Kravspesifikasjon for instrumentering Måling av volumstrøm i delfylt rør

Transkript

1 Oslo kommune Vann- og avløpsetaten Kravspesifikasjon for instrumentering Måling av volumstrøm i delfylt rør

2 Innhold 1 INNLEDNING MÅLING AV VOLUMSTRØM I DELFYLT TVERRSNITT. PRINSIPP INSTRUMENTERING FLOW COMPUTER (FC) MONTASJEFORHOLD DRIFT OG VEDLIKEHOLD... 9

3 Sammendrag Måling av mengde er viktig i de fleste prosessammenhenger, også i VAsammenheng. I lukkede rørsystemer fins det svært mange forskjellige måleprinsipper som kan benyttes, men i delfylte systemer kan mengdemåling ofte være problematisk. Adkomst til målepunktet kan være vanskelig, målepunktet vil normalt ha svært dårlig miljø, og når det er oppstuving, vil målepunktet ikke være tilgjengelig. I noen tilfeller vil det uansett være ønskelig å kunne overvåke og registrere mengder i slike tverrsnitt, og det må da benyttes spesielt måleutstyr beregnet for nettopp denne bruken. Typisk installasjon vil da være primærinstrumentering montert i ledning/rørtverrsnittet, med kabling frem til et rom, eller sjakt der utstyr for signalbehandling er montert. Dette utstyret må igjen være tilgjengelig for personell, og det er normalt ønskelig at dette utstyret også kommuniserer med sentralt plassert driftskontroll-anlegg. Ved kampanjetiltak kan det være tilstrekkelig at lokalt utstyr logger data fortløpende, og at disse dataene tappes over til bærbart PC utstyr med visse mellomrom, evt først ved avsluttet kampanje. Ved bruk av loggerfunksjonalitet på denne måten, tapes muligheten for overvåking og varsling av hendelser i det de oppstår. Lokal datalagring er imidlertid en viktig funksjon uansett, da den også fungerer som backup ved evt svikt i dataoverføring i sann tid.

4 1 INNLEDNING I transportsystemer for vann og avløp er det ofte behov for å måle volumstrømmer, både i momentan strømning (Flow), og akkumulerte mengder over tid; f.eks kubikkmeter pr gitt tidsrom, så som pr time, døgn, måned og år. For væsketransport i trykksatte rørsystemer finnes det mange måleprinsipper å velge mellom, det aller vanligste måleprisnippet for vann og avløpssystemer er elektromagnetiske målere. Hvis transportsystemet er lukkede rør, som ikke er trykksatt og ikke er fylte, finnes det spesielle elektromagnetiske måleres som kan benyttes i de tilfeller de kan monteres inline i rørsystemet For andre typer transportsystemer som tunneler, kulverter, renner, nedgravde rør osv, der det ikke er hensiktsmessig eller praktisk mulig å montere in-line målesystemet, må vi benytte andre måleprinsipper. I åpne kanaler med adkomst, benyttes ofte forskjellige typer kalibrerte målerenner som Parshall renner, Khafaghi Renner o.l. Nivået av væskespeilet over et kalibrert strømningsprofil måles, og mengden leses av eller beregnes ut fra formler eller tabeller for aktuelt strømningsprofil. I ledninger og lignende tverrsnitt, som normalt opereres med et delfylt strømningsprofil, men som under høy vannføring og flom kan stuve opp og stå under trykk, er ingen av de ovennevnte måleprinsipper anvendbare. Denne spesifikasjonen beskriver og spesifiserer måleutstyr for måling av volumstrøm i delfylt tverrsnitt som f.eks tunnel, nedgravde rør og kulvert. Målepunktet i Kruttverkveien dekker bl.a. tilførsler fra Grønmo fyllplass og Klemetsrud forbrenningsanlegg. I Kruttverkveien ved Ljanselva er det i dag en 1400 mm spillvannsledning som krysser over Ljanselva og går langs gangveien over grøntområdet og inn i en 2200 mm diameter tunell i fjellet under Kruttverkveien nr 10 og videre til renseanlegget på Bekkelaget. Målingen skal skje i 1400 mm spillvannsledning. Vann- og avløpsetaten har i nærheten av Ljanselva på grøntområdet en målestasjon under oppføring over denne ledningen. I denne målestasjonen er det avsatt plass til Flow Computer i tilknytning til sensorer og instrumentering. Det er tilgang til ledningen via en nedstigningskum i huset over ledningen. De målingene Vann- og avløpsetaten har utført viser at Qmax ligger i området l/sec og Qmin fra l/sec. Fyll høyde i ledningen varierer fra Hmin 0.20 meter til Hmax 0.85 meter. Hastigheten i ledningen på denne strekningen er målt til Vmin 0.55 m/sec til Vmax 1,7 m/sec.

5 2 MÅLING AV VOLUMSTRØM I DELFYLT TVERRSNITT. PRINSIPP Måling av væskestrøm i delfylt tverrsnitt som nedgravde ledninger, er basert på følgende prinsipp som vist i figur 1. Fig. 1. Måleprisnipp, Flow i delfylt tverrsnitt. Instrument plassering Beregning av volumstrøm skjer ut fra ett sett målinger og en kjent form på gjennomstrømningsprofilet. I måletverrsnittet måles nivået i ledningen, med minst to uavhengige nivåmålinger, og videre måles væskehastigheten med en eller flere hastighetssensorer. Ut fra dette beregnes en gjennomsnittlig væskehastighet forbi måletverrsnittet. Hovedprinsippet for måling av nivå er ultralyd eller tilsvarende måleprinsipp, med sensor plassert i hengen på røret. Denne sensoren kan registrere nivå opp til nivået nærmer seg blokkeringsavstanden for valgt type sensor. Som back-up for denne målingen, og i de tilfeller at ledningen stuver opp, benyttes en hydrostatisk nivåsensor, plassert lavt på en av sideveggene. Pga fare for sedimentering og avleiring, bør denne sensoren ikke plasseres i bunnen av profilet. Lave vannføringer (lavt nivå på vannspeil) bør i alle fall måles av ultralyd sensoren, for best mulig nøyaktighet. En eller flere hastighetssensorer plasseres så langt nede som mulig på den ene siden, uten at de blir utsatt for avleiringer. Alle målesignaler kables frem til et punkt der de føres gjennom og opp til tørt rom i målestasjon Kruttverkveien med adkomst under normal drift. I dette området plasseres flowcomputer som beregner aktuell flow og akkumulert mengde, basert på det sett med målinger som er tilgjengelig, det kjente og oppmålte gjennomstrømningsprofilet, og nødvendige algoritmer for beregning av nivå og gjennomsnittlig gjennomstrømningshastighet. Beregningene skal lagres lokalt, og vises i operatørdisplay på flowcomputeren.

6 Det skal være mulig å bruke flowcomputeren som datalogger, og å tømme loggeren til bærbar PC som kobles opp lokalt, eller overføres til PC ved trådløs teknologi. Flowcomputeren skal være utstyrt med kommunikasjonskort eller innebygget kommunikasjonsport for telemetrering til sentral Driftskontroll. Kommunikasjonsprotokoll skal være åpen protokoll som er tilgjengelig i markedet (Profibus, Modbus, Ethernet IP el. Tilsvarende godkjent av byggherre). 3 INSTRUMENTERING For måling og beregning av flow, skal det benyttes følgende instrumentering: En eller to nivåtransmittere montert i heng, basert på ultralyd (LT1, LT2). En eller to nivåtransmittere, montert nede på sidevegg i rør eller tverrsnitt, basert på hydrostatisk trykk (LT3, LT4). En eller flere hastighetssensorer, plassert ned på siden av røret. (ST1, ST2, ST3). Antall sensorer avhenger av nøyaktigheten og det vanlige er flere sensorer for god nøyaktighet. Det er også snakk om måling ved flere nivåer i ledning. Det er forskjellige måter å gjøre dette på. Det er opp til tilbyder å finne en god løsning for dette. Væskeberørte deler av sensorene skal være i syrefast utførelse eller tilsvarende for å motstå aggressivt miljø. Sensorene skal leveres med innstøpt kabel, for fremføring frem til Flow Computer (FC), som plasseres i tørt rom (målestasjon Kruttverkveien). Sensorer, kabel og kabelgjennomføring frem til tørt rom må tåle oppstuving i ledning, og det trykk som følger av dette. Tørt rom, med kontrollert miljø, er det ideelle. Men i mange tilfeller må man også akseptere at rom eller lokalitet for plassering av flowcomputer ikke er tørt, men i det minste et rom som ikke blir utsatt for dykking. Miljøet i ledning, der man ikke kan kontrollere miljøet, kan være både fuktig og aggressivt. Felles krav for alle sensorer: Syrefast utførelse eller tilsvarende for væskeberørte deler. IP68. Må tåle oppstuving i ledning over tid, og tåle overtrykk på inntil 3 Bar. Sensorer skal være utformet for å unngå avleiring og forstyrrelser pga stoff i avløpsvann, og være mest mulig selvrensende. Målepunktet er vanskelig tilgjengelig under normal drift, da ledningen ikke kan stenges av og dreneres. Robust utførelse med minimalt behov for regelmessig tilsyn av sensorene er derfor viktig. Sensor i heng bør være utformet, eller ha beskyttelse, som hindrer avleiringer av filler etc. Kabelføring, og kabelgjennomføringer skal være utformet og utført slik at avleiringer unngås, og må tåle oppstuving og overtrykk på inntil 3 Bar. Spesifikasjoner:

7 LT1, evt LT2, Ultralyd sensor i heng (Hoved Nivå) Måleområde 0-1 mvs/0-5 mvs. Rett sensor velges for hvert enkelt målepunkt, med måleområde best mulig tilpasset anlegget. Blokkeringsavstand max 10 cm. Nøyaktighet; 0,2% FS eller bedre LT3, evt LT4, Hydrostatisk trykk sensor i sidevegg (Backup Nivå) Trykkmåling for nivå brukes av FC når det stuver opp i ledningen, eller nivået er så høyt at ultralyd er blokkert. Nøyaktighet bedre enn 0,5% FS. ST1, ST2, evt ST3 Hastighets sensor i sidevegg (En eller flere sensorer inngår i algoritme for beregning gjennomsnittshastighet i måleprofil) Nøyaktighet på beregnet strømningshastighet er avhengig av antall sensorer som benyttes. Ved normal vannføring (Tørrvær) skal gjennomsnittlig gjennomstrømningshastighet beregnes innenfor 1%. Beregnet Flow Beregnet flow skal i tørrvær, ved normale strømningsforhold, og ved normal vannføring ha et avvik fra faktisk flow på mindre enn +/- 2%. Ved vanskelige måleforhold, eller i tilfeller med mindre krav til nøyaktighet, kan kravet til nøyaktighet reduseres. Dette skal i så fall avtales på forhånd. 4 FLOW COMPUTER (FC) Flow Computer skal monteres i tørt område, med kabelføring og gjennomføringer fra målepunkt til FC. Skapet skal være utført i rfr utførelse, med IP 67. Strømforsyning skal være 230VAC, 50 Hz. Skapet skal være forsynt med termostatregulert varmeelement. FC skal beregne flow i målepunktet ut fra det settet med målepunkter som inngår. Videre skal leverandører på stedet foreta nødvendige oppmålinger av måletverrsnittet og konfigurere nødvendig oppsett i FC for målepunktet FC skal være utrustet med nødvendige analoge utgangssignaler for å repetere alle primære målinger som analoge signaler (4-20mA), i tillegg skal beregnede verdier også være tilgjengelige som analoge utganger ved behov. Skalering for hvert enkelt signal skal være enkelt å utføre fra betjeningspanel, og enkelt å lese av i display. Flow computer skal beregne den gjennomsnittlige væskehastigheten i måletverrsnittet ut fra tilgjengelige hastighetssignaler og kjent tverrsnitt. Beregnet hastighet skal lagres og presenteres som øvrige målesignaler. Beregnet hastighet kan i noen tilfeller være negativ, der ledningen inngår i et system med flere ledninger i et fordrøyningssystem. FC skal være i stand til å håndtere strømning i begge retninger. Oppsett og konfigurering av FC skal kunne utføres fra display på FC, eller vha tilkoblet utstyr som PC, og også via kommunikasjonsgrensesnitt. Det skal være mulig for operatør å simulere måleparametrene (ingeniørverdier) via meny i operatørpanel i den hensikt å få testet signaltilknytningen til fjernavlesningsutstyret uten å måtte bruke måleinstrumenter.

8 FC skal ha en eller flere standardiserte kommunikasjonsgrensesnitt for oppkobling og kommunikasjon mot annet utstyr. Proprietær protokoll aksepteres ikke som eneste kommunikasjonsmulighet. FC skal ha minst en av følgende muligheter for kommunikasjon mot annet utstyr (Typisk Fjernkontrollsystem, SCADA system el.l.): Ethernet IP Modbus RTU/IP Profibus FC skal ut fra målingene beregne aktuell flow i tverrsnittet. Videre skal FC beregne og lagre akkumulerte mengder dette døgn, og siste døgn, dvs akkumulert mengde i forrige døgn. FC skal også lagre verdier for totaltelleverk. Følgende signaler skal være tilrettelagt for på rekkeklemmer: Alle primærgivere legges ut på rekkeklemmer som analoge signaler, 4-20 ma. Beregnet gjennomsnittlig flow (er da målt i l/sec, m3/t øyeblikks verdi) skal legges ut som 4-20 ma signal. Beregnet flow (accumulert verdi måles i m3) skal legges ut som 4-20mA signal. Min. 4 Potensialfri kontaktsignaler skal ligge på klemmer. Det er hensiktsmessig om disse kan konfigureres fra panel. Typiske signaler er forskjellige alarmer, Normal Drift, Sumalarm, Forvarsel om tilstander som kan utvikle seg til kritiske alarmer eller feil osv. Min 3 digitale innganger. Dette kan typisk brukes for eksterne feil som kan rapporteres via FC til overordnet system. Et eksempel kan være feil eller forvarsel på UPS som forsyner anlegget (Dårlig batteri, etc). Alle ovennevnte signaler skal også være tilgjengelig for overføring til overordnet system FC skal akkumulere mengder pr inneværende døgn (DD), siste døgn (SD), og i tillegg akkumulerende telleverk. Det er ønskelig med to totaltelleverk, ett som kan nullstilles av operatør, og ett telleverk som ikke kan nullstilles Videre skal FC systemet ha innebygget diagnoseverktøy som varsler om feil i display, og som varsler om status og feil via kommunikasjonsgrensesnittet. FC skal lagre data lokalt, (datalogger funksjon) slik at data alltid er tilgjengelige i panelet, og at data kan dumpes til PC som kobles til PC ved behov 5 MONTASJEFORHOLD Leverandøren skal foreta befaring av målepunkt Kruttverkveien før tilbud gis. Ved befaringen skal alle forhold vedrørende plassering og montasje av utstyr vurderes. Videre skal det foretas nødvendige oppmålinger for å bestemme nødvendige datasett for å konfigurere systemet for aktuelt målepunkt. Installasjon og montasje av utstyr vil være avhengig av stedlige forhold. Der det er fare for oppstuving og oppbygging av trykk ved målestedet, må kabler føres langs rørveggen frem til et eget punkt for gjennomføring til tørt sted for plassering av elektronikkskap. Montasje, uttesting og idriftsettelse av utstyret inngår i leveransen. Etablering av kommunikasjon mot overordnet system og idriftsettelse av dette inngår også i leveransen.

9 6 DRIFT OG VEDLIKEHOLD Utstyret skal monteres i ledning som normalt ikke kan dreneres. Utstyret må derfor være beregnet for slik montasje, og må ha behov for minimalt behov for vedlikehold. Det ønskes en 3-årig service- og vedlikeholdsavtale, hvor det inngår halvårlig inspeksjon av utstyr. FC skal ha hensiktsmessig programvare for diagnostikk og varsling ved alle typer feil, eller tilstander som krever inngripen fra driftspersonell. Prisskjema Beskrivelse Antall Pris per stk ekskl. mva Mengdemåler til delfylte rør 1 Pris totalt ekskl. mva Fastpris per halvårlig inspeksjon av utstyr (ekskl. reserve/slitedeler) Opplæring til VAV driftspersonell i drift av Flow Computer i tilknytning til sensorer og instrumentering. (Fast pris) Total 6 1 Prisen skal omfatte: leveranse DDP (Målepunktet i Kruttverkveien) Incoterms 2010) og montasje, uttesting og idriftsettelse av utstyret inngår i leveransen. Etablering av kommunikasjon mot overordnet system og idriftsettelse av dette inngår også i leveransen.