Развитие метрологического обеспечения безапорных многофазных потоков

Иванов Иван Иванович

 

РАЗВИТИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗАПОРНЫХ МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ

 

Направление подготовки: 27.04.01 – Стандартизация и метрология

 

Магистерская диссертация

 

Научный руководитель:

кандидат технических наук,

доцент В.Д. Староверов

Допускается к защите

зав. кафедрой ТСМиМ

Пухаренко Ю.В. _________

«___» ______________ 2018 г.

 

Санкт-Петербург

2018

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ. 3

ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.. 7

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ, МЕТОДОВ И УСЛОВИЙ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ИЗМЕРЕНИЙ БЕЗНАПОРНЫХ МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ.. 9

1.1 Анализ принципов построения средств измерения. 9

1.2 Анализ методов, применяемых при измерении количества сточной воды….. 24

1.3 Метрологическое обеспечение измерений расхода и количества сточной воды 27

1.4 Описание СИ на основе группы приборов (мера). 29

ГЛАВА 2. ТИПОВОЙ ПРОЕКТ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ 32

2.1 Описание проекта. 32

2.2 Принципиальная функциональная схема насосной станции.. 39

ГЛАВА 3. МЕРЫ ПО РАЗВИТИЮ МО ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА БЕЗНАПОРНЫХ МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ В КНС.. 42

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 47

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 49

Приложение А... 53

ВВЕДЕНИЕ

 

Актуальность настоящей темы диктуется тем, что вопросы организации узла учета сточной воды в безнапорном режиме сброса и сейчас требуют дополнительного изучения. Измерение количества безнапорных многофазных потоков и обеспечение достоверности результатов этих измерений крайне важны как для экономики по производству и поставке воды, так и для природоохранной деятельности.

Увеличение стоимости очистки воды, усиление мер по охране окружающей среды, появление новых современных средств измерения привело к потребности измерений количества сточных вод, подтверждающихся метрологическим обеспечением, соответствующим нормативным требованиям. Сточная вода в систему коллекторов поступает в двух режимах: напорном и безнапорном. Задача учета сточной воды в напорных водоводах практически решена. Приборы, как правило, устанавливаются на внутренней канализационной насосной станции, обеспечивающей сбор и перекачку сточной воды. Вопросы организации узла учета сточной воды в безнапорном режиме сброса имеют свои трудности, точнее особенности – не полностью заполненные трубы и низкую скорость потока. Само собой, в данной работе речь идет только об условиях эксплуатации, так как измерения производятся, непосредственно, вблизи насосной станции или перед ней («на входе» в КНС).

Природоохранные организации и водоканалы обязывают промышленные предприятия обеспечить на своих выпусках учет сбрасываемых сточных вод. Поскольку решение этой задачи часто является довольно сложным технически и требует немалых материальных затрат, предприятия стараются обойтись без строительства узлов учета сточных вод, отчитываясь за сброс сточных вод по водопотреблению.

В зависимости от вида/типа производства, наличия собственных источников энергии предприятие может получать из внешних источников холодную и горячую воду, техническую воду, тепловую энергию с водой и паром. Кроме того, вода на территорию предприятия может поступать с осадками или грунтовыми водами.

Сточные воды образуются в результате использования технической воды для хозяйственно-бытовых нужд и в производстве холодной и горячей воды. В ряде случаев в сточные воды попадают конденсат и ливневые воды. Источниками образования дождевых вод являются атмосферные осадки. В системах водоснабжения предприятий возможны безвозвратные потери воды в результате испарения с поверхности, уноса ветром, разбрызгивания и др. Кроме того, на многих предприятиях пищевой, строительных материалов и химической промышленности часть воды уходит с готовой продукцией.

Сброс же сточных вод осуществляется в единый коллектор или на КНС. Структура образования сточных вод крайне сложна, именно поэтому определение количества сбрасываемых предприятием вод расчетным методом (например, по количеству потребляемой предприятием воды) – дело не простое, а чаще всего, невозможное. Лучшее решение этого вопроса – организовать коммерческий учет сточных вод.

Коммерческий учет поступающей на предприятие воды теперь является нормой и предприятия, как правило, заинтересованы в правильной установке и эксплуатации приборов учета энергоносителей. Иначе обстоят дела с учетом сточных и ливневых вод. Для большинства предприятий такого рода учет пока является экзотикой. Одной из причин такого положения является «статус» сточных вод. Сточные воды, образующиеся из «отработанных» энергоносителей, сами не считаются энергоносителем. При проектировании и установке узлов учета тепловой энергии и теплоносителя энергоснабжающие организации, как правило, осуществляют жесткий контроль за соблюдением метрологических требований, правил учета и иной НТД. В области учета сточных вод контроль за соблюдениями метрологических требований гораздо слабее. И, если некоторые Водоканалы требуют проектную документацию на узлы учета и осуществляют их приемку, то природоохранные организации контроля за правильностью установки узлов учета не ведут. Однако именно количество сбрасываемых сточных вод служит основным показателем при расчете предприятий с Водоканалами за транспортировку и очистку сточных вод. А количество сбрасываемых ливневых вод является единственным количественным параметром контроля за выбросами предприятия в окружающую среду. Поэтому коммерческий учет сточных и ливневых вод на предприятиях, в городах и населенных пунктах является одним из важнейших инструментов контроля выбросов и разработки мероприятий по их снижению [28].

При повседневной деятельности канализационных подразделений Водоканала, будь то станция аэрации или подразделение, обеспечивающее водоотведение и транспортировку воды по сети, вопросы контроля за составом сбрасываемых сточных вод имеют важное значение. Именно по результатам измерения состава сточных вод оценивается стабильность технологических процессов на очистных сооружениях, качество работы промышленных предприятий и их влияние на экологическую ситуацию в городе и регионе. Поэтому получение своевременной и достоверной аналитической информации о составе сточных вод по широкому перечню показателей стало одной из актуальных экологических задач [10].

Постановка настоящей работы определяется необходимостью развития уже имеющейся и функционирующей системы метрологического обеспечения безнапорных многофазных потоков в условиях эксплуатации и обеспечение требований к результату измерений в таких же условиях.

Решение этой задачи требует подробнейшего анализа составляющих погрешностей измерения (обусловленных фоном, свойства применяемых средств измерения и действующими помехами), СИ, методик их аттестации и методик выполнения измерений.

Основной целью работы является уточнение метода измерений количества стоковой воды на основе групповой меры приборов, разработанной в выпускной квалификационной работе «Метрологическое обеспечение измерения объема и расхода воды в водопроводах больших диаметров в условиях эксплуатации». Из выпускной квалификационной работы будет заимствован принцип установки и поверки датчиков счетчиков-расходомеров – групповая мера.

Достижение заданной цели позволит упростить процесс измерения количества безнапорных многофазных потоков, а также позволит Водоканалу поднять достоверность результатов измерений и улучшить экономические показатели производства.

Задачами работы являются:

· Проведение анализа составляющих погрешностей измерения, обусловленных фоном и свойствами применяемых средств измерения;

· проведение анализа МВИ расхода безнапорных многофазных потоков;

· проведение анализа групповой меры;

· исследование проекта канализационной насосной станции для определения возможности/невозможности монтажа дополнительных средств для преобразования потока.

 

Автор благодарит руководство ОАО «Выборгский водоканал» за консультации в процессе написания работы и предоставление в пользование типового проекта канализационной насосной станции, разработанного ПИ «Водоканалпроект».

ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

Метрологическое обеспечение – комплекс организационно-технических мероприятий, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик изделий;

Канализационная насосная станция – это комплекс гидротехнического оборудования и сооружений, который используется для перекачки хозяйственно-бытовых, промышленных или ливневых сточных вод в тех случаях, когда отведение их самотёком невозможно;

Водоотведение – прием, транспортировка и очистка сточных вод с использованием централизованной системы водоотведения;

Сточные воды – принимаемые от абонентов в централизованные системы водоотведения воды, а также дождевые, талые, инфильтрационные, поливомоечные, дренажные воды, если система водоотведения предназначена для приема таких вод;

Гидравлический режим – характеристика водяной сети;

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера;

Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины;

Градуировка – метрологическая операция, при помощи которой средство измерений (меру или измерительный прибор) снабжают шкалой или градуировочной кривой);

Кавитация – возможность генерации воздуха;

ВКР – выпускная квалификационная работа;

КНС – канализационная насосная станция;

ПИ – проектный институт;

МО – метрологическое обеспечение;

СИ – средства измерения;

РСИ – рабочее средство измерения;

МВИ – методика выполнения измерений;

ЦИКВ – центр исследования и контроля воды;

ЭДС – электродвижущая сила;

РИ – результаты измерения;

СУ – сужающее устройство;

ТД – техническая документация;

ЕСТД – единая система технической документации;

ЕСКД – единая система конструкторской документации;

УК – управляющая компания;

УЗР – ультразвуковой расходомер.

Лотки Вентури

 

Лотки Вентури представляют собой сооружения, вызывающие сжатие потока и перепад уровней воды. Измерения производят при критической скорости в горловине, когда расход зависит только от уровня воды в верхнем бьефе, то есть когда лоток работает со свободным истечением (не затоплен). Это условие обеспечивается при соотношении .

Различают лотки Вентури для каналов прямоугольного, трапецеидального и U -образного поперечного сечения. Кроме того, каждый из этих типов лотков Вентури может быть с боковым сжатием, с донным порогом и комбинированным (с боковым сжатием и донным порогом) [11, 16].

Наибольшее распространение получили лотки Вентури для каналов прямоугольного поперечного сечения с боковым сжатием.

Конструктивно лотки Вентури выполняют монолитными, например, железобетонными. Такие лотки должны сооружаться одновременно с каналом. Недостатком их конструкции является сложность выполнения с заданными размерами горловины и других частей.

Каркасные лотки лишены указанных недостатков. Внутренние (рабочие) поверхности их могут быть выполнены из материалов, не корродирующих в измеряемой жидкости (винипласт, обрезиненный металл и тому подобное). Кроме того, их легко устанавливать в существующих каналах.

Основное уравнение расхода для лотка Вентури записывается в виде:

(2)

где, b – ширина горловины; h – напор (уровень); С_е –коэффициент истечения; С _υ –коэффициент скорости подхода.

 

Рабочая формула расхода, м³/ч, имеет вид:

(3)

где, h – измеряют в метрах вод. ст.; b – в метрах.

 

Значения коэффициентов С_е и С_υ (коэффициент истечения и коэффициент скорости подхода соответственно) для лотка Вентури без порога берут из стандартной таблицы значений коэффициентов.

Отклонение коэффициента истечения С_е от осредненного постоянного значения зависит от колебания расхода – от диапазона измерений.

При расчётах лотков Вентури коэффициент расхода назначают, исходя из значения среднего расхода (обычно, в течение суток).

Лотки Вентури с порогом и комбинированные (с горловиной и порогом) не получили широкого распространения вследствие того, что они сложнее в изготовлении и эксплуатации, чем лотки с горловиной и плоским дном. Лотки Вентури трапецеидального поперечного сечения также не получили широкого распространения из-за того, что не имеют существенных преимуществ перед другими лотками, встроенными в каналы трапецеидального сечения (например, перед лотками Вентури с горловиной прямоугольного сечения), а изготовление их сложнее и точность измерений ниже [11].

Схема лотков Вентури с боковым сжатием и с донным порогом приведена на рис. 1 (3).

Достоинства и недостатки применения лотков Вентури приведены в табл. 1.

Рисунок 1 – Схемы расходомеров для безнапорных многофазных потоков

Таблица 1 – Достоинства и недостатки применения конкретного типа расходомера

Достоинства	Недостатки

Лотки Вентури

Низкая стоимость Низкая точность измерений Широкое применение на водоводах больших диаметров Сложность изготовления Простота конструкции и ее изготовления Сложность в процессе эксплуатации Измерение расхода максимально загрязненной жидкости Высокая стоимость и материалоемкость Долговечность Неравномерность расходной шкалы   Измерения на больших диаметрах имеют очень малую точность

Ультразвуковые расходомеры

Малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления Ограничения по минимальной скорости потока (на выходе после преобразования из безнапорного) Единственный расходомер, способный работать с накладными датчиками Необходимость частого контроля отложений в трубопроводе на его рабочем участке Высокая точность измерения Сложность и высокая стоимость приборов Надежность   Быстродействие   Помехозащищенность   Широкий диапазон диаметра трубопровода   Малая инерционность   Широкий диапазон температур  

Сточной воды

 

Так как установить СУ часто бывает невозможно из-за того, что его установка непременно приводит к нарушению гидравлического режима системы и таким последствиям, как частое появление участков с неравномерным движение жидкости и т.п. В то же время, как уже говорилось, необходимость измерять количество в действующих системах канализации возникает в связи с требованиями по экологии окружающей среды. Отсюда, имеются два метода измерения: гидравлический метод и метод «скорость-площадь».

 

Метод «скорость-площадь»

 

Данный метод более сложен в своем исполнении, нежели для напорных трубопроводов, так как измерение υ и S приходится вести непрерывно. Практически – это непрерывное измерение скорости и уровня жидкости и перемножение соответствующих выходных сигналов с расходомеров.

Здесь также существует несколько способов реализации метода. Наиболее распространенный – многоточечный (применяется при градуировке измерительных устройств). Одноточечный – измерение υ в той точке сечения, где υ = υ_ср. Данный способ мало пригоден для постоянных технических измерений, но имеет самое распространенное применение для быстрого и точного измерения расхода сточных вод [11, 17].

По второму способу измеряется не υ_ср, а υ, которая относительно стабильна (выбирается область поперечного сечения, где соотношение скоростей остается примерно одинаковым при заданном изменении h.

Рассмотрев и проанализировав принципы и методы, применяемые для измерения (на примере пунктов 1.2.1. и 1.2.2) можно сказать, что на рынках России наибольшее распространение, начиная с 00-х годов имеют ультразвуковые и электромагнитные расходомеры, при измерении которыми наиболее удобным методом является метод «скорость-площадь» (пункт 1.2.2 данной главы).

Довольно существенную роль при выполнении измерения играют условия, в которых они проводятся, но, к сожалению, в ТД на СИ расхода и количества стоковой воды крайне редко приводятся характеристики влияющих величин. Также на РИ оказывает влияние изменение параметров окружающей среды (давление и температура) и рабочей (температура, давление, число R_e) сред, также вполне возможны отклонения гидравлических характеристик процесса (например, искажение эпюры скоростей, форма и поверхность труб, наличие воздуха и количество включений, так как речь в работе идет о стоковой воде).

Основные факторы, формирующие «фон» в точке измерения представлены на рис. 2.

Статистические факторы (по рис. 2) – это зависимость между входным сигналом и информативным параметром выходного. Погрешность расходомера – расхождение между неизвестным действительным значением расхода и его оценкой, полученной с помощью статистической характеристики преобразования расходомера в процессе измерения. Статистические – частный случай динамических.

Динамические факторы обусловлены инерционностью элементов измерительной цепи СИ, то есть преобразованием в цепи не мгновенно, а в течение некоторого времени. Число Рейнольдса (R_e) характеризует режим течения жидкости, величина безразмерная.

В условиях безнапорной транспортировки воды практически во всем диапазоне скоростей имеет место ламинарный режим течения и только на малых скоростях.

 

Описание проекта

 

2.1.1 Исходные данные:

· Сейсмичность района не выше 6 баллов;

· территория – без подработки горными выработками;

· рельеф территории спокойный;

· грунты в основаниях непученистые, непросадочные, при наличии и при отсутствии грунтовой воды со следующими нормативными характеристиками:

а) в сухих несвязных грунтах γ₀ = 1,8 т/м³, f ^н = 28°, С_н = 0,02 кг/см², Е = 150 кг/см²; удельная сила трения f = 2,0 т/м²;

б) для связных грунтов и на площадках с грунтовыми водами γ₀ = 2,0 т/м³, f ^н = 20°, С_н = 0,04 кг/см², Е = 100 кг/см². Удельная сила трения уменьшается на 25 % при условии производства работ по погружению опускного колодца без водоотлива или с применением гидроподмывных устройств.

· Особенности строительства в условиях вечной мерзлоты проектом не учитывается;

· расчетная зимняя температура наружного воздуха -30 °С; -40 °С;

· скоростной напор ветра для II географического района;

· вес снегового покрова для III района;

· расчетный уровень грунтовых вод условно принят на глубине 1,5 м от планировочной отметки земли у здания.

 

Грунтовые воды приняты неагрессивными по отношению к бетону (что следует из геологических условий: абсолютная отметка устья – 0,59; почвенно-растительный слой – 0,10 м; суглинок коричневый, тугопластичный – 0,20 м; суглинок голубовато-серый, мягкопластичный с глубины 1,0 м текучепластичный, иловатый – 2,30 м.

2.1.2 Объемно-планировочное решение

 

Здание насосной станции относится по капитальности ко II классу сооружений, II степени долговечности и к категории «Д» по пожарной опасности.

Степень огнестойкости здания – II. По санитарной характеристике производственные процессы относятся применительно к группе III^в по [5].

Надземная часть здания насосной станции правильного типа, прямоугольная в плане с размерами в осях 6,0 на 7,5 м, одноэтажная, с высотой до низа плит покрытия 3,60 м одинакова для подземных частей здания с глубиной заложения подводящего коллектора -4,0 м, -5,5 м и -7,0 м.

Подземные части насосных станций имеют круглую форму в плане диаметром 7,5 м и отличаются между собой по глубине, толщинами стен и днищ, в зависимости от глубины заложения подводящего коллектора, наличия или отсутствия грунтовой воды и методов производства работ.

Рисунок 2 – План насосной станции в разрезе 1-1. Вид спереди

Рисунок 3 – План насосной станции в разрезе 1-1. Вид сверху

 

На рис. 2 и рис. 3 представлены чертежи, которые являются общими для насосных станций с глубиной заложения подводящего коллектора -4,0 м, -5,5 м и -7,0 м, а именно: чертежи наземной части, перекрытий на отметке -0,030 м, над приемным резервуаром в грабельном отделении; фундаментов под оборудование, закладных деталей и деталей гидроизоляции стен и днищ.

В надземной части насосной станции располагаются: помещения бытовых, монтажные площадки с лестницами в подземную часть, вентиляционная камера, помещения установки комплектного устройства управления.

Оборудование бытовых помещений принято в соответствии со строительными нормами и штатным расписанием.

В подземной части насосной станции располагаются машинное и грабельное отделения; разделенные железобетонной стеной по всей высоте.

В машинном отделении устанавливаются два агрегата насосами ФГ 81/31б.

В грабельном отделении на перекрытии над приёмным резервуаром устанавливаются: механизированная решетка, решетка с ручной очисткой и дробилка.

 

Конструктивные решения

 

Стены надземной части КНС возводятся на балках монолитного железобетонного покрытия, опирающегося на цилиндрическую подземную часть и выполняются из обыкновенного глинного кирпича. Перегородки армокирпичные.

Оконные заполнения – деревянные блоки по [3].

Двери – по [4].

Плиты покрытия сборные железобетонные по серии 1.465-7.

Пароизоляция кровельного покрытия – промазка битумной мастикой за 2 раза.

Утеплитель кровли – плитный пенобетон с объемным весом 500 кг/м кубический. Поверх утеплителя устраивается выравнивающий слой из цементно-песчаного раствора марки 50 толщиной 15 мм.

Кровля рулонная из 4-х слоёв рубероида. На битумной мастике, состав которой принимается согласно положению [6] с защитным слоем из гравия.

Лестницы - стальные с углом заложения 60 °. Ширина марша 700 мм.

Лестничные площадки – металлические.

Полы цементно-песчаные с флюатированием поверхностей и шлифованием, их керамических плиток, в соответствии с [7].

Стены подпольных каналов подкомплектное устройство выполняются из обыкновенного глиняного кирпича на цементном растворе марки 50.

По периметру здания устраивается асфальтовая отмостка по щебеночному основанию, шириной 1,0 м.

Пандусы – асфальтобетон по бетонному основанию.

Подъемно-транспортное оборудование – монорельсы грузоподъемностью 1 тонна.

Строительство подземной части насосной станции на глубине подводящего коллектора 4,0 м в сухих и мокрых грунтах, а также -5,5 м в сухих грунтах производится в открытом котловане, для глубин подводящего коллектора -5,5 м в мокрых грунтах и -7,0 м в сухих и мокрых грунтах – опускным методом.

Погружение опускных колодцев осуществляется под влиянием собственного веса стен и пригруза в сухих и мокрых грунтах с водоотливом и без водоотлива.

Подземная часть выполняется из монолитного железобетона. Бетон принят марки В 15. По водонепроницаемости марка бетона принята W 4.

Марка бетона по морозостойкости принята для районов с расчетной зимней температурой наружного воздуха -20 °С; -30 °С; -50 °С, для районов с расчетной температурой t = -40°С – F 75. Наружные стены, перегородка и перекрытия подземной части насосной, сооружаемой открытым способом, бетонируется одновременно. В опускных колодцах бетонирование днища, перегородки, перекрытий выполняется после его погружения. Откачка воды из дренажного приямка производится до приобретения бетоном днища и перегородки проектной точности.

В строительный период при погружении с водоотливом предусматриваются следующие мероприятия против всплытия колодца: заполнение водой подземной части колодца до окончания строительства надземной части (после достижения бетоном днища и перегородки проектной прочности) или понижения уровня грунтовых вод до полного окончания строительства подземной части.

При погружении колодца без водоотлива устойчивость против всплытия в строительный период обеспечивается собственным весом бетонной подушки и стен. В эксплуатационный период при горизонте грунтовых вод 1,5 м от поверхности планировки для всех способов погружения надежность против всплытия обеспечивается весом подземной и надземной частей насосной станции.

Внутренние поверхности приемного резервуара торкретируются цементным раствором М100 в два слоя общей толщиной 25 мм с железнением верхнего слоя. В остальных помещениях подземной части выполняется однослойная штукатурка цементным раствором марки 100. Пропуск технологических трубопроводов осуществляется через сальники, закладываемые при бетонировании наружных стен и перегородки подземной части. В сухих грунтах наружные поверхности стен подземной части окрашиваются горячей битумной мастикой за два раза по огрунтовке. Под днище укладывается слой литого асфальта толщиной 5 мм.

В мокрых грунтах наружной поверхности опускных колодцев торкретируются цементным раствором М100 в два слоя общей толщиной 25 мм с железнением верхнего слоя и окраской горячей битумной мастикой за два раза по огрунтовке. При погружении колодца без водоотлива гидроизоляционный слой укладывается по бетонной подушке, выполненной из бетона марки B 12,5. Описание внутренних отделочных работ помещений КНС приведены в ведомостях внутренних отделочных работ.

Насосная станция отапливается. Теплоносителем для системы отопления принята перегретая вода с параметрами 150 °С – 70 °С.

Вентиляция насосной станции общеобменная, приточно-вытяжная.

 

Антикоррозийная защита

 

Антикоррозийная защита закладных деталей и стальных конструкций производится в соответствии с указанием [8]. Закладные детали для крепления металлических площадок - оцинкованные с толщиной покрытия 2 мм.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В диссертации представлены результаты решения по развитию метрологического обеспечения измерения безнапорных многофазных потоков (расхода и количества). Предложенные решения базируются на обобщении опыта работы как эксплуатанта СИ, заинтересованного в достоверности результатов измерений, уменьшении погрешности измерения и простоте метода выполнения измерений, так и управляющих компаний, которые платят довольно большие суммы за сброс сточных вод.

Установив даже самый современный расходомер, получить точные данные о параметрах отводимого потока сточных вод почти нереально. Измерению параметров могут помешать различного рода факторы (например, засоры, фазность, кавитация и многие другие).

Сложнее всего получить параметры отводимых сточных вод в самотечной системе. Отсутствие давления и очень низкая скорость затрудняют измерения. В этом случае приходится использовать простые устройства, измеряющие только уровень жидкости, либо уровень и скорость.

В результате исследований в работе представлены решения конкретных задач и обоснованы следующие выводы и положения:

1. В результате проведенного анализа составляющих погрешностей измерения расхода безнапорных многофазных потоков, выявлены источники погрешностей измерения и учёта расхода.

2. Рассмотрены вопросы выбора метода измерения расхода и объема безнапорного потока сточной воды.

3. Рассмотрен типовой проект КНС с определением возможности/невозможности монтажа дополнительных средств для преобразования потока.

4. Предложено заменить безнапорный поток напорным, поскольку его расход может быть измерен наиболее точно. Проведен анализ эталонного средства (групповой меры) с целью комплектации её на смонтированную «входную» часть КНС. Данный вариант измерения является оптимальным с технической точки зрения, так как обеспечен всеми необходимыми СИ и МВИ.

Приложение А

Схема функциональная

 Рисунок А1 – Функциональная схема КНС

Иванов Иван Иванович

 

РАЗВИТИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗАПОРНЫХ МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ

 

Направление подготовки: 27.04.01 – Стандартизация и метрология

 

Магистерская диссертация

 

Научный руководитель:

кандидат технических наук,

доцент В.Д. Староверов

Допускается к защите

зав. кафедрой ТСМиМ

Пухаренко Ю.В. _________

«___» ______________ 2018 г.

 

Санкт-Петербург

2018

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ. 3

ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.. 7

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ, МЕТОДОВ И УСЛОВИЙ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ИЗМЕРЕНИЙ БЕЗНАПОРНЫХ МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ.. 9

1.1 Анализ принципов построения средств измерения. 9

1.2 Анализ методов, применяемых при измерении количества сточной воды….. 24

1.3 Метрологическое обеспечение измерений расхода и количества сточной воды 27

1.4 Описание СИ на основе группы приборов (мера). 29

ГЛАВА 2. ТИПОВОЙ ПРОЕКТ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ 32

2.1 Описание проекта. 32

2.2 Принципиальная функциональная схема насосной станции.. 39

ГЛАВА 3. МЕРЫ ПО РАЗВИТИЮ МО ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА БЕЗНАПОРНЫХ МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ В КНС.. 42

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 47

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 49

Приложение А... 53

ВВЕДЕНИЕ

 

Актуальность настоящей темы диктуется тем, что вопросы организации узла учета сточной воды в безнапорном режиме сброса и сейчас требуют дополнительного изучения. Измерение количества безнапорных многофазных потоков и обеспечение достоверности результатов этих измерений крайне важны как для экономики по производству и поставке воды, так и для природоохранной деятельности.

Увеличение стоимости очистки воды, усиление мер по охране окружающей среды, появление новых современных средств измерения привело к потребности измерений количества сточных вод, подтверждающихся метрологическим обеспечением, соответствующим нормативным требованиям. Сточная вода в систему коллекторов поступает в двух режимах: напорном и безнапорном. Задача учета сточной воды в напорных водоводах практически решена. Приборы, как правило, устанавливаются на внутренней канализационной насосной станции, обеспечивающей сбор и перекачку сточной воды. Вопросы организации узла учета сточной воды в безнапорном режиме сброса имеют свои трудности, точнее особенности – не полностью заполненные трубы и низкую скорость потока. Само собой, в данной работе речь идет только об условиях эксплуатации, так как измерения производятся, непосредственно, вблизи насосной станции или перед ней («на входе» в КНС).

Природоохранные организации и водоканалы обязывают промышленные предприятия обеспечить на своих выпусках учет сбрасываемых сточных вод. Поскольку решение этой задачи часто является довольно сложным технически и требует немалых материальных затрат, предприятия стараются обойтись без строительства узлов учета сточных вод, отчитываясь за сброс сточных вод по водопотреблению.

В зависимости от вида/типа производства, наличия собственных источников энергии предприятие может получать из внешних источников холодную и горячую воду, техническую воду, тепловую энергию с водой и паром. Кроме того, вода на территорию предприятия может поступать с осадками или грунтовыми водами.

Сточные воды образуются в результате использования технической воды для хозяйственно-бытовых нужд и в производстве холодной и горячей воды. В ряде случаев в сточные воды попадают конденсат и ливневые воды. Источниками образования дождевых вод являются атмосферные осадки. В системах водоснабжения предприятий возможны безвозвратные потери воды в результате испарения с поверхности, уноса ветром, разбрызгивания и др. Кроме того, на многих предприятиях пищевой, строительных материалов и химической промышленности часть воды уходит с готовой продукцией.

Сброс же сточных вод осуществляется в единый коллектор или на КНС. Структура образования сточных вод крайне сложна, именно поэтому определение количества сбрасываемых предприятием вод расчетным методом (например, по количеству потребляемой предприятием воды) – дело не простое, а чаще всего, невозможное. Лучшее решение этого вопроса – организовать коммерческий учет сточных вод.

Коммерческий учет поступающей на предприятие воды теперь является нормой и предприятия, как правило, заинтересованы в правильной установке и эксплуатации приборов учета энергоносителей. Иначе обстоят дела с учетом сточных и ливневых вод. Для большинства предприятий такого рода учет пока является экзотикой. Одной из причин такого положения является «статус» сточных вод. Сточные воды, образующиеся из «отработанных» энергоносителей, сами не считаются энергоносителем. При проектировании и установке узлов учета тепловой энергии и теплоносителя энергоснабжающие организации, как правило, осуществляют жесткий контроль за соблюдением метрологических требований, правил учета и иной НТД. В области учета сточных вод контроль за соблюдениями метрологических требований гораздо слабее. И, если некоторые Водоканалы требуют проектную документацию на узлы учета и осуществляют их приемку, то природоохранные организации контроля за правильностью установки узлов учета не ведут. Однако именно количество сбрасываемых сточных вод служит основным показателем при расчете предприятий с Водоканалами за транспортировку и очистку сточных вод. А количество сбрасываемых ливневых вод является единственным количественным параметром контроля за выбросами предприятия в окружающую среду. Поэтому коммерческий учет сточных и ливневых вод на предприятиях, в городах и населенных пунктах является одним из важнейших инструментов контроля выбросов и разработки мероприятий по их снижению [28].

При повседневной деятельности канализационных подразделений Водоканала, будь то станция аэрации или подразделение, обеспечивающее водоотведение и транспортировку воды по сети, вопросы контроля за составом сбрасываемых сточных вод имеют важное значение. Именно по результатам измерения состава сточных вод оценивается стабильность технологических процессов на очистных сооружениях, качество работы промышленных предприятий и их влияние на экологическую ситуацию в городе и регионе. Поэтому получение своевременной и достоверной аналитической информации о составе сточных вод по широкому перечню показателей стало одной из актуальных экологических задач [10].

Постановка настоящей работы определяется необходимостью развития уже имеющейся и функционирующей системы метрологического обеспечения безнапорных многофазных потоков в условиях эксплуатации и обеспечение требований к результату измерений в таких же условиях.

Решение этой зада