Aktuální vydání

celé číslo

10

2017

Systémy pro řízení výroby, PLM, SCADA

celé číslo

Magneticko-indukční vodoměry – přizpůsobivé jako nikdy dříve

Magneticko-indukční vodoměry se již dlouho využívají nejen k měření průtoku a množství v přivaděčích a velkých potrubích. Je možné je najít v potrubích pitné vody v městských čtvrtích, ulicích nebo jako vodoměry, které měří spotřebu velkých odběratelů vody. Často také měří odběr podzemních vod z pramenišť a vrtů. 

Magneticko-indukční vodoměry napájené z baterií, a tedy nezávislé na externím napájení, se využívají ve vodárenství stále více a provozovatelé vodárenských sítí si přejí takový průtokoměr, který se přizpůsobí provozním podmínkám v místě instalace. Doposud bylo často nezbytné upravit měřicí místo tak, aby vyhovovalo požadavkům na umístění vodoměru a byly splněny montážní podmínky výrobce. Podstatným problémem byly mj. přímé úseky před a za průtokoměrem (tzv. uklidňovací délky), požadované výrobcem vodoměru pro dosažení deklarované nejistoty měření. Magneticko-indukční vodoměry Waterflux, které nevyžadují žádné přímé úseky před a za měřidlem, usnadňují montáž do libovolného úseku potrubí bez nutnosti nákladných mechanických úprav. Jako příklad lze uvést měření průtoku prací vody pro pískové filtry ve vodárenské společnosti v potrubí velikosti DN 700. 

Optimální cyklus praní filtrů v automatizované úpravně pitné vody

Vodárenská společnost v Aschaffenburgu v Německu provozuje úpravnu pitné vody, ve které se z pramenité vody ze studní vyrábí pitná voda nejvyšší kvality. Úpravna vody je vybavena pokročilou technologií na čištění vody ze studní. Celý proces úpravy vody je automatizován, a to ve všech stupních, od dekarbonizace přes denitrifikaci až po filtraci a dezinfekci ultrafialovým zářením. Touto vodou je zásobováno 130 000 obyvatel regionu a roční výroba vody činí 7,3 mil. m3.

V rámci úpravy vody je také čištěna voda od zbytků pesticidů a dalších látek používaných k ochraně rostlin. Čištění se provádí ve vícevrstvých filtrech s aktivním uhlím. Tyto filtry vyžadují periodické praní prací vodou, která musí mít takový požadovaný průtok a tlak, aby byla filtrační vrstva dokonale vyprána. Velikost průtoku a tlaku prací vody závisí mimo jiné též na složení a hustotě náplně filtru.

Doposud byl průtok prací vody odvozován od rychlosti poklesu výšky hladiny v jímce prací vody. Tento způsob určení průtoku byl nepřesný a neumožňoval regulaci otáček čerpadel prací vody, a tudíž i nastavení průtoku prací vody odpovídající požadavkům na praní filtrů. Byl proto někdy nastavován příliš velký nebo příliš malý průtok vody a filtr byl vyprán jen částečně nebo musela být doba praní filtru neúměrně prodlužována. Provozovatel hledal způsob přesného měření průtoku prací vody pro dvanáct vícevrstvých filtrů s aktivním uhlím, který by umožňoval přesnou regulaci otáček čerpadel prací vody. Bylo požadováno měření průtoku vody v potrubí DN 700, ovšem bez nutnosti přímých úseků před a za průtokoměrem, protože delší přímý úsek potrubí nebyl k dispozici.

Provozovatel se rozhodl použít magneticko-indukční průtokoměr Krohne Waterflux 3300 W. Měřicí trubice tohoto typu magneticko-indukčního průtokoměru má obdélníkový průřez optimalizovaný pro dosažení nejvhodnějšího tvaru rychlostního profilu proudící kapaliny. Proto je možné instalovat snímač magneticko-indukčního průtokoměru do potrubí bez přímých úseků před a za průtokoměrem. Snímač magneticko-indukčního průtokoměru Waterflux o jmenovité světlosti DN 400 byl umístěn do stávajícího potrubí ve výšce 5 m nad podlahou do zúžení v potrubí prací vody (obr. 1). Průtokoměr měří okamžitý průtok prací vody i spotřebu této vody pro praní filtrů. Měřené hodnoty jsou přenášeny do řídicího systému úpravny vody a využívány k řízení čerpadel na základě požadavků na průtok prací vody.

Díky instalaci průtokoměru Waterflux 3300 W je možné prát všech dvanáct filtrů tak, aby filtrační materiál v procesu praní neunikl z filtrů. Současně je zajištěno dokonalé praní filtrů v jednom cyklu dostatečným průtokem a není nutné praní filtrů opakovat jako v minulosti, což vytvářelo dodatečné náklady na provoz úpravny vody.

Vodárenská společnost použila magneticko-indukční průtokoměr, který na rozdíl od téměř všech konkurenčních průtokoměrů s obdobnou jmenovitou světlostí nevyžaduje přímé úseky před a za snímačem. Magneticko-indukční průtokoměr Waterflux o jmenovité světlosti DN 400 byl v roce 2015 zkoušen ve Fyzikálně-technickém zkušebním ústavu v Braunschweigu (Německo) v různých provozních podmínkách simulujících narušený tvar rychlostního profilu. Při zkouškách byly potvrzeny nejistoty měření objemu udané výrobcem průtokoměru, firmou Krohne, i při montáži bez přímých úseků před a za průtokoměrem: magneticko-indukční průtokoměry a magneticko-indukční vodoměry se snímačem řady Waterflux mají v rozsahu jmenovitých světlostí DN 25 až DN 600 schválení jako pracovní měřidla stanovená podle MI 001 i při montáži do potrubí bez přímých úseků před a za měřidlem (obr. 2). 

Inovace rozšiřují možnosti použití

V roce 2016 byla na trh uvedena nová generace magneticko-indukčních vodoměrů Waterflux (obr. 3). Cílem inovací bylo zejména rozšíření možností použití, zjednodušení montáže a minimalizace potřeby údržby vodoměru během jeho provozu. Waterflux je magneticko-indukční vodoměr napájený z baterií. Je opatřen měřicí trubicí s redukovaným obdélníkovým průřezem. Tato úprava má mnoho výhod: budicí cívky vytvářejí silné a homogenní magnetické pole, které přispívá k vynikajícímu odstupu signálu od šumu a umožňuje stabilní měření i při velmi malých a středních rychlostech proudění. Díky zúžení se zvětšuje střední rychlost proudění, v obdélníkovém průřezu dochází k optimalizaci tvaru rychlostního profilu, a vodoměr je proto v podstatě imunní proti nesymetrii tvaru rychlostního profilu a vírům vznikajícím před a za průtokoměrem. Vodoměr může být proto instalován přímo mezi kolena nebo redukce průměru potrubí.

Znamená to podstatné snížení požadavků na prostor pro montáž vodoměru, popř. postačí menší instalační šachty při zřizování nových měřicích míst. Ty mohou být i zaplavovány vodou – vodoměr Waterlfux má krytí IP68 v kompaktním provedení (převodník umístěn přímo na snímači) i v odděleném provedení (senzor v potrubí s krytím IP68, převodník na stěně rovněž s krytím IP68). Montáž je více než snadná – senzor je s převodníkem propojen a výstupy jsou připojeny kabely zakončenými kvalitními konektory (na straně převodníku). Snímač Waterflux má rovněž standardně integrovanou referenční elektrodu, a není tedy nutné při montáži do plastových potrubí nebo do kovových potrubí s vnitřním nevodivým povlakem používat zemnicí kroužky.

Robustní konstrukce s ocelovými přírubami (pro DN 25 až DN 40 je dodáváno i závitové připojení) bez pohybujících se částí omezuje potřebu údržby na naprosté minimum. Velmi malý příkon elektroniky vodoměru zajišťuje provoz po dobu až patnácti let (napájení ze dvou interních baterií), popř. dvaceti let (při napájení z externí sady baterií). Firma Krohne nabízí další variantu, která rovněž významně usnadňuje návrh a montáž: pro měřicí místa, kde je k dispozici napájecí síť 230 V AC nebo 10 až 30 V DC (např. ze solárních článků), je možné dodat vodoměr Waterflux s modulem Flexpower. Vodoměr je napájen ze střídavé nebo stejnosměrné sítě, ale při výpadku se vodoměr automaticky přepne na napájení z baterií. 

Na přání: integrovaný snímač tlaku a teploty protékající vody

Další možnosti sledování provozu vodárenských sítí poskytují snímače tlaku a teploty vody, které mohou být na přání instalovány ve snímačích Waterflux. Zejména měření tlaku může významně pomoci při sledování provozu vodárenské sítě, protože hodnota tlaku vody a hodnota průtoku vody jsou základní parametry pro sledování provozu a možných úniků vody. Netěsnosti vodárenské sítě se identifikují zejména v nočních hodinách, protože v době od druhé do čtvrté hodiny ranní je spotřeba vody v obytných zónách měst téměř nulová. V tomto případě tedy snímače tlaku měří v podstatě nulovou tlakovou ztrátu vzniklou průtokem vody v potrubí. Je možné také porovnat hodnoty průtoku a hodnoty tlaku měřené vodoměrem Waterflux.

Použití snímačů tlaku integrovaných ve vodoměrech Waterflux je výhodné i z hlediska vlastní montáže. Není nutné připravovat další odběry tlaku pro externí snímače tlaku, připojovat je k systému sběru dat a zajišťovat jejich napájení. Hodnoty měřeného tlaku a teploty vody se zobrazují na ukazateli vodoměru, mohou aktivovat stavové výstupy vodoměru nebo mohou být měřené hodnoty tlaku a teploty přenášeny pomocí rozhraní Modbus do systému sběru dat. Totéž, co pro integrovaný snímač tlaku, platí i pro integrovaný snímač měření teploty. Není zapotřebí příprava odběrného místa na potrubí, kabeláž a napájení snímače teploty. Integrované snímače tlaku a teploty mohou být instalovány do vodoměrů Waterflux o jmenovitých světlostech v rozsahu DN 50 až DN 200. 

Nové možnosti komunikace

Nová generace vodoměrů Waterflux nabízí i rozšířené možnosti přenosu měřených hodnot: je možné přenášet všechny relevantní měřené hodnoty a stavová hlášení. Standardní dva impulzní a dva stavové výstupy mohou být nahrazeny rozhraním Modbus. Přenášejí se provozní hodnoty (součtové množství ve směru vpřed, součtové množství ve směru vzad, průtok ve směru vpřed, průtok ve směru vzad, tlak a teplota proudící vody) a stavová hlášení (životnost baterie, hlášení chyb). Výstup Modbus RTU může být dodán ve dvou verzích: nízkopříkonová verze pro napájení z baterií je jediná na trhu a je určena k přenosu dat mezi vodoměrem a záznamníkem dat nebo modulem GPRS. Při napájení vodoměru z modulu Flexpower je dodávána vysokopříkonová verze Modbus RTU, která zajišťuje komunikaci s nadřazeným systémem řízení nebo sběru dat. 

Shrnutí

Provozovatelé vodárenských sítí a úpraven vod kladou na vodoměry stále vyšší požadavky s ohledem na snadnou montáž, minimální údržbu a přenos měřených hodnot ve spojení s bateriovým napájením. Důležité jsou požadavky na přímé úseky před a za vodoměrem, které mohou být u vodoměrů se speciální konstrukcí, jako např. u vodoměrů Waterflux, nulové, a to i při použití těchto vodoměrů jako pracovních měřidel stanovených. Integrace snímače tlaku a teploty do vodoměru Waterflux umožňuje provozovateli vodárenské sítě v každém měřicím místě, v němž je instalován vodoměr Waterflux, měřit také tlak a teplotu vody a tím i lépe vyhodnocovat ztráty a netěsnosti ve vodárenské síti. Napájení z baterií nebo z napájecí sítě poskytuje projektantovi nebo provozovateli volbu místa montáže nezávisle na dostupnosti napájení elektřinou. Dvě varianty komunikace Modbus zajišťují přenos měřených hodnot a stavových hlášení tak, jak to vyžaduje efektivní a pružný provoz vodárenské soustavy. 

(KROHNE CZ, spol. s r. o.)

Obr. 1. Waterflux DN 400 měří průtok prací vody pro praní filtrů

Obr. 2. Výsledky zkoušek vodoměru Waterflux ve Fyzikálně-technickém zkušebním ústavu v Braunschweigu v Německu potvrdily nízkou nejistotu měření i při montáži bez přímých úseků před a za vodoměrem: Waterflux DN 25 až DN 600 je schválen pro přímé úseky 0 DN/0 DN jako vodoměr podle MID MI-001 a splňuje požadavky na pracovní měřidla stanovená

Obr. 3. Magneticko-indukční vodoměr Waterflux s integrovaným snímačem tlaku a teploty a s komunikací Modbus může být použit nejen k měření průtoku a množství vody, ale i ke sledování možných úniků a netěsností vodárenské sítě