измерительных участков ограничены, установлены на вертикальных участках после каждого из пяти насосов. Учет сточных вод ведется путем суммирования показаний всех расходомеров.
Необходимыми условиями корректной работы большинства типов расходомеров являются: подача воды на измерительных участках полным сечением, отсутствие в измеряемой жидкости газовой фазы (воздуха), отсутствие противотока на измерительных участках.
Рис. Установка накладных датчиков ультразвукового расходомера
Для КНС все эти условия приобретают особое значение, поскольку насосы работают в стартстопном режиме и проблемы образования воздушных пузырей, водовоздушной смеси, обратного тока воды возникают довольно часто.
Теперь о типах расходомеров, используемых для учета сточных вод на КНС.
На КНС могут применяться расходомеры электромагнитные и ультразвуковые с накладными или врезными датчиками, а также ультразвуковые корреляционные. Тахометрические и вихревые расходомеры для учета сточных вод, по нашему мнению, использовать не следует.
Из преимуществ электромагнитных расходомеров применительно к условиям КНС, остается, пожалуй, только одно – короткие измерительные участки.
Широкий диапазон измерений электромагнитных приборов в данном случае, как правило, не имеет значения.
Но бывают исключения. Иногда необходимо обеспечить измерения расхода в очень широком диапазоне. Это бывает в случаях, когда применяются частотные преобразователи (ЧП), способные изменять расход воды на выходе КНС в широком диапазоне.
Например, на двух трубопроводах Ду 500 одной из подмосковных КНС нами были установлены ультразвуковые корреляционные расходомеры. Спустя несколько месяцев успешной работы узлов учета мы получили сигнал о том, что расходомеры при работе дают сбои – периодически на их дисплеях появлялись нулевые показания расхода при работающих насосах. Изучение ситуации позволило найти причину «отказа» приборов учета. Оказывается, уже после ввода в эксплуатацию узлов учета на КНС были установлены ЧП, которые при некоторых режимах работы КНС создавали расход в трубах ниже минимального измеряемого расхода 45 м3/час.
Поэтому дальнейшее приведение в порядок учета сточных вод на КНС велось путем соответствующей настройки системы частотных преобразователей.
Кроме того, при наличии на КНС частотных преобразователей необходимо обратить внимание на то, что ЧП могут создавать мощные помехи, способные нарушить работу приборов учета.
Применять полнопроходные электромагнитные расходомеры на трубопроводах Ду свыше 200–300 мм также нецелесообразно ввиду высокой стоимости таких приборов.
Поэтому нашим предприятием в проектах узлов учета сточных вод на КНС чаще применяются ультразвуковые расходомеры.
Ультразвуковые расходомеры могут устанавливаться на трубы практически любого диаметра.
Там, где это возможно и целесообразно, производится врезка ультразвуковых преобразователей в существующие трубопроводы без их демонтажа. При этом в качестве измерительных участков используются существующие трубы, что, безусловно, является важным преимуществом ультразвукового метода измерений.
Еще один существенный плюс ультразвуковых приборов – возможность их поверки имитационным способом без демонтажа первичных преобразователей и без проливки.
Можно возразить, что реализация двух последних преимуществ ультразвуковых расходомеров неизбежно приводит к снижению точностных характеристик узлов учета. И это действительно так. Однако к узлам учета воды не предъявляются столь жесткие требования (например, отсутствуют ограничения по погрешности приборов учета), как к узлам учета тепловой энергии и теплоносителя.
Поэтому и врезка ультразвуковых преобразователей в существующие трубы, и применение расходомеров с накладными датчиками при учете сточных вод, по нашему мнению, оправданны и целесообразны.
Заказчиков особенно привлекают расходомеры с накладными датчиками по причине минимальных затрат при их монтаже, что, конечно, является безусловным преимуществом перед расходомерами с врезными датчиками. Удобно устанавливать расходомеры с накладными датчиками на пластиковых трубопроводах.
Однако расходомеры с накладными датчиками имеют и свои недостатки.
Во‑первых, даже применив расходомеры с накладными датчиками, не всегда можно обойтись без перемонтажа трубопроводов, т.к. в любом случае требуется организовать измерительные участки определенных длин и диаметров.
Во‑вторых, в процессе эксплуатации расходомеров таких типов часто требуется подстройка, техническое обслуживание.
И самое главное, достоверность показаний таких расходомеров зависит от профессионализма наладчика, а представители эксплуатирующей или контролирующей организаций часто не имеют достаточной технической подготовки, чтобы проверить, насколько корректно выполнена наладка расходомера.
Нельзя не отметить тот факт, что от принятых проектных решений зависит стоимость работ по организации учета сточных вод. Причем стоимость реализации разных решений может отличаться в разы.
Таким образом, при проектировании узлов учета сточных вод на КНС необходим анализ конструктивных, технологических и эксплуатационных условий конкретной КНС, а также знание особенностей эксплуатации расходомеров различных типов и производителей.
Литература
Попов А.Г. Коммерческий учет сточных вод – проблемы и особенности. «ЭнергоСовет» портал по энергосбережению
А.Г. Попов, к. т.н., директор
ООО «РАНЕТ ЭНЕРГО», г. Королёв,
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.
Как работают
Счетчики канализации разделяются на следующие виды в зависимости от того, какой принцип действия лежит в основе их работы:
- ультразвуковые;
- электромагнитные;
- рычажно-маятниковые.
По методу измерений приборы учета стоков разделяются на два вида:
- Учет уровня потока стоков в трубе. Количество стоков определяется в зависимости от величины канала.
- Учет скорости потока совместно с уровнем потока стоков в трубе. Количество стоков определяется по принципу «площадь-скорость».
Ультразвуковые счетчики
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%.
Электромагнитный принцип
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.
Рычажно-маятниковые измерители стоков
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
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.
Видео
Ультразвуковой расходомер сточных вод в действии:
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.
Виды расходомеров сточных вод: уровнемеры, радарные расходомеры, доплеровские, кросс-корреляционные, электромагнитные, время-импульсные, рычажные и другие расходомеры.
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:
- Использование в качестве расходомеров уровнемеров, установленных на лотках Паршаля или Вентури, либо непосредственно над каналом или в колодце трубопровода. При этом средняя скорость не измеряется вообще, а предполагается, что это величина постоянная и расход зависит только от уровня.
- Радарные бесконтактные расходомеры, измеряющие уровень и скорость поверхностного стока. Средняя скорость потока определяется путем умножения скорости поверхностного стока на постоянный коэффициент.
- Погружные ультразвуковые расходомеры на основе метода Доплера, измеряющие скорость в различных точках потока и вычисляющие среднюю скорость на основе дополнительно вводимых данных о шероховатости стенок трубопровода и т.д.
- Системы, обеспечивающие перевод безнапорного режима работы трубопровода в напорный. При этом на самотечную трубу устанавливается секция, загнутая вверх, обеспечивающая заполнение трубы 100%, после чего измерение расхода в этой трубе обеспечивается ультразвуковыми или полнопроходными электромагнитными приборами учета, предназначенными для напорных трубопроводов.
- Погружные ультразвуковые кросс-кореляционные расходомеры, измеряющие скорость в потоке по слоям и вычисляющие среднее ее значение на основе полученных данных о распределении скоростей по всему сечению потока.
- Время-импульсные расходомеры (метод еще называют транзит-тайм или время переноса) представляют собой два датчика, расположенных на противоположных стенках трубы или канала, каждый из которых является и приемником и излучателем. Датчики направлены друг на друга и посылают узконаправленный ультразвуковой сигнал один в направлении другого. Ось, проходящая через датчики расположено под углом от 45 до 70 градусов к оси трубопровода. Двигаясь с потоком по течению ультразвуковой луч проходит расстояние от одного датчика до другого быстрее, чем против течения. Исходя из этого определяется скорость течения.
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.
Выбор типа расходомера для узла учета сточных вод.
Для определения применимости указанных выше систем в тех или иных условиях рассмотрим их основные преимущества и недостатки.
(1) Радарные бесконтактные расходомеры стоков
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.
(2) Расходомеры для самотечных каналов на основе уровнемеров
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.
(3) Доплеровские расходомеры сточных вод
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%).
(4) Применение электромагнитных и ультразвуковых расходомеров при преобразовании безнапорного потока в напорный.
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.
(5) Кросс-корреляционные приборы учета стоков
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.
(6) Время-импульсные расходомеры
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.
 |
 |
Установка погружных датчиков приборов учета стоков
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.
Возможные проблемы при использовании приборов учета стоков с погружными датчиками
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.
Обзор наиболее популярных моделей и производителей.
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.
Цены на расходомеры для сточных вод.
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.