Необходимость измерения объема жидкости, проходящей по трубе или каналу определяется несколькими задачами: технологическими (для оптимизации режимов работы насосов и другого технологического оборудования), коммерческими (для организации взаиморасчетов между предприятиями за воду и стоки) и экологическими (постоянно развивающееся экологическое законодательство уже сегодня требует обязательное автоматическое измерение объема сбросов (стоков) на крупных предприятиях при одновременном непрерывном контроле концентрации загрязняющих веществ).
Виды и типы расходомеров воды
Наиболее простым типом расходомеров являются тахометрические водосчетчики, в которых вращающаяся за счет движения воды крыльчатка передает вращение на счетчик. Такие устройства в качестве стационарных приборов учета работают только на водопроводах малого диаметра. Аналогичные переносные «вертушки» широко используются для временных точечных измерений в самотечных каналах и реках.
Для решения задач измерения объема поданной воды на городских водопроводах широко используют полнопроходные электромагнитные расходомеры жидкости. Они отличаются высокой точностью измерений (погрешность может составлять +0,5% или даже +0,3%). Это наиболее распространенные приборы для наружных трубопроводов водоснабжения малого диаметра. Однако для труб большого диаметра применение электромагнитных водомеров усложняется их большим весом и габаритами, а также высокой стоимостью. Также весьма спорным является вопрос «беспроливных», «имитационных» методов периодической поверки таких устройств большого диаметра, введенных из-за отсутствия в недавнем прошлом в России соответствующих проливных стендов, а также из-за огромных затрат на демонтаж и транспортировку подобного оборудования весом сотни килограммов для периодической поверки на проливном стенде. Полнопроходные электромагнитные счетчики используют также на сетях напорной канализации. Есть попытки установки оборудования такого типа на безнапорных стоках с добавлением уровнемера, но они не получили распространения из-за высокой стоимости.
Широко распространенным типом приборов для напорных и безнапорных трубопроводов различного диаметра являются ультразвуковые расходомеры. В них могут быть использованы различные методы измерений: время-импульсный, кросс-корреляционный и метод Доплера.
Для работы в больших самотечных каналах иногда используют радарные или лазерные бесконтактные расходомеры. Эти устройства определяют скорость на поверхности потока радарным датчиком скорости, а уровень потока — ультразвуковым или радарным уровнемером.
Для указанной задачи используют также уровнемеры, на основе показаний которых определяется объемный расход, вычисляемый по формуле Маннинга (или Павловского) как функция уклона и сопротивления (шероховатости стенок). Этот метод также не учитывает распределение скоростей в сечении потока. Кроме того, при возникновении подпоров (засоров ниже по течению) ошибка этого метода становится еще выше.
В напорных трубопроводах используют также штанговые электромагнитные счетчики на воду, представляющие собой длинную металлическую штангу с электромагнитным датчиком на конце, вставляемые в трубопровод через шаровой кран и обеспечивающие измерение скорости потока в одной точке (как правило, в центре трубы).
Области применения различных типов водосчетчиков
Тахометрические датчики применяются на водопроводе малого диаметра. Их обычно устанавливают на внутренних сетях в качестве квартирных или домовых расходомеров счетчиков воды.
Электромагнитные полнопроходные счетчики широко распространены на наружных сетях водоснабжения небольшого диаметра, их также применяют на больших трубах магистрального водопровода и на напорной канализации.
При этом на трубах диаметром свыше 300 мм начинают проявляться основные недостатки этих устройств: большой вес и габариты, а также высокая цена. Поэтому имеется тенденция (в первую очередь в Германии и Западной Европе) замены полнопроходных электромагнитных приборов на канализации диаметром более 300 мм на кросс-корреляционные, а на водопроводе – на ультразвуковые время-импульсные. Однако на сегодня наиболее распространенные промышленные расходомеры воды для магистральных трубопроводов — электромагнитные.
Стационарные время-импульсные расходомеры работают в основном с достаточно чистой и однородной жидкостью, так как прохождение ультразвука через непредсказуемую неоднородную среду вносит существенную погрешность в измерения.
Они работают на напорных трубах от малого и до самого большого из реально существующих диаметров в водоснабжении, а также на самотечных каналах. Кроме того, портативные время-импульсные счетчики являются в настоящее время наиболее популярными переносными расходомерами воды.
Доплеровские и кросс-корреляционные приборы требуют наличия взвеси или пузырьков воздуха в жидкости, поэтому они применяются только на грязной или слегка загрязненной воде. В более сложных и ответственных случаях рекомендуются кросс-корреляционные устройства в силу их большей точности и надежности показаний, в простых и менее ответственных случаях можно устанавливать доплеровские, в силу их более низкой стоимости.
Радарные и лазерные системы предназначены для измерения расхода в безнапорных каналах на основе измерения скорости на поверхности потока и уровня потока с дальнейшим вычислением средней скорости потока и, соответственно, объемного расхода, по формулам и с введением поправочных коэффициентов.
В силу невозможности получения информации о распределении скоростей по слоям потока бесконтактным методом и использованием теоретических коэффициентов точность данных приборов существенно уступает точности погружных устройств, поэтому их рекомендуется применять только в тех случаях, когда установка датчиков в поток невозможна.
Уровнемеры, благодаря их низкой стоимости, также часто используются для определения расхода на самотечных каналах. Однако фактическая погрешность их может быть очень большой, поэтому не рекомендуется ставить их для коммерческого учета на объектах с большим водопотреблением, где ошибка приводит к существенным финансовым потерям.
Электромагнитные штанговые измерительные устройства применяют только на достаточно чистой жидкости, так как в грязной среде их чувствительный элемент быстро покрывается налетом и перестает корректно работать.
Их преимуществом является низкая цена, простота установки, которая осуществляется через стандартный шаровой кран, приваренный к трубопроводу, а также низкое энергопотребление, обеспечивающее возможность их длительного (до 5 лет) использования в автономном режиме, без каких-либо проводов, с передачей полученных данных по сетям мобильной связи.
Их недостатком является более высокая погрешность по сравнению с полнопроходными электромагнитными и с ультразвуковыми приборами. Это оборудование редко используют для коммерческого учета (хотя это допускается), чаще их применяют на диктующих точках с целью контроля за гидравлическими режимами водопроводной сети, для периодического контроля со стороны водоканалов корректности показаний стационарных узлов учета на предприятиях водопользователях, а также в системах поиска скрытых утечек в качестве легко переставляемого с места на место оборудования.
Как выбрать стационарный расходомер?
При выборе оборудования для стационарного узла учета необходимо учитывать следующие факторы:
- Степень загрязненности жидкости. Чистая вода делает невозможным применение доплеровских и кросс-корреляционных приборов. В грязной среде не смогут работать время-импульсные и тахометрические водосчетчики, а также штанговые электромагнитные расходомеры. В слегка загрязненной жидкости могут работать все типы оборудования.
- Напорная труба или самотек. Тахометрические счетчики, электромагнитные штанговые и полнопроходные устройства используются на напорных сетях. Радарные расходомеры и уровнемеры – только на безнапорных. Доплеровские, кросс-корреляционные и время-импульсные устройства могут работать как в напорных, так и в безнапорных трубах, для разных случаев выбираются разные типы датчиков на воду.
- Для напорных труб – максимальное давление. Так, для врезных доплеровских и кросс-корреляционных датчиков существует ограничение по давления 4 бара, другие типы сенсоров могут работать при 20 барах и более.
- Для напорных труб: диаметр. Для внутренних домовых труб водоснабжения малого диаметра (до 150-200 мм) используются тахометрические водосчетчики, для наружных сетей диаметром от 150 до 300 (400) мм чаще применяют электромагнитные счетчики, при больших диаметрах для грязной воды рекомендуются кросс-корреляционные или доплеровские, а для чистой – электромагнитные приборы учета.
- Для безнапорных труб: размер и форма канала, уровень заполнения.
- Скорость потока. Например, в самотечных каналах с относительно чистой водой при большой скорости потока рекомендуются время-импульсные расходомеры, при низкой и средней скоростях – кросс-корреляционные или доплеровские.
- Конструкция трубы или канала в месте установки прибора, наличие доступа к внешним или внутренним стенкам канала, возможность остановки потока при монтаже.
- Межповерочный интервал приборов, способы поверки (необходимость демонтажа для поверки), доступность снятия датчиков для поверки, обслуживания, замены и ремонта, срок гарантии, простота и удобство обслуживания, дружелюбный и понятный интерфейс, требования к квалификации обслуживающего персонала и другие вопросы обслуживания приборов являются важными показателями при выборе счетчиков воды промышленных.
- Допустимая погрешность измерений (либо информация, влияющая на выбор допустимой погрешности: является ли учет технологическим или коммерческим; для узлов коммерческого учета – водопотребление объекта и средний размер платы за воду; для узлов технологического учета – дальнейшее использование результатов измерений (будут ли использованы в контуре автоматического управления технологическими процессами и т.п.)). Так в одном и том же безнапорном канале при низких требованиях по точности можно поставить уровнемер или радарный расходомер, при средних требованиях – доплеровский расходомер жидкости, при высоких требованиях – кросс-корреляционный водосчетчик.
- Требования к химической стойкости, пожарной и взрывобезопасности оборудования на объекте установки. Для данных условий требуются датчик специального исполнения.
- Стоимость приборов. Продолжая пример из предыдущего пункта на одном и том же узле учета исходя из требований по точности можно установить очень дешевое оборудование на основе уровнемера, либо более дорогой доплеровский прибор, либо еще более дорогой, но точный и надежный кросс-корреляционный счетчик.
- Наличие жестких финансовых ограничений. Понятно, что всегда нужно стремиться к выбору оптимального по цене оборудования для решения поставленной задачи, однако в ряде случаев финансовая ситуация не позволяет установить необходимый прибор на воду. В этом случае необходимо решение либо об отказе от установки оборудования (откладывания решения вопроса), либо об установке более дешевого прибора если это в принципе целесообразно, либо о привлечении дополнительных кредитов, если видна быстрая окупаемость проекта и т.д.
Промышленный счетчик воды
Источник: vistaros.ru