Краткий обзор рынка российских ультразвуковых расходомеров сточных вод и решения задач приборного учета канализационных стоков. Расходомер сточных вод: актуальность использования приборов Узел учета сточных вод от очистных сооружений

А.Г. Попов, к.т.н., директор ООО «РАНЕТ ЭНЕРГО»

Платежи предприятий за сброс сточных вод с каждым годом становятся больше. Поэтому для энергетических служб многих предприятий становится всё более актуальной задача организации коммерческого учёта сточных и ливневых вод.

И, если при установке и эксплуатации узлов учёта энергоносителей (тепловой энергии, пара и т.п.) для предприятий стало привычным соблюдение метрологических требований, проведение периодической поверки приборов учёта, то при строительстве и эксплуатации узлов учёта сточных вод этими требованиями зачастую пренебрегают.

Сточные воды сбрасываются по безнапорным (самотечным) трубопроводам или собираются на канализационных-насосных станциях и перекачиваются по напорным трубопроводам.

В данном материале рассмотрим особенности организации учёта сточных вод в безнапорных трубопроводах.

ООО «РАНЕТ ЭНЕРГО» начало проектировать узлы учёта сточных вод и устанавливать расходомеры с 1991 г., накопило значительный опыт выполнения таких работ на предприятиях различного профиля (ТЭЦ; Водоканалах; крупных химических и металлургических заводах, ж.д. транспорта и т.д.) в разных регионах и климатических зонах (в т.ч. в районах вечной мерзлоты).

Такие работы выполняются в несколько этапов: обследование объекта; разработка и согласование проекта узла учёта; строительство измерительного колодца; замеры скорости потока; поставка и монтаж оборудовании; наладка и пуск в эксплуатацию.

Задача обследования - определить возможность и целесообразность организации учёта; выбрать место строительства узла учёта и тип прибора учёта (расходомера); определить объём работ при строительстве узла учёта.

Что в данном случае означает возможность и целесообразность организации учёта?

Некоторые предприятия сбрасывают воды настолько мало, что её уровень в трубопроводе составляет несколько мм. На других объектах выпуски сточных вод проходят среди плотной городской застройки (под зданиями, дорогами).

В подобных случаях по результатам обследования выдаётся мотивированное заключение об отсутствии технической возможности или нецелесообразности строительства узла учёта.

При выборе типа расходомера мы не привязаны к определённому производителю или типу прибора учёта. Выбор определяют особенности объекта. Применяются отечественные расходомеры ЭХО-Р-02, зарубежные ISCO 4250 и др.

Узлы учёта сточных вод, как правило, устанавливаются в измерительных колодцах на существующих канализационных сетях. В качестве измерительных колодцев зачастую используются существующие контрольные колодцы. В большинстве случаев, это ошибочные решения. Колодцы ставятся в местах изменения направления или уклона трубопроводов. Следовательно, при установке расходомеров в таких колодцах нарушаются требования прямолинейности измерительных участков.

Кроме того, лотки в колодцах, соединяющие входные и выходные патрубки, не бывают строго циркульными. Повышенная влажность и грязь в таких колодцах также не способствуют нормальной эксплуатации приборов.

Поэтому необходимо строительство специальных измерительных колодцев (камер).

Серьёзной проблемой при организации учёта сточных вод в безнапорных трубопроводах являются подпоры и заиливание в трубопроводах. При наличии постоянного подпора или заиливания на измерительном участке трудно говорить о корректных измерениях расхода.

Возможные причины подпоров:

1. засорение - скопление в трубопроводе отложений, мусора;

2. обрушение трубопровода;

3. контруклон;

4. подпор со стороны городского коллектора (при врезке трубопровода абонента ниже уровня воды в горколлекторе).

При засорении трубопровода подпор устраняется в результате очистки.

В остальных случаях, как правило, необходимы перекладка или ремонт трубопровода.

Заиливание трубопроводов может происходить в результате:

1. частичного разрушения труб (начинает вымываться грунт);

2. малого строительного уклона;

3. поступления со сточными водами большого количества песка, формовочной смеси и т.п.

Устранение указанных причин также обычно связано со значительными капитальными затратами на перекладку или ремонт труб, приведение в порядок отстойников.

Тем не менее, если предприятие решило организовать учёт сточных вод, необходимо проведение работ по приведению в порядок выпусков сточных вод.

Приведём примеры из практики. При проведении работ по организации учёта сточных вод на трёх выпусках Торжокского вагоностроительного завода были построены измерительные колодцы, очищены от загрязнений трубопроводы, сразу же после этого произведены замеры скорости потока, затем смонтированы и пущены в работу расходомеры. Однако по показаниям расходомеров расход сточных вод был явно завышен.

Анализ ситуации показал, что за прошедшие после очистки трубопроводов 2 недели на дне труб под расходомерами появился осадок толщиной в несколько см. Уровень воды повысился и расходомеры стали давать завышенные значения расхода воды.

Была произведена повторная очистка трубопроводов, но через несколько дней снова образовался осадок. Оказалось, что фактический строительный уклон на выпусках заметно меньше положенного по СНиП значения 0,007, что и приводило к быстрому засорению трубопроводов.

В таких условиях независимо от выбора типа прибора организовать коммерческий учёт, по нашему мнению, нельзя.

Некоторые предприятия идут на заметные затраты при строительстве узлов учёта сточных вод. Например, в Оренбурге на ПО «Стрела» имеется 2 выпуска Ду 1000 мм. При обследовании было установлено, что в тех местах, где необходимо построить узлы учёта (на границе балансовой принадлежности), в трубопроводах имеется подпор в результате частичного обрушения и засорения труб. Предприятие произвело замену труб и выравнивание измерительных участков, что позволило организовать коммерческий учёт сточных вод.

Ещё одна проблема возникает уже при эксплуатации узлов учёта. Это проблема небаланса при сравнении данных предприятия по водопотреблению и водоотведению. Почему-то в случае обнаружения небаланса, предприятие, в первую очередь, видит причину этого в неправильных показаниях прибора учёта сточных вод.

На самом деле по нашему опыту причины небаланса бывают разные:

1. неучтённые врезки (выпуски) до узлов учёта сточных вод;

2. попадание в сточные воды грунтовых и поверхностных вод;

3. использование поступающей на предприятие воды на технологические нужды;

4. некорректный расчёт баланса (например, по водосчётчику учитывается поступающая холодная вода, но не учитывается сброс горячей воды из системы ГВС);

5. неверные показания приборов учёта по водопотреблению;

6. неверные показания приборов учёта сточных вод.

К теме данной статьи из перечисленных относится п. 6., поэтому рассмотрим эту позицию подробнее.

Неверными показания расходомера могут быть в результате отступлений от метрологических требований (отсутствие прямолинейных участков, подпоры, прогибы трубопровода, загрязнения трубы) при выборе места и строительстве узла учёта. Об этот написано выше. Причём, в указанных случаях погрешность измерений может выражаться не в единицах, а в десятках процентов.

Другим источником погрешности измерений является субъективный фактор при замерах внутреннего диаметра трубопровода, скорости потока. Действительно, сложно точно замерить внутренний диаметр железобетонного трубопровода, внутренняя поверхность которого с годами сильно изношена. Поэтому необходимо с особой тщательностью выполнять работы по замерам на этапе изысканий, соблюдать требования основного регламентирующего документа «Рекомендации. ГСИ. Расход сточной жидкости в безнапорных трубопроводах. Методика выполнения измерений. МИ-2220».

Как известно, расходомеры для напорных трубопроводов проходят метрологическую аттестацию вместе с измерительными участками. Для расходомеров для безнапорных трубопроводов таких требований нет. Поэтому предприятия, эксплуатирующие такие расходомеры, по окончанию сроков поверки приборов, отправляют их на поверку, а измерительные участки остаются без контроля. С годами в трубопроводах появляется осадок, стенки труб изнашиваются, в результате характеристики измерительных участков существенно изменяются.

По нашему мнению, перед периодической поверкой расходомеров необходимо проводить контрольные замеры параметров (внутреннего диаметра, уровня и скорости потока) на измерительных участках. И при изменении этих параметров вносить соответствующие корректировки в настройки расходомеров при проведении периодической поверки..

Необходимо также производить периодическую очистку измерительных участков от отложений.

В целом, как нам представляется, учёт сточных вод целесообразно приравнять к учёту энергоносителей.

| скачать бесплатно Коммерческий учёт сточных вод - проблемы и особенности , Попов А.Г.,

Для тех, кто живёт в частном секторе, с целью уменьшения коммунальных платежей рекомендуется приобретать счетчик для установки на канализацию, если централизованный коллектор подключен к дому. Такой расходомер сточных вод покажет вам и сотрудникам водоканала, насколько меньше стоков вы отправляет в канализацию, в отличие от потребленной воды.

Важно: до сих пор объемом водоотведения считался объем, равный потреблению воды. То есть, сколько взяли из водопровода, столько и слили в канализацию.

Однако в частном секторе не всегда вся набранная и потребленная вода уходит в коллектор. Так, мытье авто или стирка ковра во дворе не позволяют слить жидкость в канализацию. Сюда же можно добавить полив сада и огорода, орошение бетонных плит двора в жару, набор воды в аквариум и пр. Чаще всего такая жидкость уходит просто в грунт или расходуется для полива огородных культур. Таким образом, лишние 300-500 литров в неделю (особенно летом) уже идут плюсом в вашу квитанцию на водоотведение, что вынуждает собственника дома переплачивать за услугу.

А чтобы этого не происходило, стоит всерьез задуматься об установке такого счетчика на канализацию.

Расходомером для стоков называют специальный прибор учёта, который устанавливается на канализационный трубопровод. Счетчик для установки на канализацию - это сложный механизм с элементами электроники, рассчитанный на работу в агрессивной среде. Точность и надёжность проводимых измерений с такими приборами гарантируется производителем.

Монтаж прибора для учета стоков производят непосредственно в коллекторе на открытом или закрытом его участке.

Согласно принципу работы приборы-расходомеры стоков делят на два вида:

• Приборы для учета стоков путем измерения уровня потока воды в трубопроводе;
• Приборы для учета и уровня, и скорости потока.

В первом случае счетчик используется для безнапорного коллектора. То есть в тех случаях, когда канализационные стоки движутся по уклонной трубе самотёком под воздействием гравитации. Приборы второго типа используют в напорных системах, где ток канализационной воды обеспечивает специальный насос.

Виды расходомеров для сточной воды

Современный рынок сантехнического оборудования предлагает пользователям ряд счетчиков на канализацию.

Ультразвуковые аппараты

Такие счетчики имеют специальный датчик, который измеряет глубину потока и передаёт данные по проводной или беспроводной связи, а также при помощи специального модема. Установка такого прибора учёта не требует проведения сложных технических работ. Ультразвуковой ПУ для стоков имеет защиту от различных помех и перегрева. Чаще всего такие приборы устанавливают в безнапорном (самотёчном) коллекторе.

Преимущества ультразвукового расходомера:

• Возможность измерения данных в трубопроводе разного диаметра (в том числе и самого большого до 350 мм);
• Возможность работы ультразвукового прибора учета как от сети, так и от аккумуляторов;
• Большая память механизма;
• Минимальный процент погрешности при даче показаний;
• Длительный срок службы.

Однако у ультразвукового аппарата есть и недостатки:

• Сложность в техническом обслуживании. Особенно если ультразвуковой прибор учета устанавливается методом вреза.
• Необходимость очистки датчика во время эксплуатации счетчика.

Электромагнитные приборы

Принцип действия таких устройств напоминает работу крыльчатого счетчика на воду. Здесь стоки проходят непосредственно через механизм, вынуждая магнитное поле работать и выводить данные на табло.

Преимущества:

• Установка и техническое обслуживание приборов учёта достаточно просты;
• Устойчивость механизма к сильным вибрациям позволяет устанавливать его в трубопроводе вблизи сложных промышленных или жд объектов;
• Высокая точность показаний;
• Длительный срок службы.

Из недостатков можно отметить следующие:

• Наличие неточности в показаниях, если рядом имеется электромагнитная помеха;
• Существенные различия в цене устройства в зависимости от диаметра расходомера;
• Возможная погрешность в работе от 0,25% до 2%.

Счетчики электромагнитного типа используют как в напорных, так и безнапорных трубопроводах.

Важно: вода, проходящая через электромагнитный счетчик, должна быть обязательно токопроводящей.

Рычажково-маятниковый прибор учёта стоков

В этом случае глубина стоков в канализационном трубопроводе измеряется при помощи поплавкового датчика, а скорость потока помогает определить специальная поворотная лопасть.

Портативный счетчик на стоки

Самый маленький из приборов учётного типа. Используется в том случае, если стационарный расходомер был снят на ремонт или диагностику. Портативный ПУ работает от аккумулятора и может ставиться на подзарядку.

Виды коллекторов и учет стоков в них

Известно, что канализационный трубопровод может работать как безнапорным способом (под воздействием силы гравитации, то есть - самотеком), так и напорным способом (с применением специального насоса). В первом случае получить данные о количестве слитых стоков будет сложнее, поскольку и объем и скорость потока может быть разная в зависимости от ситуации.

В безнапорном коллекторе можно использовать любые виды расходомеров измеряющие или только глубину потока, или и глубину, и скорость потока.

Для напорного трубопровода канализации можно применять счетчик, работающий по аналогии с простым водомером на чистую воду. Такие приборы пригодны к эксплуатации в агрессивной среде с наличием в ней фекального мусора.

Важно: прибор, учитывающий и скорость, и глубину сточного потока, даёт более достоверные данные.

Особенности монтажа счетчика на стоки

Если принято решение устанавливать счетчик для установки на канализацию с целью экономии средств, то перед его покупкой стоит ознакомиться с нюансами установки прибора:

• Так, расходомер должен полностью соответствовать типу вашего коллектора. Чтобы правильно подобрать тип и вид счетчика, можно воспользоваться консультацией специалиста в магазине. Помните, ошибка в выборе влечет да собой не только потерю средств из семейного бюджета, но и постоянную недостоверность в получении данных.
• Чтобы счетчик давал максимально точные показания, его сечение должно быть полностью заполнено рабочими стоками.
• Монтаж прибора нужно проводить либо в самой высокой точке трубопровода, либо в самой низкой его точке. Если же коллектор канализации является безнапорным, то монтаж прибора производят только в низшей точке трубопровода.
• Установка счетчика на канализацию допускается только на прямых участках коллектора, которые имеют угол отклонения в горизонтальной плоскости не более 25 градусов.
• Стоит помнить, что у хорошего продавца расходомер для частной канализации укомплектован всеми необходимыми элементами для установки.

Важно: монтаж оборудования в трубопроводе канализации лучше доверить узким специалистам, которые выполнят все работы точно и с гарантией.

Возможные неточности в подсчетах водоотведения

Случается, что расходомер для коллектора выдает, на взгляд собственника, недостоверные данные. В этом случае стоит знать, что неточности в работе учётного прибора могут возникать по двум причинам:

• Подпоры в трубопроводе;
• Засоры в коллекторе.

В этом случае необходимо проанализировать и исследовать свой коллектор. Причинами появления подпоров в трубопроводе могут стать:

• Поломка стенок трубопровода и возникновение препятствий по ходу тока грязной воды;
• Наличие в воде крупного бытового мусора (тряпки, губки, предметы личной гигиены и пр.);
• Возможный уклон трубопровода в сторону, противоположную от стороны движения стоков;
• Врезка коллектора частного дома в том месте, где уровень стоков в центральном трубопроводе расположен выше.

Важно: в случае бытовых засоров можно просто прочистить коллектор. В остальных же случаях потребуется проведение сложных технических работ.

Причины возникновения заиливания в трубопроводе канализации:

• Слишком малый уклон коллектора от дома к центральной линии канализации;
• Возможное попадание песка в сточную воду или трубы канализации;
• Недостаточная герметизация швов трубопровода, что приводит к попаданию в коллектор грунтовых земель и возможно воды.

В случае обнаружения заилившихся участков в трубопроводе канализации необходимо выявить первопричину и устранить её.

Помните: правильно подобранный и грамотно смонтированный расходомер для канализационной воды позволит в разы сократить оплату за водоотведение на частном участке. Поскольку в отличие от многоквартирных домов, где израсходованная вода действительно попадает в коллектор канализации, израсходованная вода в собственном доме часто находит себе другое пристанище. А это весомый перерасход семейного бюджета на оплату несуществующей услуги.

Количество сточных вод, сбрасываемых предприятиями, является основным показателем для расчета со специализированными службами. В частности, с Водоканалом. Который очищает и транспортирует сточные воды. А количество ливневых вод – это единственный параметр контроля над выбросами в окружающую среду. Казалось бы, коммерческий учет сточных вод просто необходим предприятиям. Ведь это единственный инструмент контроля над данной областью. Но предприятия стараются обойтись без обустройства узлов учета сточных вод.

Коммерческий учет сточных вод: почему он необходим?

Во-первых, для экономии денежных средств. Зная о перерасходе сбрасываемых сточных вод, предприятие будет изыскивать пути уменьшения их количества.

Во-вторых, для соблюдения требования природоохранных организаций.

Но реализация учета сточных вод является технически сложным решением и требует значительных материальных затрат. Более того, предприятия пока скептически относятся к такого рода учету. Основные причины тому:

• сточные воды не являются энергоносителем;
• в области учета сточных вод нет достаточного контроля.

Нет соответствующей технической документации, соответствующих специалистов. Но такое положение вещей будет непродолжительным. Водоканалы все чаще обращают внимание предприятий на необходимость обустройства узлов учета сточных вод. Скоро природоохранные организации обзаведутся специалистами и соответствующей документацией. Вполне возможно, что учет сточных вод станет обязательным.

Как происходит организация учета сточных вод?

Есть немало примеров, когда показания расходомеров для сточных вод давали возможность предприятиям провести энергосберегающие мероприятия и значительно снизить количество сбрасываемых сточных вод. Несмотря на то, что организация коммерческого учета – технически сложная и дорогостоящая в реализации задача, предприятия идут на это. Впоследствии денежные ресурсы вернутся в виде сэкономленных средств на оплату.

Основные требования для установки узлов учета сточных вод:

1. Организация узлов на существующих подземных коммуникациях.

2. Использование в качестве измерительного участка безнапорного трубопровода.

Реконструкция трубопровода или его участка необходима в следующих случаях:

• малый уклон трубопровода;
• подпор со стороны горколлектора;
• образование осадка грунта в трубопроводе;
• отсутствие прямолинейных участков;
• труднодоступность трубопровода (он проходит под дорогой, набережной или зданием);
• незначительный поток сточных вод.

Виды приборов учета сточных вод

Современные расходомеры подходят для напорных и безнапорных систем стоков. Основные типы приборов:

• ультразвуковые, магнитно-индукционные и вихревые;
• портативные и переносные;
• электромагнитные, рычажно-маятниковые и кольцевые механические.

Они отличаются техническими характеристиками и принципом действия. При выборе нужно учитывать область применения. Рассмотрим особенности некоторых прибором.

Ультразвуковой прибор учета

Используются на следующих участках:

• открытые каналы;
• самотечные системы;
• канализационные системы;
• безнапорные трубопроводы;
• очистные сооружения промышленных предприятий.

Область применения:

• коммерческий учет стоков;
• отслеживание наполняемости канализационной сети;
• контроль над промышленными сбросами;
• анализ приточной части сточных вод.

Метод работы – «площадь-скорость» (одновременно измеряют уровень потока и скорость).

Основные технические параметры:

• автономное питание от сети; возможность снимать показатели удаленно;
• объем памяти, но ограниченный доступ к настройкам;
• погрешность измерения – 0,1%;
• срок службы – 10 лет;
• каждые 1-4 года необходима проверка;
• русскоязычный интерфейс и возможность сохранять показания на внешнем носителе.

Цена прибора учета сточных вод данного типа достаточно высока. Но последующие материальные и временные затраты убеждают в его наибольшей эффективности.

Рычажно-маятниковые приборы учета

Область применения – канализационные стоки. Принцип работы – «площадь-скорость». С помощью данного прибора можно измерять сильно загрязненные жидкости.

Конструкционные части расходомера:

• рычаг со сферическим поплавком (преобразователь уровня);
• ось подвески, на которой прикреплен датчик угла (определяет угол отклонения преобразователя уровня по отношению к горизонту);
• поворотная лопасть (преобразователь скорости);
• ось подвески с датчиком угла для поворотной лопасти.

На показания этого прибора не влияют иловые отложения и прочие факторы.

Электромагнитный прибор учета

Характеризуется минимальной электропроводностью и измеряет объем сточных вод, питьевой воды. Преимущества расходомера:

• стабильность измерений, вибростойкость;
• легкость монтажа и управления;
• отсутствие потери давления, высокая надежность.

Допустимая температура стоков для работы прибора – 80 градусов. Принцип действия основан на законе магнитной индукции:

• через магнитную катушку проходит жидкость, инициирующая ток;
• уровень тока пропорционален показателю скорости сточных вод.

Электромагнитный расходомер – это оптимальное соотношение цены и качества. Чтобы правильно выбрать модель, лучше пригласить специалиста.

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:

1. 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.
2. Радарные бесконтактные расходомеры, измеряющие уровень и скорость поверхностного стока. Средняя скорость потока определяется путем умножения скорости поверхностного стока на постоянный коэффициент.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.