Облік води на свердловинах з двоканальним лічильником ЕРГОМЕРА-125.БВ

Для яких об'єктів застосовується

Лічильник ЕРГОМЕРА-125.БВ — ультразвуковий двоканальний лічильник води з мережевим живленням, призначений для джерел водопостачання, розподільчих мереж, насосних станцій (у тому числі каналізаційних) та інших напірних трубопроводів. Прилад розрахований на роботу з рідинами широкого спектра — питною, технічною і морською водою, побутовими та промисловими стічними водами, неагресивними (спирти, мастила) і навіть агресивними рідинами (кислоти, луги, сольові розчини, емульсії, суспензії), з температурою до 150 °C (опційно — до 280 °C) і тиском до 40 МПа. Для свердловинних вузлів обліку прилад цікавий насамперед там, де є декілька видобувних свердловин з одним оператором, стабільне мережеве живлення на майданчику та потреба у великих типорозмірах труб (кущові водозабори, промислові водозабірні вузли, свердловини великого дебіту).

Часоімпульсний метод вимірювання

В основі роботи лічильника — ультразвуковий часоімпульсний метод. Пара п'єзоелектричних перетворювачів (ППЕ) поперемінно надсилає ультразвукові сигнали за напрямком потоку і проти нього. За різницею часу проходження сигналу між датчиками визначається швидкість потоку рідини, а витрата обчислюється як добуток виміряної швидкості потоку на площу перетину трубопроводу, з коригувальним коефіцієнтом, що приводить виміряну по УЗ-променю швидкість до середньої по перетину (коефіцієнт визначається під час калібрування на проливній установці). Такий метод, як і у решти ультразвукових приладів лінійки, не має жодних рухомих механічних елементів у вимірювальному тракті — весь вимірювальний цикл виконується виключно електронно.

Два канали і довгі кабелі — головна конструктивна особливість

На відміну від одноканальних приладів, ЕРГОМЕРА-125.БВ дозволяє вести облік одразу у двох незалежних трубопроводах одним обчислювачем — тобто одним приладом можна обліковувати, наприклад, дві сусідні свердловини кущового водозабору чи основний і резервний насосні агрегати. Важливо, що обидва канали витрати налаштовуються повністю незалежно один від одного, тому діаметри перетворювачів витрати на кожному каналі можуть бути різними — наприклад, одним обчислювачем можна обліковувати одночасно виведення двох свердловин різної продуктивності (з різними Ду витратомірів), без потреби встановлювати для цього два окремі прилади.

Ключова практична перевага — довжина кабелю між ультразвуковим перетворювачем витрати (ПВУ) і обчислювачем може сягати до 500 м (кабель для підключення ППЕ до вимірювального перетворювача постачається довжиною за замовленням, максимум 500 м). Це дає змогу фізично рознести вимірювальну частину (яка монтується безпосередньо на трубопроводі свердловини) і сам обчислювач — його можна встановити у приміщенні оператора, диспетчерській, монтажній шафі чи на щиті управління насосною станцією, а не тримати електроніку на відкритому майданчику свердловини. Важливий нюанс: довжина кабелю не залежить від діаметра трубопроводу — і на Ду15, і на Ду3200 максимально допустима довжина лінії зв'язку між давачем і обчислювачем однакова (до 500 м), тож обмеження визначається виключно електричними характеристиками кабельної лінії, а не типорозміром витратоміра.

Діапазон діаметрів — від Ду15 до понад Ду3200

Діапазон типорозмірів витратомірів ЕРГОМЕРА-125.БВ охоплює діаметри від Ду15 до понад Ду3200 мм — це суттєво ширший діапазон, ніж у компактних приладів лінійки, і дозволяє застосовувати прилад як на невеликих свердловинних водопідйомних лініях, так і на магістральних трубопроводах великого діаметра.

Перетворювачі витрати випускаються у двох конструктивних виконаннях:

В1 — витратомірна ділянка (проставка) з визначеним діаметром умовного проходу, що виготовляється під замовлення і монтується в розрив трубопроводу.
В2 — врізні ультразвукові перетворювачі, які встановлюються безпосередньо в існуючий трубопровід без виготовлення окремої проставки. Врізні перетворювачі можуть бути стандартного виконання (монтаж на спорожненому трубопроводі) або шлюзового виконання — для монтажу й обслуговування без зупинки потоку і без скидання тиску в трубопроводі.

На великих діаметрах — практично від Ду250 і вище — саме виконання В2 стає технічно й економічно доцільнішим за В1: вирізати ділянку такого діаметра, виготовити фланцеву проставку і зупинити водозабір на час монтажу часто нераціонально, тоді як врізні перетворювачі (тим більше шлюзового виконання) монтуються в діючий трубопровід без його зупинки. Для виконання В2 витрата Q3 розраховується за формулою Q3 = 4500·π·d², де d — внутрішній діаметр трубопроводу в метрах, що дозволяє розрахувати номінальну витрату під фактичний перетин конкретної труби, а не підбирати типорозмір із каталожного ряду.

Окремо передбачені шлюзові виконання (РШВС) — перетворювачі, які можна монтувати, обслуговувати або демонтувати без зупинки потоку й без спорожнення трубопроводу, за допомогою спеціального механізму монтажу-демонтажу під тиском. Це суттєво знижує експлуатаційні втрати на магістралях, де зупинка потоку для обслуговування лічильника є дорогою або небажаною операцією.

Тиск, рівень та інші параметри насосної групи

Крім витрати, обчислювач ЕРГОМЕРА-125.БВ дозволяє одночасно обробляти сигнали від додаткових перетворювачів, що суттєво розширює вузол обліку до повноцінного пункту контролю режиму роботи насосної групи:

Тиск. Прилад підтримує до трьох незалежних каналів вимірювання тиску. Це дає гнучкість у побудові схеми контролю: тиск можна вимірювати окремо на виході кожної свердловини (по кожному каналу витрати), а також окремо на загальному колекторі після об'єднання потоків — тобто одночасно бачити і індивідуальний напір кожного насоса, і сумарний тиск у мережі після водозабору.
Рівень у резервуарах. Один з аналогових входів 4…20 мА можна використати не для тиску, а для підключення давача рівня — це дозволяє тим самим обчислювачем контролювати рівень води в накопичувальному резервуарі чи баку, суміщаючи в одному приладі облік витрати свердловин і контроль наповненості ємності, куди ця вода подається.
Облік електроенергії насосного агрегата. Імпульсний вхід приладу (типу «сухий контакт») дозволяє підключити лічильник електроенергії з імпульсним виходом — і отримувати спожиту насосом електроенергію в тому самому архіві, що й витрату. Альтернативно лічильник електроенергії з аналоговим струмовим виходом можна підключити через вільний канал 4…20 мА — тобто вибір способу підключення (імпульсний чи струмовий) залежить від того, яким виходом обладнаний конкретний лічильник електроенергії.

Поєднання цих каналів у одному приладі дозволяє зіставляти витрату, тиск, рівень і споживання електроенергії насоса в одній системі архівації — і за їх спільною динамікою значно раніше виявляти відхилення в роботі насосного обладнання, ніж за одним лише показником витрати.

Мережеве живлення — у чому відмінність від СБТВ-025 і ЕРГОМЕРА-125.БА

У лінійці ультразвукових лічильників виробника є три рішення, і принципова різниця між ними — саме в джерелі живлення й типовому масштабі об'єкта:

СБТВ-025 — компактний одноканальний лічильник з повністю автономним живленням від вбудованої батареї (до 6–12 років роботи), розрахований на типорозміри до Ду100 — оптимальний варіант для окремої свердловини без гарантованого зовнішнього живлення.
ЕРГОМЕРА-125.БА — також автономний (живлення від власного вбудованого джерела, за потреби доукомплектовується зовнішнім адаптером мережевого живлення), але з ширшим діапазоном типорозмірів (Ду15 — понад Ду500 мм) і двома незалежними каналами вимірювання витрати — проміжне рішення між компактним СБТВ і повноцінним мережевим ЕРГОМЕРА-125.БВ.
ЕРГОМЕРА-125.БВ — на відміну від обох попередніх, живиться від мережі 220 В (з внутрішнім джерелом живлення 12(24) В), працює в безперервному режимі без обмежень ресурсу батареї, охоплює найбільший діапазон діаметрів (до понад Ду3200 мм) і підтримує розширений набір цифрових інтерфейсів та каналів вимірювання.

Тобто якщо СБТВ-025 і ЕРГОМЕРА-125.БА — це рішення для об'єктів без гарантованого зовнішнього живлення (з опорою на автономність), то ЕРГОМЕРА-125.БВ — рішення для об'єктів, де мережеве живлення вже є і є сенс скористатися ним для розширення функціоналу: більшого діапазону діаметрів, більшої кількості каналів і практично онлайн-передачі даних. При цьому архів вимірювань зберігається в енергонезалежній пам'яті не менше 12 років навіть за відсутності живлення — тобто накопичені раніше дані не втрачаються при відключенні мережі, хоча сам процес вимірювання (на відміну від СБТВ і БА) під час відключення електроенергії не ведеться.

Зв'язок і передача даних

ЕРГОМЕРА-125.БВ передбачає такий самий підхід до дистанційної передачі даних, як і решта приладів лінійки — з підтримкою мережевого GSM-модему з живленням від електромережі (Ергомера-260.GSM), — а також суттєво розширює набір провідних інтерфейсів завдяки мережевому живленню самого обчислювача:

Основний інтерфейс — RS-232 (роз'єм DB-9), вбудований в базову комплектацію, з можливістю подовження до 10 м безпосередньо від приладу (далі — через модем чи конвертер).
Додатковий вбудований інтерфейс — на вибір: RS-485, IEEE 802 (Ethernet), M-BUS, WiMBUS — тобто прилад можна безпосередньо, без зовнішнього модему, підключити до локальної провідної мережі підприємства (RS-485 «по проводах» до диспетчерської або Ethernet у складі промислової локальної мережі).
Аналогові виходи — 2 канали струмового виходу 4…20 мА, для виводу поточних значень витрати, тиску чи температури в системи автоматизації або на щитові прилади, що не підтримують цифрові протоколи.
Імпульсні входи/виходи — 2 імпульсних входи типу «сухий контакт» (для підключення зовнішніх лічильників) та 2 імпульсних виходи (передача імпульсів пропорційно витраті або дискретний вихід у режимі сигналізації).
Протоколи обміну — MODBUS RTU, MODBUS TCP, Ergo V1, Ergo V2, HTTP, M-BUS — що дозволяє інтегрувати прилад у SCADA, диспетчерські системи, ГІС (GIS), системи виявлення витоків і системи реального часу без додаткових конвертерів протоколу.

Такий набір інтерфейсів означає, що для ЕРГОМЕРА-125.БВ дистанційна передача даних не обмежується лише бездротовим каналом (GSM): за наявності локальної мережі підприємства чи диспетчерської кабельної лінії дані можна передавати провідним способом (RS-485, Ethernet), поєднуючи це за потреби з бездротовим резервним каналом через GSM-модем — що особливо доречно на об'єктах із власною диспетчерською мережею (кущові водозабори, промислові підприємства з централізованим водопостачанням).

Прилад формує погодинний, добовий і місячний архіви виміряних величин, а також окремо веде облік часу напрацювання, простою, роботи поза межами діапазону вимірювань і роботи в аварійному режимі, архів подій і архів втручань у налаштування приладу — тобто, як і решта приладів лінійки, забезпечує повноцінну ретроспективу режиму роботи свердловинного насоса й стан вимірювального каналу без необхідності виїзду персоналу на об'єкт. Окрім стандартних архівів, передбачено формування технологічного архіву з дискретністю, кратною секунді — тобто за потреби прилад можна налаштувати на запис секундних значень витрати, що дає значно детальнішу картину перехідних процесів (пуск/зупинка насоса, короткочасні провали тиску) порівняно з погодинним архівом. Доступна функція синхронізації часу з сервером

Окремо варто відзначити можливість роботи приладу в режимі, наближеному до реального часу: імпульсний вихід і аналоговий вихід 4…20 мА формуються для кожного каналу окремо, тобто миттєве значення витрати кожного трубопроводу транслюється у зовнішню систему автоматизації без затримки на цикл архівування. Аналогічно, за цифровим інтерфейсом Ethernet дані (поточні значення та архіви) можна передавати в диспетчерську систему з дискретністю до 5 секунд — що дозволяє фактично вести онлайн-моніторинг режиму роботи свердловинного насоса через локальну мережу підприємства. За потреби до приладу так само можна підключити модем (автономний або мережевий GSM) як резервний або основний канал зв'язку — так само, як описано вище.

Чому не механічний лічильник

Для порівняння варто окремо зупинитися на тому, чому для свердловинного обліку механічні (крильчасті, турбінні) лічильники води поступаються ультразвуковим рішенням:

Рухомі частини зношуються та заклинюють. Крильчатка чи турбінка — механічний вузол, що піддається зношуванню підшипників і осі, а механічні домішки, характерні для підземної води (пісок, окалина, продукти корозії свердловинних труб), прискорюють це зношування і можуть спричинити повне заклинювання лічильного механізму.
Чутливість до гідроударів. Різкі перепади тиску при пуску/зупинці свердловинного насоса чи спрацюванні зворотного клапана можуть механічно пошкодити крильчатку або вивести з ладу лічильний механізм — на відміну від ультразвукового каналу, де немає рухомої деталі, яку можна пошкодити гідроударом.
Втрата точності з часом. Знос лопаті чи осі накопичується протягом експлуатації і поступово занижує покази, причому цей ефект складно виявити без позачергової повірки — на відміну від ультразвукового каналу, що не має механічного зносу вимірювального елемента.
Відсутність архіву та аналітики. Класичний механічний лічильник — це, як правило, лише накопичувальний лічильний механізм (одометр) без погодинного архіву, без диференціації напрямку потоку і без можливості дистанційної діагностики стану каналу — тобто оператор бачить тільки підсумковий об'єм, без ретроспективи режиму роботи насоса чи ознак несправності.

Висновок

ЕРГОМЕРА-125.БВ — це рішення для свердловинних вузлів обліку там, де є стабільне мережеве живлення і потрібен масштаб, недоступний компактним автономним приладам: великі діаметри (до понад Ду3200 мм), два незалежні канали вимірювання різного діаметра в одному обчислювачі, можливість рознести давачі й обчислювач на відстань до 500 м незалежно від діаметра труби, поєднаний контроль витрати, тиску (по кожному каналу і на колекторі), рівня в резервуарах і споживання електроенергії насоса, а також повний набір провідних (RS-485, Ethernet, M-BUS) і аналогових (4…20 мА) інтерфейсів з роботою, наближеною до реального часу, на додаток до GSM-каналу. Це логічний перехід від автономних рішень (СБТВ-025, ЕРГОМЕРА-125.БА) на об'єктах, де є всі підстави відмовитися від обмежень батарейного живлення на користь безперервного мережевого режиму та розширеної інтеграції в диспетчерські системи підприємства.

Ключові слова: облік води на свердловинах, лічильник води ЕРГОМЕРА-125.БВ, двоканальний ультразвуковий лічильник води, ультразвуковий витратомір великого діаметра, часоімпульсний метод вимірювання витрати, витратомір Ду3200, врізний ультразвуковий перетворювач витрати, шлюзове виконання витратоміра, вузол обліку кущового водозабору, мережевий лічильник води, лічильник води з живленням 220В, дистанційна передача показів лічильника, RS-485 лічильник води, Ethernet лічильник води, M-BUS лічильник води, аналоговий вихід 4-20мА лічильник, контроль тиску на колекторі, датчик рівня резервуара 4-20мА, облік електроенергії насосного агрегата, секундний архів витрати, погодинний архів витрати води, диспетчеризація вузлів обліку води, SCADA облік води, недоліки механічного лічильника води, порівняння СБТВ та ЕРГОМЕРА 125БА 125БВ.

Облік води на свердловинах для диспетчеризації