Модернизация водопроводных сетей - с чего начинать?

Модернизация водопроводных сетей – с чего начинать?

, канд. химических наук.

Как мы уже отмечали в предыдущей статье [1], в настоящее же время многие водопроводные сети (ВПС) уже полностью выработали свой технический ресурс и поддерживаются только за счет регулярных ремонтов. Было показано также, насколько разорительной является эксплуатация старых изношенных сетей. С каждым годом степень износа инженерных систем увеличивается, а вместе этим увеличиваются и затраты на их эксплуатацию и текущий ремонт.

В связи с этим актуальной становится задача радикальной модернизации ВПС, используя трубы из самых современных материалов, а также привлекая самые эффективные методологии модернизации и проектирования сетей. В настоящей статье предлагается ряд первичных этапов, которые автор разработал на основании анализа состояния дел в ряде Водоканалов городов Сибири и России (данные из открытых источников), а также на основании литературного анализа и собственных модельных расчетов с помощью ПК SibStream [2].

В результате серии гидравлических расчетов [2] и анализа литературных данных [3] было установлено, что:

износ сетей на каждые 5% (в среднем через каждые 4 года) приводит к увеличению затрат на их эксплуатацию более чем на 50% относительно проектных значений! Спустя уже 3-5 лет после начала эксплуатации толщина отложений на стенках металлических труб составляет величину 10-15 % от диаметра, что сокращает пропускную способность магистралей в 1.5-2 раза. Через 10-15 лет гидравлическое сопротивление магистралей увеличивается в 3-5 раз. Это обстоятельство вынуждает повышать давление в главных магистралях больших диаметров и, соответственно, кратно увеличивать расходы электроэнергии на насосных станциях. трубы диаметром D≤300 мм. имеют общую протяженность примерно в 2-3 раза меньше суммарной протяженности всех водопроводных магистралей города. Однако предельный износ и зарастание именно этих труб является причиной массовых утечек и повышенного гидравлического сопротивления сетей в целом. Именно среди этой группы труб имеется много слабопроточных и тупиковых магистралей, подверженных сильному зарастанию. При этом, чем уже труба, тем сильнее относительное сужение внутреннего сечения при равной – по сравнению с широкими трубами – толщине отложения на стенках труб.

Исходя из всего вышесказанного, нами предлагается следующее (цифры относительно города на 500 тыс. жителей и в/п сети протяженностью 600-800 км.):

Провести паспортизацию сетей водоснабжения на основе современных гео-информационных технологий. Используя информационные и вычислительные методологии и компьютерные программы разработать высокоточную компьютерную гидравлическую модель водопроводных сетей (см. ниже), что позволит выявить районы сети, изношенные в наибольшей степени и, далее, составить план их оптимальной и наименее затратной модернизации. Заменять в год по 40-50 км. водоводов диаметром D≤300 мм, что позволит уже за 5 лет добиться радикального улучшения водохозяйственной обстановки в самых изношенных сетях. Заменяемые трубы должны быть пластмассовыми, с низким гидравлическим сопротивлением и гарантированным сроком эксплуатации не менее 50 лет. В результате этого объемы теряемой воды и расход э/энергии ежегодно можно сокращать на 20-30%. К тому же стоимость капитального ремонта 1 км. водоводов малых диаметров многократно ниже стоимости ремонта водоводов больших диаметров. По нашим оценкам, последовательная замена в течение 2-3 лет труб указанного диаметра позволит городу ежегодно экономить до 50 млн. руб. на эксплуатации водопроводных сетей. Последующая модернизация сетей будет проводиться, в сущности, на эти сэкономленные средства. Последовательная реализация этого плана позволит неуклонно снижать давление в магистралях больших диаметров (D>300 мм), что увеличит их эксплуатационные ресурсы, уменьшит объем утечек из них и даст время на завершение программы замены труб малых и средних диаметров. Одновременно с работами по замене труб малых и средних диаметров провести массовое обследование технического состояния труб с диаметрами D>300 мм. По результатам этих исследований составить план последовательной замены труб больших диаметров.

Районы водопроводной сети, где преобладают предельно изношенные трубы, желательно планировать заново. Это позволит построить действительно оптимальную схему сети района, составить ее точный план и гидравлическую модель и сократить общую протяженность трубопроводов района. Такой способ модернизации каждого района способен, в итоге, значительно сократить протяженность городских магистралей и, следовательно, удешевить процедуру их модернизации и дальнейшей эффективной эксплуатации.

Под гидравлической моделью здесь понимается следующий набор информационных данных, а также аппаратных и программных средств.

Точные координаты всех узлов (колодцев и водопотребителей) ВПС, индивидуальные или групповые графики потребления, а также нормативные свободные напоры в узлах. Расположение всех магистралей в других элементов сети с указанием их диаметров, даты укладки, эквивалентных шероховатостей труб, типа материалов труб и других технических характеристик. Подробное описание насосных станций с указанием всех насосов, их напорно-расходных характеристик (НРХ), порядка подключения насосов (последовательное, параллельное, комбинированное), а также индивидуальных графиков работы всех насосов. Совокупность всех измерительных приборов, постоянно или временно функционирующих в сети (манометры, расходомеры и т. п.). Структурированная совокупность всех данных о замерах, полученных в ходе эксплуатации и ремонта сетей. Например, суточные и многодневные графики водопотребления в узлах, графики колебания давлений и уровней воды в баках, графики энергопотребления и КПД всех насосов и т. п. К особой группе относятся данные о степени зарастания и корродирования труб разных районов, диаметров, материалов и сроков эксплуатации. Они получаются в ходе планового или аварийного ремонта на участках. Программные средства, способные выполнять гидравлические расчеты ВПС любого размера и сложности. В связи с общей изношенностью сетей России и стран СНГ, необходимое давление в сети поддерживается не всегда и не во всех участках. Поэтому расчетная схема, заложенная в программе, должна явно учитывать зависимость уровня потребления в каждом узле от свободного напора, а не только от времени (графики неравномерности водопотребления). Кроме того, программа должна располагать эффективными средствами оптимизации как всей ВПС в целом, так и отдельно по районам.

Создание точной гидравлической модели для сильно изношенных водопроводных сетей является очень сложной проблемой, которая требует проведения многочисленных исследований и измерений в сетях, а также использования высокоэффективного программного обеспечения. Такая задача может быть решена лишь усилиями коллектива специалистов по гидравлическим расчетам и мониторингу водопроводных сетей совместно со специалистами Водоканала. Разработанная таким способом адекватная гидравлическая модель водопроводных сетей может уже непосредственно использоваться в процессе их модернизации. Только с помощью такой модели можно вначале оптимизировать и удешевить процесс модернизации сетей, а затем осуществлять эффективный мониторинг с целью постоянного поддержания их работоспособности на достаточно высоком уровне. Очевидно, что гидравлическая модель должна постоянно обновляться и пополняться в соответствии с проведенными изменениями в сетях. Экономический эффект от разработки и успешного применения гидравлической модели многократно превысит все затраты на ее создание и поддержку.

Литература

Износ водопроводных сетей и динамика роста затрат электроэнергии на их эксплуатацию.  http://www. townwater. ru/ Программный комплекс SibStream:  http://www. ofs-sibstream. ru/ , Комплексные гидравлические расчеты системы подачи воды Санкт-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника, 2006, № 9, с. 22-24.