ООО "КОМПЕНС"
Напишите нам: zakaz@kompens.ru
Звоните: +7(499) 938-56-00

Надежность функционирования систем подачи и распределения воды (СПРВ)

В редакции СНиПа 2.04.02.84* представлены в основном мгновенные показатели надежности, в качестве которых приняты величины напора и расхода (общего и в участках) в сети. Нормальное нормированное значение напора зависит от этажности застройки, а расхода от количества водопотребителей, нормы и режима водопотребления ряда местных особенностей. Минимальное допустимое нормированное значение напора устанавливается абсолютной величиной (10 м), а расхода относительной (размер снижения не более 30 - 50% от нормального).

Для оценки стабильности функционирования системы необходимо использовать интегральные показатели надежности:

  • среднее в течение года время нормального уровня качества функционирования системы (Тн). В этот момент в водопроводную сеть подается расчетный расход, а во всех узлах обеспечивается напор не ниже требуемой величины;
  • среднее в течение года время сниженного до определенного уровня качества функционирования (Тс). В этот период происходит снижение уровня качества функционирования по сравнению с нормальным в допустимых нормативными документами пределах;
  • среднее в течение года время, когда уровень качества функционирования будет ниже допустимого по нормативным документам (Та).

Этот показатель является производным и определяется как

Та=1 - (ТН + Тс).

Нормальная работа кольцевой водопроводной сети гарантируется только при пол­ностью исправной водопроводной сети, т.е. Тн> Т0, где Т0 - среднее в течение года вре­мя нахождения объекта в исправном состоянии. Нижняя граница надежности Тн - Т0имеет место, когда отключение любого участка водопроводной сети приводит к сниже­нию давления более величины минимального требуемого в одном и том же месте (так называемой диктующей точке). Если же некоторая часть отключений не понижает давления в диктующей точке, то Тн> Т0.

Для технико-экономического сравнения вариантов системы подачи и распределе­ния воды (СПРВ) целесообразно ввести показатель, связанный с выходным эффектом. В качестве такого показателя за некоторый интервал времени могут быть приняты раз­ные показатели работы СПВР, например, количество поданной потребителю воды. При соблюдении нормативных требований лучший вариант будет иметь минимальную сто­имость единицы выходного эффекта.

В качестве такого выходного эффекта предложено количество недоданной потреби­телю воды. В этом случае расчетные затраты на предотвращение недоотпуска 1 м3 воды помогут определить стоимость повышения надежности. Выходной эффект определен как полезный результат, полученный при эксплуатации системы за данный интервал времени. В нашем случае уменьшение недоданной потребителю воды в течение года выступает как полезный результат, характеризующий ее надежность.

Частота отключения участка из-за аварии в течение года равна λ * L,следователь­но, недоданное количество воды из-за отключения участка длиной Lв течение года λ • L• q• t,г де q- недоданное количество воды при отключении участка; t - время функ­ционирования системы при данном режиме водопотребления.

Если имеется несколько режимов водопотребления, при которых не хватает требу­емого давления в узлах и недодается необходимое количество воды, то для каждого ре жима определяется величина λ • L• qи затем они суммируются за год. При сравнении вариантов допустимо сопоставление выходного эффекта при одном режиме.

В процессе функционирования водопроводная система может находиться в исправном состоянии, в состоянии с одним отключенным участком, с двумя одновременно отключенными участками и т.д., т.е. в общем случае с k одновременно отключенными участками.

Граф состояний системы

При имеющихся в большинстве случаев на практике значениях λ (0,5-0,93 1/км*год) и μ = 1/tp (tp=1-3 суток - время восстановления), а также нормах ЖКХ РФ, по которым на обслуживание 50 км трубопроводов предусматривается одна бригада рабочих в 5-6 человек, отдельные системы имеют следующие значения.

Характеристики состояния системы

п/п

λ

1/км год

μ

p

Т0

Т1

т2

Т3

T0+T1

1

0,93

365

0,00254

0,8734

0,1109

0,0138

0,0017

0,9843

2

0,93

182,5

0,005

0,7516

0,1879

0,0460

0,0110

0,9395

3

0,93

122

0,0076

0,6245

0,2373

0,0884

0,0322

0,8618

4

0,5

365

0,00137

0,9316

0,0681

0,0043

0,0003

0,9997

5

0,5

182,5

0,0027

0,8654

0,1168

0,0155

0,0020

0,9822

6

0,5

122

0,0041

0,7960

0,1632

0,0328

0,0064

0,9592

Из таблицы видно, что среднее время или вероятность нахождения системы в подмножестве состояний Е1 существенно больше, чем в подмножестве Е2 и т.д. С другой стороны, количество состояний в отдельных подмножествах значительно отличается, так как с увеличением числа одновременно отключенных участков резко повышается число таких состояний, учитывая всевозможные сочетания разных участков. Если рассматривать район, содержащий, например, 50 участков, то всего состояний с одним отключенным участком будет  50, с двумя  1225, с тремя 19 600 и т.д.

Для условий, при которых вычислена таблица, среднее время нахождения системы н состоянии с одним выключенным участком (полагая длину одного участка 1,0 км) со­ставит для первой строки таблицы 0,1109/50 = 0,0022 года, или около 20 часов, с двумя од­новременно выключенными участками 0,0138/1225 = 0,00001 года, или около 6 минут, с тремя одновременно выключенными участками 0,0017/19600 = 8,7-10-8 года и т.д.

Процесс СПРВ может быть представлен как ряд состояний, через которые система последовательно проходит под влиянием изменений условий работы. Эти переходы мо­гут быть плавными (например, в результате изменения водопотребления) или скачкооб­разные в результате отключения участка для ремонта из-за аварии или вклю­чения участка в работу после восстановления.

График процесса функционирования водопроводной сети с переменным числом одновременно отключенных участков

Время между отдельными скачкообразными переходами определяется периодом безаварийной работы или временем восстановления, в течение которого ранее отклю­ченный участок отремонтирован и он включается в работу. Очевидно, время восстанов­ления не может быть меньше некоторой величины, за которую можно в действительно­сти выполнить ремонт. Для первой строки таблицы время ремонта было принято одни сутки, или 24 часа. Время нахождения системы с одним отключенным участком ориен­тировочно составит 46,5 суток, или 12,7% годового периода. Эта величина несколько больше вычисленной, так как при ее определении не принималась во внимание ситуа­ция, при которой ранее отключенный участок еще не был отремонтирован, а в этот мо­мент отказал другой участок, время, в течение которого одновременно от­ключены два участка, входит в период Т2.

Приведет ли отключение конкретного i-го участка (i = 1,..., n) или одновременное отключение нескольких участков к снижению нормального уровня качества функциони­рования в водопроводной сети и каким обратом оно произойдет (в одном и том же ме­сте или в разных местах), может быть установлено только моделированием условий ее работы в этих ситуациях или же, другими словами, определением потокораспределения при отключенных участках с вычислением свободных напоров во всех узлах. Использование современной вычислительной техники позволяет решить данную задачу.

При этом можно определить, относится ли время моделируемого состояния к периоду Тн  , Тс или Та.

Для решения таких задач можно воспользоваться программой гидравлического технико-экономического расчета СПВР, по результатам работы которой можно определить Тн Тс или Та для системы.

При определении времени Тн, Тс или Та заведомо было принято, что СПВР, содержащая до 50 участков, каждый длиной приблизительно 1 км, при одновременном отключении двух и более участков находится в периоде Та.

В действительности такая ситуация не обязательна: может быть ряд состояний, при которых одновременное отключение двух и более участков не приведет к состоянию отказа, а время нахождения в этих состояниях должно быть отнесено к периоду Тс или же Тн. Логично предположить, что таких состояний будет относительно мало, поэтог пренебрежем ими при определении величин Тн, Тс и Та.

Соотношение Тн0 означает, что в подмножестве Е1 имеются такие состоянии которых в диктующей точке сохраняется давление не ниже минимального требуемого.

В каких состояниях из подмножества Е1 давление в узлах сети будет достаточна (т.е. время нахождения в таких состояниях относится к периоду Тн), в каких станет и же минимального требуемого, но не менее 10 м (время нахождения в таких состоя и и относится к периоду Тс), а в каких давление в некоторых узлах станет меньше 10 м (время нахождения в таких состояниях относится к периоду Та), может быть определенно в  результате гидравлического расчета по имеющейся программе.

На практике для анализа периода Т1 с помощью ЭВМ проводят серию гидравилических расчетов кольцевой водопроводной системы с нефиксированными узловыми oпорами. В каждом расчете при максимальном водопотреблении отключается один из участков. В результате расчета выделяются узлы, в которых недостает напора, номера отключенного участка и т.д. 

В процессе ремонта, при отключенном участке, в результате уменьшения водопотребления будет происходить повышение (или восстановление) свободного напора в узлах с недостатками напора.

Восстановление напора при понижении водопотребления происходит вследствие одновременного протекания двух процессов: 

  • перемещения рабочей точки на кривой Q - Н насосов из-за уменьшении подачи воды;
  • уменьшения потерь напора в участках водопроводной сети.

Восстановление напора при понижении водопотребления до требуемой величины может происходить частично или полностью.

Если восстановление происходит частично, то в течение всего времени проведен ремонта часть потребителей не будет получать воду, т.е. время нахождения системы в течение года с некоторым недостатком напора составит ∑ , где tp- время восстановления или ремонта.

Таблица форма оформления расчетов

Но­

мер

yum

Суммарная длина выключенных участ­ков с недостатком напора в узле, м

Величина недостатка напора в узле, м

Номер выключенного участка и его длина, м

1

2

3

 .......

 

n- 1

n

 

∑L

L1

L2

L3

.......

 

Ln - 1

Ln

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 .

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

Число узлов с недостатком напора при выключенном участке

N1

N2

 N3

 

 

 

Nn

Величина поданного расхода, м3

Q1

Q2

Q3

 

 

 

Qn

Величина недоданного количества воды

% недоданной воды от расчетного количества

м3

Q1 (А)

Q2 (А)

Q3 (А)

 

 

 

Qn

%

P1

Р2

P3

 

 

 

Pn

Если во время ремонта при снижении водопотребления произойдет полное восста­новление свободного напора до минимального требуемого, то потребитель при этом пол­ностью сможет получать необходимое количество воды. Следовательно, время нахожде­ния системы с недостатком напора в этом случае будет меньше времени ремонта tp.

Установить, какое время во время ремонта потребитель полностью будет получать воду, можно на основе анализа графика водопотребления. Определить, происходит пол­ное или частичное восстановление напора при понижении водопотребления, можно с помощью гидравлического расчета водопроводной системы с нефиксированными узло­выми расходами при соответствующем водопотреблении. При этом достаточно провес­ти несколько расчетов при, например, минимальном и среднем водопотреблении с от­ключением участка, вызывающего наибольшую нехватку напора в узлах.

«Правилами предоставления коммунальных услуг», разработанными на основе за­кона «О защите прав потребителей», определено, что перерывы в водоснабжении допу­стимы продолжительностью до 8 часов в течение месяца, т.е. за год это составит 4 сут, или 0,989 годового периода. Эти требования к исполнителям коммунальных услуг рас­пространяются на всей территории России независимо от ведомственной принадлежно­сти, форм собственности и организационно-правовой формы.

Однако в вопросе о надежности водоснабжения могут существовать и другие оцен­ки. Так, надежность характеризуется количеством перерывов в нормальном уровне качества функционирования CПPB и длительностью каждого, например, не более 10 часов. Количество перерывов нормального водоснабжения равно λL не зависит от суточ­ной неравномерности, так как величина к определяется по данным эксплуатации за много лет. При этом отпадает необходимость дифференцировать время максимального и минимального водопотребления, так как обычно самые высокие требования к инженерным сооружениям предъявляются в период их максимальной нагрузки, в нашем слу­чае это будет период максимального водопотребления.

Вычисленные значения Тн Тс, Та позволяют оценить надежность водоснабжения проектируемой системы. Обычно высоконадежные системы выполняют свои функции в полном объеме (98-99%) времени работы. Следовательно, если Тн< 0,98-0,99, то необходимо предусмотреть мероприятия по повышению надежности водоснабжении проектируемой СПРВ.

Они заключаются в создании в системе разных видов резервирования, с помощью которых можно компенсировать ухудшение условий работы водопровода при возникно­вении в нем неисправности.

Наиболее эффективным и действенным путем увеличения надежности работы кольцевых СПРВ в этом случае является создание условий, при которых обеспечивавается нормальный уровень снабжения потребителя водой при отключении одного участка (L= 1,0 км) на 50 км функционирующих трубопроводов. При условиях Тн > T0 + T, нижняя граница надежности составит 0,86.

Она оказывается менее 0,98 годового периода при времени восстановления двое и трое суток.

При этом имеются следующие резервы повышения надежности:

  • за счет сокращения времени ремонта. Среднее время восстановительных работ и течение трех суток - признак их низкой организации, которая требует улучшения и сокращения сроков ремонта;
  • существенным оказывается время, в течение которого одновременно отключены два участка сети, что позволяет организовать в один и тот же момент ремонтные рабо­ты в разных местах двумя бригадами. Как показывают расчеты, при λ = 0,93 и tp= 2 су­ток восстановительные работы, выполняемые двумя бригадами, позволяют получить Т0 + Т1 = 0,973, т.е. приблизиться к 0,98.

В процессе расчета надежности кольцевой водопроводной сети не исключено, что некоторые состояния из подмножества Е1 для нормального обеспечения потребителя водой потребуют создания дорогостоящих сооружений и устройств. В таком случае це­лесообразно рассмотреть возможность отнесения времени пребывания системы в этом состоянии к периоду Тс или Та.

Известно, что резервирование создается избыточностью того или иного рода. Цель резервирования - обеспечить отказоустойчивость водопроводной системы, т.е. сохра­нить се работоспособность, когда возникает отказ (одного участка длиной в 1 км на 50 км трубопроводной сети).

В связи с тем, что в период выключения некоторых участков гидравлическое сопро­тивление сети возрастает, необходимо предусмотреть возможность подачи воды под не­сколько большим напором, чем при режиме нормального функционирования (обеспе­чить гак называемый форсированный режим работы) для поддержания в ней требуемых свободных напоров.

Вернуться к списку

ПОСЛЕДНИЕ СТАТЬИ

Искрогаситель ИГС-55
Искрогаситель ИГС-115
Искрогаситель ИГС-45 
Искрогаситель ИГС-120
Искрогаситель ИГС-65
Искрогаситель ИГС-130
Искрогаситель ИГС-80
Искрогасители на дымоход
Сильфонный компенсатор ГОСТ
Уровнемеры для резервуаров
Уровнемеры для емкостей
Подбор сильфонных компенсаторов
Установка сильфонных компенсаторов
Предварительная растяжка сильфонных компенсаторов
Производство сильфонных компенсаторов