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.