Высокоточное измерение расхода сточных вод различными методами с помощью универсального российского расходомера «ВоСток»

---

Введение

Наружная канализационная система является сложным инженерным сооружением для обеспечения сбора и направления собранных загрязненных сточных вод на последующую очистку в очистные сооружения или сброса в водные объекты. Загрязненные сточные воды делятся на 3 вида: хозяйственно-бытовые, производственные и ливневые. Потребность в ведении учета сточных вод на предприятии обуславливается тремя направлениями:

• коммерческий учет – применяется для снижения затрат на использование водных ресурсов, которые до этого определялись расчетным способом: при наличии большого количества потребленной воды по отношению к поступившей по трубопроводу, а также для учета фактически выпавших на поверхность дождевых осадков, образовавшихся талых сточных вод от таяния снега и образованных прочих дренажных стоков (например, поливомоечные – возникшие от мойки дорожных покрытий), которые поступили в канализационную систему$
• технологический учет – применяется для контроля работы разного рода энергетического оборудования в системах технического водоснабжения на объектах тепловой и электроэнергетики;
• экологический учет – может входить в категорию технологического, но, как правило, выделяется в самостоятельную категорию. Применяется природопользователями, использующие водный объект для забора или сброса сточных вод карьерного водоотлива и/или дренажных вод, данные по которым в рамках экологической отчетности в виде соответствующего отчета направляются для контроля в Росприроднадзор.

Основные требования к коммерческому учету сточных вод в организациях регламентируются постановлениями Правительства РФ от 04.09.2013 № 776 «Об утверждении Правил организации коммерческого учёта воды, сточных вод» и от 29.07.2013 № 644 «Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации», федеральным законом от 07.12.2011 № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении».

Требования к установке прибора учета на сбросе сточных вод для экологического учета определяются Водным кодексом РФ от 03.06.2006 № 74-ФЗ, постановлением Правительства РФ от 10.04.2007 № 219 «Об утверждении Положения об осуществлении государственного мониторинга водных объектов» и приказом Минприроды от 08.07.2009 № 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»: «учет объема сброса сточных вод должен производиться средствами измерений…».

Методы измерения сточных вод

Ассортимент приборов учета безнапорных потоков за последних два десятилетия значительно расширился и преобразился. В основном при выборе расходомера главным параметром является выбор метода измерения расхода безнапорного потока, который наиболее соответствует поставленным задачам и характеристике объекта измерения.

Расход сточных вод в безнапорном потоке любыми расходомерами осуществляется по простой формуле (рис. 1), но применяемый метод измерения для каждого расходомера разный.

Q=V_ср·S
Рисунок 1. Формула расчет расхода сточных вод

где:

• Q – расход сточных вод;
• V_ср – средняя скорость;
• S – сечение измерительного створа.

Каждый из существующих производителей при производстве своего расходомера останавливался на каком-то одном из четырех основных методах измерения расхода безнапорного потока: бесконтактный метод с принципом измерения «уровень-расход», бесконтактный метод с принципом измерения «площадь-скорость», контактный метод измерения на основе эффекта Допплера, контактный метод с принципом преобразования безнапорного потока в напорный.

Бесконтактный метод с принципом измерения «уровень-расход» основан только на измерении уровня потока. Измерение объема жидкости осуществляется косвенным методом посредством акустической локации (измерения) уровня жидкости, протекающей в трубопроводе, пересчете его в мгновенное значение расхода по заданной зависимости «уровень-расход» для данного трубопровода с последующим интегрированием в расходомер-уровнемер. Скорость потока рассчитывается на основании предварительной калибровки измерительного створа и замере средней скорости потока. Также для построения зависимости «уровень-расход» (расходной характеристики) согласно методике МИ 2220-13 используются дополнительные данные измерительного створа, а именно фактический уклон трубопровода или лотка, материал трубопровода (используется для определения коэффициента шероховатости стенок трубопровода). Узлы учета, основанные на данном методе самые простые и распространенные. Для измерения уровня в расходомере-уровнемере используется ультразвуковой датчик уровня. В качестве недостатков данного метода можно выделить следующие: существенная погрешность в измерении расхода (до 10%), наличие длины прямого участка не менее 20 максимального уровня наполнения в трубопроводе, на дне измерительного створа не должно быть отложений и осадка, не должны образовываться подпоры. В качестве преимуществ можно выделить следующие: простота установки, отсутствие контакта с измеряемой средой.

Бесконтактный метод с принципом измерения «площадь-скорость» основан на одновременном прямом измерении скорости и уровня потока. Для измерения скорости потока используется бесконтактный радарный датчик скорости, для измерения уровня – бесконтактный ультразвуковой датчик уровня. Использование радарного метода измерения скорости потока позволяет производить измерения через пар и пену. В качестве недостатков данного метода можно выделить следующие: скорость потока не должна быть ниже 0,05 м/с. В качестве преимуществ можно выделить следующие: повышенная точность измерения в сравнении с расходомерами-уровнемерами, отсутствие контакта с измеряемой средой.

Контактный метод измерения на основе эффекта Допплера также использует принцип измерения «площадь-скорость». В этом случае для измерения скорости потока используется погружной ультразвуковой датчик скорости. Эффект Допплера основан на частотном сдвиге излучаемого и принятого сигнала, который пропорционален скорости движения частиц в потоке. В самом погружном датчике может быть встроен ультразвуковой уровнемер и/или гидростатический датчик для определения уровня воды. При применении в расходомере другого типа погружного датчика – кросскорелляционного датчика скорости, измерение потока также основано на эффекте Допплера, но сама обработка данных с датчика выполняется кросскорреляционным методом. В качестве недостатков данного метода можно выделить следующие: наличие контакта с измеряемой средой, необходимость очистки измерительного створа, уровень жидкости при измерении должен быть не менее 25-40мм., сложность монтажа датчика в измерительный створ. В качестве преимуществ можно выделить следующие: повышенная точность измерения в сравнении с расходомерами, основанными на бесконтактном методе с принципом измерения «площадь-скорость».

В качестве контактного способа измерения потока можно также рассмотреть еще один, который основан на ультразвуковом методе измерения скорости потока Transit-Time (другое название - времяимпульсный). В данном случае измерение скорости потока осуществляется парными ультразвуковыми датчиками скорости за счет измерения времени прохождения ультразвука по направлению движения жидкости и против него. При этом измерение уровня может осуществляться различными датчиками – бесконтактным ультразвуковым датчиком уровня, бесконтактным радарным датчиком уровня и погружным гидростатическим датчиком уровня. Недостатки и преимущества у данного метода аналогичны методу на основе эффекта Допплера.

Последний контактный метод с принципом преобразования безнапорного потока в напорный использует принцип действия стандартного электромагнитного расходомера. Данный метод использует закон электромагнитной индукции Фарадея. Расход жидкости рассчитывается исходя от внутреннего диаметра измерительного участка трубопровода. В зависимости от данного диаметра будет применяться свой размер расходомера, который соответствует этим параметрам. В качестве недостатков данного метода можно выделить следующие: необходимость периодической чистки застойной зоны, наличие контакта с измеряемой средой, сложность монтажа расходомера в измерительный створ. В качестве преимуществ можно выделить следующие: самая высокая точность в сравнении со всеми вышеописанными методами измерения потока.

Используемые расходомеры сточных вод

Если составить рейтинг востребованности приборов учета сточных вод, то он будет выглядеть следующим образом:

1. На первой ступени представлены наиболее доступные как по цене, так и с точки зрения количества установленных на предприятиях. К этой категории относятся расходомеры-уровнемеры, такие как LT-US, Эхо-Р-03, Взлет РСЛ, принцип действия которых основан на методе пересчета уровня в расход.

2. В сложных системах и спорных ситуациях используются несколько других методов:

• бесконтактный, действие которого основано на принципе «площадь-скорость». В эту группу можно отнести LT-US с датчиком скорости, Raven-Eye;
• погружной допплер (ISCO, ADS Triton, Beluga, Взлет РБП);
• погружной допплер методом Transit-Time (Xonic 100LO);
• контактный метод – преобразование безнапорного потока в напорный (Sewer-Mag, Jaeger Observer, Взлет СК, АЭФТ-Экосток).

Стоит отметить, что представленные системы отличаются надежностью, но имеют слишком высокую цену, в связи с чем не представлены на российском рынке отечественными производителями.

Подводя итог вышесказанному, можно сделать очевидный вывод, что для каждого метода измерений разработан определенный прибор учета. Такая ситуация заметно осложняет потенциальным потребителям выбор.

Как правило, устанавливая прибор учета, многие предприятия хотят не только экономить на оплате за водоотведение, но и с минимальными затратами установить сам учет. Российские производители не могли в полной мере удовлетворить возрастающий спрос на приборы учета сточных вод, которые отличались бы функциональностью и при этом имели невысокую стоимость. Европейское оборудование для стоков достаточно функционально, но и цена его далека от бюджетной категории. Одновременно с этим необходимо отметить то, что на российский рынок активно идет экспансия китайских расходомеров, которые пока не сертифицированы для коммерческого учета.

Расходомер «ВоСток»

В нашу повседневную жизнь активно вошло повсеместное использование смартфонов и любое управление прибором вызывает неудобство, если оно отличается от интерфейса смартфона или планшета. Парк приборов для учета сточных вод российского производства был разработан в 90-х годах прошлого века и морально устарел. Модернизация данных приборов российскими производителями под новые потребности современного рынка ведется слабо.

В профессиональную деятельность группы компаний «Аква-тэк» входит решение любых вопросов по водоотведению. В течение 3-х лет на основании собранной потребности от клиентов компания разработала, провела тестирование, испытания и запустила в производство уникальный расходомер для учета стоков «ВоСток» (рис. 2), который реализует в себе основные 3 метода измерений сточных вод (уровень-расход, площадь-скорость, допплер для напорных и безнапорных систем) и является полностью российской разработкой. Расходомер «ВоСток» упрощает потребителю выбор необходимого прибора учета стоков - нужно только определиться какой метод измерения необходим для подбора комплектации с соответствующим датчиком.

Рисунок 2. Внешний вид расходомера сточных вод «ВоСток»

В разработку программного обеспечения для расходомера «ВоСток» специалисты группы компаний «Аква-тэк» вложили многолетний опыт разработки проектов по автоматизации, которые были выполнены для водоканалов. Для того, чтобы доказать, насколько удобный программный интерфейс создан, достаточно ознакомиться кадром с сенсорного экрана расходомера (рис. 3). Как видно, для работы с расходомером создана абсолютно понятная навигация. Интерфейс прибора учета аналогичен прочно вошедшим в нашу жизнь планшетам, смартфонам, айфонам – всё просто и понятно. Доступны архивы в табличном и графическом виде, журналы тревог и событий - расходомер «ВоСток» обладает всеми необходимыми журналами архивов, предъявляемых к системам учета энергоресурсов. Для ввода числовых характеристик предназначена виртуальная удобная клавиатура (рис. 4). Практически все задачи – настройка, управление, работа с измеренными данными и архивами – осуществляется виртуально, через сенсорный экран электронного блока.

Рисунок 3. Рабочая программа расходомера «ВоСток»: главное меню

Рисунок 4. Рабочая программа расходомера «ВоСток»: мастер установки - заполнение расходной характеристики

Результаты измерений могут передаваться удаленно: либо по сети Ethernet (по RS-485 Modbus), по сетям LoRaWAN или NB IoT, либо через Bluetooth в специальное приложение на смартфон, для чего расходомер снабжен встроенным модулем и соответствующими антенными входами. Благодаря передовым способам передачи данных (NB-IOT, LoRaWan, ModBus, Bluetooth) расходомер «ВоСток» может легко встроиться в АСУТП и SCADA-систему любого предприятия и интегрироваться в существующие цифровые проекты, такие как «Умный город», Умный водоканал» и другие, реализуемые в рамках национального проекта «Жилье и городская среда» и национальной программы «Цифровая экономика».

При наличии у потребителя нескольких выпусков, в которых необходимо организовать измерения и которые находятся рядом, расходомер может выполнить одновременный учет сбрасываемых сточных вод с двух таких выпусков, используя только один электронно-вычислительный блок.

Исполнение расходомера в переносной версии (рис. 5) делает доступным для потребителей современные технологии в водоотведении и для мобильного учета, чтобы провести оценку текущих расходов сточных вод и определить целесообразность установки стационарных приборов учёта, а также провести экспертизу объёмов транспортируемой жидкости при коммерческих спорах и судебных разбирательствах. Аналогов отечественного производства портативной версии «ВоСток» не существует. Это ноу-хау способно в полной мере удовлетворить потребности российского рынка, позволив наладить коммерческий учет стоков.

Рисунок 5. Расходомер сточных вод «ВоСток» в переносном варианте

Стационарный расходомер «ВоСток» рекомендуется устанавливать ресурсоснабжающим организациям в целях ведения мониторинга абонентов и учета стоков, сбрасываемых в очистные сооружения, а промышленным предприятиям – для выполнения требований действующего законодательства по водоотведению, получения фактических данных по водопотреблению и объему сточных вод.

Новейшая разработка позволяет решить ряд задач, связанных с расходометрией:

• наладить коммерческих учет сточных и ливневых вод в любых системах;
• обеспечить технологический учет промышленных стоков и экологический учет ливневых и талых вод;
• измерить расход воды в реках и озерах ирригационных систем.

По состоянию на сентябрь 2020 г. расходомер успешно прошел государственные испытания в целях утверждения типа средств измерений. Это означает, что потребители в ближайшее время смогут начать использовать расходомер «ВоСток» для коммерческого учета. Объектами использования могут служить управляющие компании в сфере ЖКХ, организации водоснабжения и водоотведения, промышленные предприятия, генерирующие компании, сельхозпредприятия, а также гостиницы, торговые центры, учреждения здравоохранения и образования и т.д. Одни потребители будут использовать расходомер для коммерческого учета стоков, другие – для мониторинга сброса сточных вод и технологического учета.

 

Расходомер «ВоСток» – революционное решение в области учета и контроля расхода жидкости на объектах различного назначения. Он обладает следующими достоинствами:

• большой выбор методов измерений: уровень-расход, площадь-скорость, допплер для напорных и безнапорных систем;
• передача данных по каналам NB-IOT, LoRaWan, Ethernet, USB, Bluetooth;
• широкий выбор первичных датчиков с водонепроницаемым корпусом (степень защиты IP68);
• наличие портативного исполнения корпуса;
• использование до 2-х каналов для измерения стоков;
• имеет встроенный аккумулятор для работы в автономном режиме;
• оборудован цветным сенсорным экраном, обеспечивающим удобство работы, как на смартфоне;
• эргономичный корпус, который приятно держать в руках;
• в портативном исполнении оснащен корпусом, не имеющим отечественных аналогов;
• простота монтажа, эксплуатации и обслуживания, благодаря чему обеспечиваются минимальные эксплуатационные затраты.

Проанализировав возможности и достоинства новинки, можно смело сделать вывод, что за расходомером «ВоСток» будущее. Совсем скоро он займет лидирующие позиции не только на российском, но и на мировом рынке в нише приборов учета и контроля стоков.

Производство находится в Екатеринбурге, но поставка расходомеров «ВоСток» через транспортные компании осуществляется на всю Россию.

Кроме того, компания ООО «Аква-тэк СП» дополнительно предоставляет всем своим заказчикам полный комплекс услуг по внедрению узлов учета сточных вод «под ключ»: начиная с этапа проектирования узла учета под нужды потребителя и до монтажа, пусконаладки, технической поддержки и поверки расходомера.

Применение современного российского расходомера сточных вод «ВоСток» на российских предприятиях позволит создать не только усовершенствованную систему учета стоков, но и поддержит отечественного производителя.

Запросить цену