№4|2010
PROBLEMS, PERSPECTIVES
bbk 000000
UDC 628.121.8
Metrological Provision of Measurements of Water Flow Rate and Water Volume at the State Unitary Enterprise Vodokanal Sankt-Peterburga
Summary
Reliable measurements of the water flow rate and volume at the SUE Vodokanal Sankt-Peterburga are achieved by realization of the complex of normative-legal and technical measures including the metrological provision of measurements.
Key words:
measurement , water flow rate and volume , metrological provision of measurements , flow meter-counter
Метрологическое обеспечение измерений расхода и объема воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» включает следующие нормативно-правовые и технические мероприятия:
разработка или актуализация нормативно-правовых документов;
создание и совершенствование узлов учета воды;
совершенствование эталонной базы по калибровке и поверке расходомеров-счетчиков;
метрологический надзор за состоянием и эксплуатацией расходомеров-счетчиков в системах водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга, метрологическая экспертиза проектов узлов учета воды;
подготовка квалифицированных инженеров-метрологов в области измерений расхода и объема воды.
Разработка и актуализация нормативно-правовой базы системы измерений расхода и объема воды. Нормативный документ «Нормы точности результатов измерений количества воды, забираемой из водных объектов, сбрасываемой в водные объекты и подаваемой в город водопроводными станциями» (далее «Нормы точности») разработан в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» для повышения эффективности производства воды и очистки сточных вод, рационального использования энергии, реагентов, снижения аварийности оборудования и учета объемов воды первого и второго подъемов водопроводных станций, в точках передачи воды между локальными зонами водоснабжения, а также для учета сброшенных сточных вод.
«Нормы точности» применяются при:
организации системы учета в подразделениях ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и на предприятии в целом;
проектировании узлов учета;
переводе результатов измерения в результаты учета;
составлении отчетных документов по объемам воды для подразделений ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»;
составлении локальных и общих балансов ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга».
Необходимость разработки нормативного документа «Нормы точности» обусловлена тем, что в отчетных документах часто отсутствует различие между понятиями: погрешность прибора (инструментальная погрешность, указанная в паспорте прибора для стендовых условий проверки) и погрешность узла (результата измерения) или погрешность прибора в условиях эксплуатации.
Так, например, погрешность результата измерений для узла учета питьевой воды:
где осн, доп – основная и дополнительная погрешности средства измерений, нормируемые в технической документации на средство измерения; ''осн – погрешность определения площади поперечного сечения потока; фазн – погрешность от наличия в потоке воздушных включений; нестац – погрешность, вызванная нестационарностью потока; несформ – погрешность, возникающая из-за несформированности потока, обусловленной отложениями и шероховатостью трубы, а также асимметрией поперечного сечения водовода; ик – погрешность линии измерительного канала; фазн, нестац, несформ не нормируются в технической документации на прибор и зависят от условий эксплуатации.
В 2003 г. ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и Невско-Ладожским бассейным водным управлением были приняты «Нормы точности результатов измерений количества воды, забираемой
из водных объектов и сбрасываемой в водные объекты предприятиями ГУП «Водоканал
Санкт-Петербурга»:
± 3% – для учета воды, забираемой из водных источников;
± 5% – для учета сбрасываемой воды.
На основании обработки большого количества измерений расхода и объема воды, проведенных специалистами-метрологами с помощью переносных расходомеров-счетчиков на водоводах города, была установлена норма точности для узлов учета воды, подаваемой в систему водоснабжения. Эта погрешность не должна превышать ± 3%.
Установление норм точности позволяет осуществлять приемку узлов учета не по качеству строительно-монтажных работ, а по погрешности результата измерений.
Для обеспечения достоверных измерений расхода и объема воды в настоящее время в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» разрабатываются стандарты организации (в соответствии с ГОСТ Р 1.4-2004) по правилам внутреннего метрологического надзора за средствами измерений и соблюдением метрологических норм и правил в подразделениях предприятия, а также по организации системы учета воды.
В ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» разработаны альбомы типовых конструкций водомерных узлов, включающих схемы установки счетчиков воды: с Dу 15–200 мм в водомерных узлах на вводах диаметром 50–200 мм; в водомерных узлах на внутренних водопроводных сетях объектов; на пожарно-резервных линиях. Эти схемы позволяют облегчить абонентам монтаж узлов учета питьевой воды на основе механических водосчетчиков с соблюдением всех требований к эксплуатации прибора. В соответствии с этими же схемами организованы все узлы учета в муниципальном жилищном фонде Санкт-Петербурга.
В целях совершенствования деятельности метрологических подразделений ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» в декабре 2009 г. введен в действие стандарт предприятия СТО Водоканал СПб 17.2-2009 по порядку проведения поверки (калибровки) средств измерений, аттестации испытательного оборудования, а также проверки устройств, входящих в состав систем измерения и контроля.
К нормативным документам также следует отнести разработанную «Методику расчета фактических объемов воды, измеренных расходомерами-счетчиками в системе водопроводно-канализационного хозяйства Санкт-Петербурга», применяемую для обработки результатов измерений объемов воды расходомерами как в подразделениях ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», так и у абонентов*.
Основное положение Методики – необходимость расчета объемов воды, не учтенных приборами, имеющими электропитание. Это положение предлагается внести в новую редакцию Правил № 307 «О порядке предоставления коммунальных услуг гражданам» и № 167 «Правила пользования системами коммунального водоснабжения и канализации в Российской Федерации».
Создание и совершенствование узлов учета воды. При создании современных узлов измерения расхода и объема воды необходимо учитывать, что в настоящее время появились новые разработки как в области измерительной и вычислительной техники, так и в области новых технологий по изготовлению элементов узлов учета. Так, например, в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» разработаны узлы учета питьевой воды, в которых вместо стальных комплектующих используются пластиковые (полипропиленовые) элементы.
Использование электромагнитных расходомеров-счетчиков в составе узлов учета взамен механических водосчетчиков позволит создать автоматизированную систему снятия, передачи, обработки данных с приборов учета и выставления счетов за потребленную воду.
Применение двухлучевых ультразвуковых расходомеров-счетчиков в узлах учета на водоводах больших диаметров позволит уменьшить погрешность измерения расхода и объема воды.
Для обеспечения достоверных измерений перед началом создания узла учета необходимо проведение предпроектных обследований в точке планируемого узла учета с целью исключения условий эксплуатации расходомера-счетчика, при которых возникают следующие погрешности: от наличия в потоке воздушных включений; вызванные нестационарностью потока; возникающие из-за несформированности потока, обусловленной отложениями и шероховатостью трубы, а также асимметрией поперечного сечения водовода.
В процессе проведения предпроектных обследований с помощью переносных расходомеров-счетчиков определяются: наличие воздуха в трубопроводе; наличие обратного потока; диапазон скоростей потока; асимметрия потока в трубопроводе; диапазон расходов воды.
Совершенствование эталонной базы по калибровке и поверке расходомеров-счетчиков. В
настоящее время в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» имеются стационарные объемные и весовые поверочные проливные стенды, позволяющие проводить калибровку и поверку приборов учета воды всех основных типов. На стендах также можно проводить исследования новых разработок в области измерения расхода и объема воды. Требованием современности предусмотрена необходимость калибровки расходомеров-счетчиков и водосчетчиков на месте эксплуатации. Поэтому одной из задач, стоящих перед метрологическими подразделениями ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», является создание передвижных калибровочных бригад, оснащенных мобильными расходомерами-счетчиками, а также применение сертифицированных верификаторов, осуществляющих контроль метрологических характеристик электромагнитных расходомеров-счетчиков на месте их эксплуатации.
Для метрологического обеспечения измерений расхода и объема воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» разработан и запатентован «Способ градуировки и поверки счетчиков и расходомеров жидкости». Изобретение было использовано для метрологического обеспечения многоканального расходомера-счетчика (РСМ), первичные преобразователи которого установлены на водоводах большого (до 1000 мм) диаметра Главной водопроводной станции. Методика поверки счетчика РСМ в условиях эксплуатации на основании указанного изобретения утверждена ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева». Запатентованный способ может быть применен для калибровки, а при наличии утвержденной методики выполнения измерений – для поверки аналогичных средств измерений, установленных на трубах больших диаметров.
Метрологический контроль и надзор за состоянием и эксплуатацией расходомеров-счетчиков в системах водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга, метрологическая экспертиза проектов узлов учета воды. Достоверные измерения – это измерения поверенными средствами при соответствии условий их эксплуатации нормативной документации на прибор.
В рамках регулирования обеспечения единства измерений метрологические подразделения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» осуществляют внутренний метрологический контроль и надзор:
за состоянием и применением средств измерений расхода, скорости потока, объема и на их основе систем, эксплуатируемых производственными структурами предприятия, путем организации метрологического обслуживания (технического обслуживания, ремонта, калибровки и организации поверки) средств измерений, находящихся в эксплуатации;
за соблюдением метрологических норм и правил государственной системы обеспечения единства измерений путем разработки методик выполнения измерений и методик калибровки средств измерений с использованием эталонов единиц величин. Методики разрабатываются для средств измерений, применяемых в составе технологических узлов учета воды, не подпадающих под Закон РФ от 26 июня 2008 г. № 102-РФ «Об обеспечении единства измерений».
Для обеспечения достоверных измерений расхода и объема воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» проводятся:
метрологическая экспертиза технических заданий и проектов разработки измерительных узлов;
обработка результатов измерений расхода и объема питьевой, технической и сточной воды.
Организация и проведение метрологической экспертизы проектов измерительных узлов является инструментом, не допускающим работу с неизвестным результатом измерений, например, установку расходомера в условиях кавитирующего потока, установку приборов за насосом или в существующие водоводы с отложениями на внутренних стенках труб. При этом проектная организация должна спроектировать узел учета таким образом, чтобы исключить дополнительные погрешности измерения из вышеприведенной формулы на основании данных предпроектного обследования. Если в указанной точке устранить дополнительные погрешности невозможно, то для обеспечения достоверных измерений эту точку необходимо перенести.
Метрологическая экспертиза на этапе проектирования способствует тому, что результат измерения на конкретном смонтированном узле учета будет получен в соответствии с «Нормами точности», установленными ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга».
Подготовка квалифицированных инженеров-метрологов в области измерений расхода и объема воды. При эксплуатации и обслуживании современных расходомеров-счетчиков с вычислителями необходимы:
знания прикладной метрологии в области измерения расхода и объема воды, а также принципов действия приборов учета;
навыки работы с нормативной документацией и умение снимать с расходомеров-счетчиков не только контрольные показания объема воды, но и информацию по установочным данным, нештатным ситуациям и др.
В ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и в ЗАО «Водоканал – Центр измерений» (подрядной организации, специализирующейся на создании и эксплуатации систем измерений расхода и учета количества воды) обучаются молодые специалисты, имеющие высшее техническое образование и проявляющие интерес к измерительной и вычислительной технике.
Выводы
Реализация комплекса нормативно-правовых и технических мероприятий по метрологическому обеспечению измерений, осуществляющихся в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», позволяет достоверно измерять расход и объем воды на всех этапах производства питьевой воды и сброса сточных вод. При этом водный баланс имеет минимальную погрешность, что способствует оптимизации размеров инвестиционных вложений
разработка или актуализация нормативно-правовых документов;
создание и совершенствование узлов учета воды;
совершенствование эталонной базы по калибровке и поверке расходомеров-счетчиков;
метрологический надзор за состоянием и эксплуатацией расходомеров-счетчиков в системах водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга, метрологическая экспертиза проектов узлов учета воды;
подготовка квалифицированных инженеров-метрологов в области измерений расхода и объема воды.
Разработка и актуализация нормативно-правовой базы системы измерений расхода и объема воды. Нормативный документ «Нормы точности результатов измерений количества воды, забираемой из водных объектов, сбрасываемой в водные объекты и подаваемой в город водопроводными станциями» (далее «Нормы точности») разработан в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» для повышения эффективности производства воды и очистки сточных вод, рационального использования энергии, реагентов, снижения аварийности оборудования и учета объемов воды первого и второго подъемов водопроводных станций, в точках передачи воды между локальными зонами водоснабжения, а также для учета сброшенных сточных вод.
«Нормы точности» применяются при:
организации системы учета в подразделениях ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и на предприятии в целом;
проектировании узлов учета;
переводе результатов измерения в результаты учета;
составлении отчетных документов по объемам воды для подразделений ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»;
составлении локальных и общих балансов ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга».
Необходимость разработки нормативного документа «Нормы точности» обусловлена тем, что в отчетных документах часто отсутствует различие между понятиями: погрешность прибора (инструментальная погрешность, указанная в паспорте прибора для стендовых условий проверки) и погрешность узла (результата измерения) или погрешность прибора в условиях эксплуатации.
Так, например, погрешность результата измерений для узла учета питьевой воды:
где осн, доп – основная и дополнительная погрешности средства измерений, нормируемые в технической документации на средство измерения; ''осн – погрешность определения площади поперечного сечения потока; фазн – погрешность от наличия в потоке воздушных включений; нестац – погрешность, вызванная нестационарностью потока; несформ – погрешность, возникающая из-за несформированности потока, обусловленной отложениями и шероховатостью трубы, а также асимметрией поперечного сечения водовода; ик – погрешность линии измерительного канала; фазн, нестац, несформ не нормируются в технической документации на прибор и зависят от условий эксплуатации.
В 2003 г. ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и Невско-Ладожским бассейным водным управлением были приняты «Нормы точности результатов измерений количества воды, забираемой
из водных объектов и сбрасываемой в водные объекты предприятиями ГУП «Водоканал
Санкт-Петербурга»:
± 3% – для учета воды, забираемой из водных источников;
± 5% – для учета сбрасываемой воды.
На основании обработки большого количества измерений расхода и объема воды, проведенных специалистами-метрологами с помощью переносных расходомеров-счетчиков на водоводах города, была установлена норма точности для узлов учета воды, подаваемой в систему водоснабжения. Эта погрешность не должна превышать ± 3%.
Установление норм точности позволяет осуществлять приемку узлов учета не по качеству строительно-монтажных работ, а по погрешности результата измерений.
Для обеспечения достоверных измерений расхода и объема воды в настоящее время в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» разрабатываются стандарты организации (в соответствии с ГОСТ Р 1.4-2004) по правилам внутреннего метрологического надзора за средствами измерений и соблюдением метрологических норм и правил в подразделениях предприятия, а также по организации системы учета воды.
В ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» разработаны альбомы типовых конструкций водомерных узлов, включающих схемы установки счетчиков воды: с Dу 15–200 мм в водомерных узлах на вводах диаметром 50–200 мм; в водомерных узлах на внутренних водопроводных сетях объектов; на пожарно-резервных линиях. Эти схемы позволяют облегчить абонентам монтаж узлов учета питьевой воды на основе механических водосчетчиков с соблюдением всех требований к эксплуатации прибора. В соответствии с этими же схемами организованы все узлы учета в муниципальном жилищном фонде Санкт-Петербурга.
В целях совершенствования деятельности метрологических подразделений ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» в декабре 2009 г. введен в действие стандарт предприятия СТО Водоканал СПб 17.2-2009 по порядку проведения поверки (калибровки) средств измерений, аттестации испытательного оборудования, а также проверки устройств, входящих в состав систем измерения и контроля.
К нормативным документам также следует отнести разработанную «Методику расчета фактических объемов воды, измеренных расходомерами-счетчиками в системе водопроводно-канализационного хозяйства Санкт-Петербурга», применяемую для обработки результатов измерений объемов воды расходомерами как в подразделениях ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», так и у абонентов*.
Основное положение Методики – необходимость расчета объемов воды, не учтенных приборами, имеющими электропитание. Это положение предлагается внести в новую редакцию Правил № 307 «О порядке предоставления коммунальных услуг гражданам» и № 167 «Правила пользования системами коммунального водоснабжения и канализации в Российской Федерации».
Создание и совершенствование узлов учета воды. При создании современных узлов измерения расхода и объема воды необходимо учитывать, что в настоящее время появились новые разработки как в области измерительной и вычислительной техники, так и в области новых технологий по изготовлению элементов узлов учета. Так, например, в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» разработаны узлы учета питьевой воды, в которых вместо стальных комплектующих используются пластиковые (полипропиленовые) элементы.
Использование электромагнитных расходомеров-счетчиков в составе узлов учета взамен механических водосчетчиков позволит создать автоматизированную систему снятия, передачи, обработки данных с приборов учета и выставления счетов за потребленную воду.
Применение двухлучевых ультразвуковых расходомеров-счетчиков в узлах учета на водоводах больших диаметров позволит уменьшить погрешность измерения расхода и объема воды.
Для обеспечения достоверных измерений перед началом создания узла учета необходимо проведение предпроектных обследований в точке планируемого узла учета с целью исключения условий эксплуатации расходомера-счетчика, при которых возникают следующие погрешности: от наличия в потоке воздушных включений; вызванные нестационарностью потока; возникающие из-за несформированности потока, обусловленной отложениями и шероховатостью трубы, а также асимметрией поперечного сечения водовода.
В процессе проведения предпроектных обследований с помощью переносных расходомеров-счетчиков определяются: наличие воздуха в трубопроводе; наличие обратного потока; диапазон скоростей потока; асимметрия потока в трубопроводе; диапазон расходов воды.
Совершенствование эталонной базы по калибровке и поверке расходомеров-счетчиков. В
настоящее время в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» имеются стационарные объемные и весовые поверочные проливные стенды, позволяющие проводить калибровку и поверку приборов учета воды всех основных типов. На стендах также можно проводить исследования новых разработок в области измерения расхода и объема воды. Требованием современности предусмотрена необходимость калибровки расходомеров-счетчиков и водосчетчиков на месте эксплуатации. Поэтому одной из задач, стоящих перед метрологическими подразделениями ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», является создание передвижных калибровочных бригад, оснащенных мобильными расходомерами-счетчиками, а также применение сертифицированных верификаторов, осуществляющих контроль метрологических характеристик электромагнитных расходомеров-счетчиков на месте их эксплуатации.
Для метрологического обеспечения измерений расхода и объема воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» разработан и запатентован «Способ градуировки и поверки счетчиков и расходомеров жидкости». Изобретение было использовано для метрологического обеспечения многоканального расходомера-счетчика (РСМ), первичные преобразователи которого установлены на водоводах большого (до 1000 мм) диаметра Главной водопроводной станции. Методика поверки счетчика РСМ в условиях эксплуатации на основании указанного изобретения утверждена ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева». Запатентованный способ может быть применен для калибровки, а при наличии утвержденной методики выполнения измерений – для поверки аналогичных средств измерений, установленных на трубах больших диаметров.
Метрологический контроль и надзор за состоянием и эксплуатацией расходомеров-счетчиков в системах водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга, метрологическая экспертиза проектов узлов учета воды. Достоверные измерения – это измерения поверенными средствами при соответствии условий их эксплуатации нормативной документации на прибор.
В рамках регулирования обеспечения единства измерений метрологические подразделения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» осуществляют внутренний метрологический контроль и надзор:
за состоянием и применением средств измерений расхода, скорости потока, объема и на их основе систем, эксплуатируемых производственными структурами предприятия, путем организации метрологического обслуживания (технического обслуживания, ремонта, калибровки и организации поверки) средств измерений, находящихся в эксплуатации;
за соблюдением метрологических норм и правил государственной системы обеспечения единства измерений путем разработки методик выполнения измерений и методик калибровки средств измерений с использованием эталонов единиц величин. Методики разрабатываются для средств измерений, применяемых в составе технологических узлов учета воды, не подпадающих под Закон РФ от 26 июня 2008 г. № 102-РФ «Об обеспечении единства измерений».
Для обеспечения достоверных измерений расхода и объема воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» проводятся:
метрологическая экспертиза технических заданий и проектов разработки измерительных узлов;
обработка результатов измерений расхода и объема питьевой, технической и сточной воды.
Организация и проведение метрологической экспертизы проектов измерительных узлов является инструментом, не допускающим работу с неизвестным результатом измерений, например, установку расходомера в условиях кавитирующего потока, установку приборов за насосом или в существующие водоводы с отложениями на внутренних стенках труб. При этом проектная организация должна спроектировать узел учета таким образом, чтобы исключить дополнительные погрешности измерения из вышеприведенной формулы на основании данных предпроектного обследования. Если в указанной точке устранить дополнительные погрешности невозможно, то для обеспечения достоверных измерений эту точку необходимо перенести.
Метрологическая экспертиза на этапе проектирования способствует тому, что результат измерения на конкретном смонтированном узле учета будет получен в соответствии с «Нормами точности», установленными ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга».
Подготовка квалифицированных инженеров-метрологов в области измерений расхода и объема воды. При эксплуатации и обслуживании современных расходомеров-счетчиков с вычислителями необходимы:
знания прикладной метрологии в области измерения расхода и объема воды, а также принципов действия приборов учета;
навыки работы с нормативной документацией и умение снимать с расходомеров-счетчиков не только контрольные показания объема воды, но и информацию по установочным данным, нештатным ситуациям и др.
В ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и в ЗАО «Водоканал – Центр измерений» (подрядной организации, специализирующейся на создании и эксплуатации систем измерений расхода и учета количества воды) обучаются молодые специалисты, имеющие высшее техническое образование и проявляющие интерес к измерительной и вычислительной технике.
Выводы
Реализация комплекса нормативно-правовых и технических мероприятий по метрологическому обеспечению измерений, осуществляющихся в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», позволяет достоверно измерять расход и объем воды на всех этапах производства питьевой воды и сброса сточных вод. При этом водный баланс имеет минимальную погрешность, что способствует оптимизации размеров инвестиционных вложений
