Контроль расхода воздуха для аэрации сточных вод

Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:

У нас скопился опыт реализации проектов по контролю расхода воздуха, подаваемого в аэротенки для очистки сточных вод и мы решили им поделиться. Не будем долго расписывать как устроены аэротенки сточных вод. Всё это поможет нашей статье выйти на первые места в поисковиках, но лишит её жизни. Далее вы прочитаете каким образом расходомеры могут помочь оптимизировать систему управления аэрацией на очистных сооружениях и какие приборы подойдут для этого, а также их плюсы и минусы.

Потребление воздуха в аэротенках

Аэрация сточных вод с использованием аэротенка предполагает постоянную подачу большого количества воздуха для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. Потому что именно содержание кислорода определяет процессы в аэрационном тенке и скорость очистки.

Потребление электроэнергии на очистных сооружениях для аэрации составляет 60-70%. Такое большое количество энергии нельзя игнорировать. Контроль расхода воздуха позволяет управлять энергопотреблением и проводить мероприятия для повышения энергоэффективности очистных сооружений. Очень гармонирует с современными тенденциями к оптимизации энергоресурсов и снижении операционных затрат.

Если вы ещё не контролируете расход воздуха или кислорода для систем аэрации на очистных, то, скорее всего, от вас скрыт большой потенциал к экономии электроэнергии. Мы не говорим, что 60-70% можно снизить до 30%, но измерять – значит контролировать.

Расходомеры воздуха для аэрации сточных вод

Есть несколько основных технологий, позволяющих измерять расход сжатого воздуха, и расходомеров на их основе – термально-массовые (термоанемометры), вихревые, перепада давления, турбинные, ультразвуковые. Есть ещё и другие, но эти самые распространенные и доступные.

На очистных сооружениях диаметр трубопроводов обычно составляет 250-500 мм, поэтому использование, например, турбинных расходомеров становится невыгодным из-за дорогостоящего обслуживания. Турбину надо менять и калибровать прибор периодически.

Аналогично вихревые расходомеры имеют слишком высокую стоимость для больших трубопроводов и не получили большую популярность на очистных.

С точки зрения экономики оптимальными решениями на очистных сооружениях являются термально массовые расходомеры сжатого воздуха и расходомеры перепада давления. Вот их мы разберём подробнее и поймём их сильные и слабые стороны применительно к системам аэрации аэротенков.

Термально массовые расходомеры для систем аэрации очистных

Начнём с термоанемометров – это приборы, в основе которых лежит сенсор, состоящий из 2-х терморезисторов. Один из них подогревается, а другой измеряет температуру проходящего воздуха. Есть 2 типа сенсоров – с постоянным подогревом и с постоянным энергопотреблением. Сейчас для нас это не принципиально. Гораздо важнее, что такие приборы не имеют подвижных частей и не требовательны к обслуживанию.

Важно заметить, что данная технология (термоанемометр) может быть реализована физически несколькими способами и не все они подходят для работы на аэрационных тенках:

1) Сенсор может быть выполнен в виде обычной стеклотекстолитовой пластинки (из них делают зеленые печатные платы), с нанесёнными «дорожками» терморезисторов.

Сенсор термоанемометра
Термоанемометрический сенсор для датчиков скорости потока

Такой сенсор используется обычно в системах вентиляции или в технологических процессах, но в условиях чистого сжатого воздуха. Если на него попадёт капельная влага, то начнётся коррозия. Если фильтры меняются не вовремя и в воздухе повышенное содержание пыли, то эти твёрдые частицы просто срезают сенсор понемногу. Всё это влияет на точность и срок службы. Не рекомендуется использовать приборы с подобным типом сенсора для контроля расхода воздуха на аэротенках сточных вод.

2) Сенсор промышленного типа термально массового расходомера из нержавеющей стали с 2-мя терморезисторами в гильзах.

Сенсор промышленного расходомера сжатого воздуха
Сенсор промышленного расходомера сжатого воздуха

Даже если на него попадёт капельная влага, сенсор сам не сломается. Он выполнен из нержавеющей стали. Так как вода обладает другим коэффициентом теплопроводности по сравнению с воздухом, то показания сенсора будут искажаться, когда он намокнет. Но из-за наличия подогрева сенсора он высохнет и продолжит работу в прежнем режиме. Аналогично повышенная влажность не оказывает влияния на данный тип сенсора – за счёт подогрева вокруг него всегда сухой воздух, даже если влажность 100%. Расходомеры с таким сенсором мы рекомендуем использовать для контроля воздуха в системах аэрации.

Какой бы ни был сенсор – у термально массовых расходомеров есть общие положительные и отрицательные черты, применимо к использованию их на очистных сооружениях.

Плюсы термально массовых расходомеров для аэрации сточных вод:

  • Практически не требуют обслуживания. У них отсутствуют подвижные части, которые надо было бы менять. Необходимо только проводить калибровку раз в 5-6 лет и очистку сенсора 1-2 раза в год;
  • Высокая чувствительность сенсора. Любой стандартный термально массовый расходомер может измерять поток от 0,5 м/с;
  • Простой монтаж – обычно такие расходомеры врезаются в трубопровод через шаровый кран. Процедура простая, а при необходимости извлечь прибор не нужно отключать поток в трубе;
  • Возможность монтажа одного и того же расходомера на трубопроводы разных диаметров от 25 мм и выше. Максимальный диаметр ограничен только длиной зонда – есть модели с зондом для труб до 2000 мм;
  • Невысокая стоимость в сравнении с другими расходомерами – вихревыми, перепада давления. Хотя это относительно и зависит от производителя.

Главным минусом расходомеров с термоанемометрическим сенсором являются повышенные требования к качеству воздуха. Какой бы ни был сенсор у данного типа приборов – они все рассчитаны на измерение сухого воздуха. Да, промышленный сенсор не испортиться, если на него попадёт влага, но измерять он будет неправильно. Если такие случаи носят единичный характер, то проблем нет. Электроника настроена отсекать подобные скачки в измерениях и на итоговый результат они не влияют. Другое дело, если воздух постоянно имеет капельную влагу. В таком случае следует выбрать расходомер сжатого воздуха с другим типом сенсора.

Но данное оборудование всё равно является эталоном для контроля расхода воздуха для аэрации сточных вод на очистных сооружениях любого типа – городских или промышленных. И у нас есть что предложить из нашего каталога:

  • Промышленный термоанемометрический сенсор;
  • Металлический корпус IP65 – возможность эксплуатации на открытом воздухе при температурах от -30 до +40 °С;
  • Специальная калибровка для небольших потоков – от 0,3 до 30 м/с и 60 м/с. Актуально для очистных, потому что скорость воздуха в трубопроводах аэрации обычно не превышает 20-40 м/с;
  • Измерение текущего и накопленного расхода. Это одновременно и расходомер, и счётчик сжатого воздуха в одном устройстве;
  • Большой выбор выходных сигналов – импульсный, частотный, 4..20 мА, HART, RS485;
  • Монтаж в трубопроводы до 500 мм.

Если нужно больше – отправьте запрос. У нас заканчивается работа над новой моделью Борей-600 – возможно у нас уже есть решение вашей задачи.

Расходомеры перепада давления для аэротенков

Эта интересная технология основана на использовании напорной трубки Пито и датчика дифференциального давления. Как и в случае с термоанемометрами, конструкции сенсоров могут отличаться и трубки Пито тоже бывают разных конструкций. Не будем вдаваться в детали, а рассмотрим только принцип работы, чтобы лучше понимать плюсы и минусы этой технологии.

Вся суть кроется в конструкции напорной трубки Пито – обычно это не одна трубка, а 2. Рассмотрим конструкцию усредняющей напорной трубки Пито из 2-х трубок, сваренных вместе и имеющих отверстия с противоположных сторон. Трубка погружается на всю длину трубопровода таким образом, чтобы одни отверстия «смотрели» на поток, а другие, соответственно, в обратную сторону по потоку.

Напорная трубка Пито AFMT
Напорная трубка Пито

Трубка монтируется при помощи резьбовой гайки и подбирается исходя из диаметра трубопровода. Сверху имеется 2 штуцера для подключения к датчику дифференциального давления.

Принцип работы заключается в измерении разности давлений в 2-х трубках – «смотрящей» на поток и вслед потоку. Из этой разницы давлений можно легко узнать скорость потока по известной формуле. Умножив скорость потока на площадь поперечного сечения, получаем объемный расход. А зная плотность потока, можем рассчитать и массовый расход, при необходимости.

Плюсы расходомеров перепада давления:

  • Нечувствительны к влаге и загрязнениям в измеряемом воздухе. В данных счётчиках отсутствуют подвижные части или капризные чувствительные элементы. Мембрана датчика давления не чувствительна к капельной влаге, пыли и может работать в большом диапазоне температур (вплоть до +250 °С);
  • Не требуют обслуживания – датчик давления надежный прибор, который стабильно работает годами без необходимости калибровки или сервиса;
  • Простой монтаж – погружным способом через шаровый кран;

Минусы счётчиков перепада давления для аэрации на очистных:

  • Минимальная скорость потока – от 20 м/с. Особенность сенсора – измерение разности давлений – накладывает ограничение на нижний предел измерения;
  • Зависимость диапазона измерения от давления в системе (трубопроводе);
  • Высокая стоимость расходомеров. Но ниже у нас есть бюджетное решение на базе этой технологии, которое используют многие Водоканалы на своих очистных сооружениях.

Какой расходомер перепада давления выбрать для аэрации

Теперь, когда мы знаем, как работает технология и её плюсы и минусы, у нас есть 2 пути:

1)Можно взять готовый расходомер перепада давления, основанный на технологии напорной усредняющей трубки Пито и датчика дифференциального давления. В таких приборах вся система размещена в компактном корпусе, настроена и откалибрована с заданным диапазоном и точностью. Вам необходимо лишь установить счётчик в трубопровод и получать объемный расход.

У нас есть подобное решение – Промышленный расходомер БРИЗ-700. Но стоимость такого оборудования внушительная. Расходомер Бриз-700 примерно в 2 раза дороже термально массового Борей-450. Слишком большая разница за возможность использования прибора в условиях мокрого воздуха. Поэтому есть второй вариант.

2. Чтобы снизить затраты, можно собрать подобную систему самостоятельно. Такое решение мы часто поставляем для небольших Водоканалов, т.к. стоимость одной точки измерения расхода получается в 2 раза дешевле, чем при использовании даже термально массового расходомера Борей-450.

Мы предлагаем использовать напорную усредняющую трубку Пито модели AFMT:

Напорная трубка Пито AFMT
Напорная трубка Пито, модель AFMT

Данная модель рассчитана на трубопроводы от 100 мм до 1000 мм и выполнена из нержавеющей стали 316 марки.

Трубка AFMT подключается при помощи гибких шлангов к датчику дифференциального давления модели PHM33:

Для подключения шлангов используются быстрозажимные штуцеры – очень удобно. На датчике PHM33 есть функция извлечения квадратного корня, поэтому можно проводить вычисление скорости потока и даже объемного расхода, выводя данные параметры на дисплей.

Но в данном случае есть свои ограничения – датчик PHM33 не умеет передавать расход по выходным сигналам. На выходных сигналах (аналоговом или цифровом) он выдаёт только разницу давлений с трубки Пито или скорость потока (при включении функции извлечения квадратного корня).

Поэтому такое решение подходит в том случае, если датчик будет подключен к контроллеру в диспетчерской и все расчёты можно будет провести на нём. Если у вас есть своя служба КИП и все данные сводятся в диспетчерской – установить и настроить такую систему будет не сложнее, чем поставить полноценный расходомер.

Экономический эффект от системы управления расходом воздуха для аэрации

Схема управления системой аэрации опирается на среднее установленное значение растворенного кислорода, как основной параметр. Для этого обычно используется один или несколько датчиков растворенного кислорода в каждом бассейне аэрации.

Система аэрации на очистных достаточно сложная для управления. Как и любая пневматическая система, она имеет значительную инерционность и запаздывание реагирования на любые изменения. Поэтому концентрация растворенного кислорода волнообразно меняется в широком диапазоне вокруг установленного среднего значения.

Наличие расходомеров сжатого воздуха являются ключевым оборудованием для оптимизации энергопотребления. Они позволяют существенно снизить запаздывания при обработке управляющих воздействий и сократить время реакции системы управления аэрацией. Это приводит к сужению диапазона изменения реального растворенного кислорода в пределах установленного среднего значения. В итоге можно снизить установленное среднее значение ближе к минимальному значению без риска повышения предельно-допустимой концентрации (ПДК) вредных веществ. По опыту, подобная оптимизация приводит к 10-15% экономии энергоресурсов.

Расходомеры воздуха помогают подобрать правильные воздуходувки

Оптимизация системы управления аэрацией и снижение энергозатрат – это лишь часть положительных эффектов от установки расходомеров сжатого воздуха. Даже если у вас не установлена автоматизированная система управления аэротенками, но вы разрабатываете инвестиционную программу для этого, то расходомеры имеет смысл включить в первую очередь модернизации. И это связано не только с тем, что мы поставляем расходомеры и заинтересованы в их продаже.

Если на очистных сооружениях возникла необходимость масштабной модернизации, то она, как правило, затрагивает все элементы от аэротаротов до воздуходувок. Причём последние будут обновляться уже в конце. Установка расходомеров воздуха на начальном этапе, в таком случае, позволит собрать достаточно информации о фактическом расходе воздуха при различных режимах работы. Эти данные помогут выбрать оптимальные воздуходувки и не переплачивать за их обслуживание в будущем.


Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:
Появились вопросы?
Спросите опытного эксперта сейчас и получите варианты решения!
О блоге