Zapobieganie stratom wody w systemach wodociągowych

Transkrypt

1 Zapobieganie stratom wody w systemach wodociągowych Rosnący popyt, zmniejszanie się źródeł wody oraz rosnące koszty jej uzdatniania przyczyniły się w ostatnich latach do wzrostu zainteresowania redukcją poziomu wycieków wody z sieci wodociągowych. Mamy nadzieję, iŝ poniŝsze opracowanie przybliŝy Państwu: Praktyczne metody pomiaru i szacowania wielkości strat a następnie wybór odpowiedniego rozwiązania w celu ich minimalizacji. Szeroką gamę produktów do pomiaru, wykrywania oraz redukcji strat wody. Wiele opracowań rozwaŝa teoretyczne zagadnienia związane ze stratami wody dowodząc potrzebę odpowiedniego zarządzania ciśnieniem w systemach dostawy wody, natomiast bardzo mało uwagi poświęca się praktycznemu wyborowi odpowiednich rozwiązań i urządzeń, które mają nam w tym pomóc. PoniŜej postaramy się pomóc Państwu w wyborze odpowiedniego rozwiązania dla określonych warunków hydraulicznych w sieci. PODSTAWY TEORETYCZNE Pierwszym podstawowym krokiem do stworzenia planu redukcji poziomu wycieków jest zrozumienie źródeł powstawania prawdziwych strat w sieci. Najbardziej powszechne źródła powstawania wycieków to: Uszkodzenia, pęknięcia sieci wodociągowej, Nieszczelności związane z wyciekami na połączeniach oraz przez drobne pory rur przesyłowych, Przelewanie się wody ze zbiorników magazynujących wodę, Nieszczelności na zbiornikach magazynujących wodę. Czynniki wpływające na wielkość wycieków oraz ich koszt: Stan techniczny infrastruktury jakość zastosowanych materiałów, warunki gruntowe, jakość wody oraz poziom obsługi technicznej. Podnoszenie stanu technicznego infrastruktury zazwyczaj wiąŝe się z bardzo duŝymi nakładami finansowymi. Czas Wykrycia Wycieku (CWW) średni czas pomiędzy zaistnieniem wycieku a jego wykryciem. Całkowita wielkość straty z pojedynczego wycieku jest to iloczyn czasu od powstania do likwidacji wycieku oraz średniej wielkości wypływu. W większości przypadków, dzięki monitoringowi systemu, duŝe uszkodzenia sieci charakteryzują się krótkim CWW, natomiast małe wycieki mogą być niezauwaŝone przez lata. Z tego powodu naleŝy zastanowić się nad znalezieniem rozwiązania pozwalającego na zminimalizowanie wielkości strat poprzez małe nieszczelności.

2 Rys. 1. Porównanie dwóch typów wycieków w systemie, który jest monitorowany i prawidłowo eksploatowany. Wartość straty przy nieszczelności sieci wodociągowej moŝe być znacznie większe niŝ przy jej uszkodzeniu. Rys. 2. Wpływ redukcji ciśnienia na wielkość straty wody. Średnie Ciśnienie Operacyjne Strefy (SCOS) ma znaczący wpływ na wielkość strat oraz na ilość uszkodzeń sieci wodociągowej, a więc powstawanie nowych źródeł wycieków. Stosunek pomiędzy redukcją ciśnienia i związaną z nim zmianą wielkości wypływu obliczamy ze wzoru: Q 1 =Q 0 x(p 1 /P 0 ) N1 Gdzie współczynnik N1 zawiera się w przedziale 0,5<N1<2,5 i dla duŝych systemów wynosi N1 = 1,15. Podstawiając do wzoru konkretne dane moŝemy przekonać się jak duŝy jest związek pomiędzy ciśnieniem w systemie a wielkością wypływu, a przez to wielkością strat.

3 Oprócz zmniejszenia wielkości strat przy wypływie, redukcja ciśnienia pozwala nam zmniejszyć częstotliwość występowania uszkodzeń sieci wodociągowej. Jest to opisane poniŝszym wzorem: B 1 =B 0 x(p 1 /P 0 ) N2 Na współczynnik N2 ma wpływ wiek oraz stan systemu. Średnia wartość tego współczynnika dla duŝych rurociągów przesyłowych wynosi 2,47 natomiast dla przyłączy 2,36. PoniŜsza tabela przedstawia ścisły związek pomiędzy Średnim Ciśnieniem Operacyjnym Strefy (SCOS) a częstotliwością występowania uszkodzeń sieci wodociągowej. Kraj Australia Nazwa Przedsiębiorstwa lub Systemu Wodociągowego Ilość analizowanych stref Maksymalne ciśnienie początkowe (metry) Średnia redukcja maksymalnego ciśnienia % Średnia redukcja nowych uszkodzeń % Sieci (S) lub Przyłącza (P) Brisbane % 28% S,P 60% S Gold Coast % 70% P Yarra Valley % 28% S Bahamy New Providence % 40% S,P Bosnia 59% S Gracanica % Hercegowina 72% P 58% S Caesb % 24% P Sabesp ROP % 38% S Sabesp MO % 80% S 29% P Brazylia 64% S Sabesp MS % 64% P SANASA % 50% S 50% P Sanepar % 30% S 70% P Kanada Halifax % 23% S 23% P 50% S Armenia % 50% P Kolumbia Palmira % 94% S,P Bogota % 31% P 45% S Cypr Lemesos 7 52,5 32% 40% P 40% S Bristol Water % 55% P Anglia 72% P United Utilities 10 47,6 32% 75% P Włochy Torino % 45% S,P Umbra % 71% S,P USA American Water % 50% S Suma lub Średnia % 51%

4 WYBÓR APLIKACJI Regulacja ciśnienia ze stałą nastawą ciśnienia wyjściowego. Regulator ciśnienia DR300 jest podstawowym zaworem regulującym wysokie, zmienne ciśnienie wejściowe do niŝszego, stabilnego, ustawionego ciśnienia wyjściowego, bez względu na zmiany przepływu. Rys. 3. Regulator ciśnienia DR300. Ciśnienie wyjściowe za regulatorem ciśnienia powinno uwzględniać ciśnienie w PK (punkt krytyczny najbardziej oddalony i najwyŝej połoŝony punkt w strefie) podwyŝszone o minimalne wymagane ciśnienie a takŝe o straty ciśnienia przy przepływie podczas maksymalnego zapotrzebowania. Rys. 4. Ustawienie ciśnienia wyjściowego na regulatorze ciśnienia, gdzie Dh jest stratą przy przepływie, Z jest róŝnicą wysokości PK i regulatora ciśnienia, Pmin. jest minimalnym wymaganym ciśnieniem u odbiorcy. NaleŜy zwrócić uwagę, iŝ podczas niskiego zapotrzebowania (przepływ nocny) ciśnienie Pmin. wzrośnie w związku z niŝszymi stratami ciśnienia.

5 Gdzie zastosować regulację ciśnienia wyjściowego? Regulacja ciśnienia za pomocą regulatora DR300 jest wykorzystywana przy Zarządzaniu Ciśnieniem w systemach, w których zmiana zapotrzebowania (dzień i noc) ma znikomy wpływ na ciśnienie w strefie. Gdzie zastosować inne rozwiązanie? W przypadku, gdy w związku z duŝymi stratami ciśnienia, zmiana zapotrzebowania ma znaczący wpływ na wymagane ciśnienie naleŝy rozwaŝyć zastosowanie regulatora ciśnienia z moŝliwością podwójnej nastawy lub pełną modulacją ciśnienia. Regulacja ciśnienia z podwójną nastawą ciśnienia wyjściowego. W przypadku, gdy oprócz regulacji ciśnienia są wymagane dodatkowe funkcje (np. kontrola przepływu, zabezpieczenie przed wzrostem ciśnienia, itp.) naleŝy skontaktować się z działem technicznym Honeywell. Rozwiązanie to polega na wyborze regulatora ciśnienia DR300 w specjalnym wykonaniu PRM z moŝliwością ustalenia dwóch nastaw ciśnienia wyjściowego, które zmieniają się automatycznie w reakcji na zmianę zapotrzebowania (np. dzień/noc). Rys. 5. Regulator ciśnienia DR300 PRM. WyŜsza wartość ciśnienia jest obliczana analogicznie jak w przypadku regulacji ciśnienia ze stałą nastawą ciśnienia wyjściowego. NiŜsza wartość nastawy powinna być ustalona biorąc pod uwagę niŝsze straty ciśnienia w związku ze zmniejszonym poborem. Rozwiązanie to pozwala na osiągnięcie lepszych rezultatów w walce z wyciekami.

6 Rys. 6. Typowa instalacja z zastosowaniem regulatora z podwójną nastawą ciśnienia. Gdzie zastosować regulację z podwójną nastawą ciśnienia wyjściowego? Tego typu rozwiązanie powinno być projektowane w strefach gdzie da się ustalić dwie charakterystyczne wielkości zapotrzebowania (dzień/noc), a duŝa zmiana przepływu wiąŝe się z duŝą róŝnicą strat ciśnienia przy przepływie i moŝliwością zastosowaniu dwóch nastaw ciśnienia. Gdzie zastosować inne rozwiązanie? W przypadku, gdy zmiana poboru ma znikomy wpływ na ciśnienia w strefie naleŝy zastosować regulator DR300 W przypadku, gdy zapotrzebowanie zmienia się stopniowa sugerujemy zastosowanie pełnej modulacji ciśnienia. W przypadku, gdy oprócz regulacji ciśnienia są wymagane dodatkowe funkcje (np. kontrola przepływu, zabezpieczenie przed wzrostem ciśnienia, itp.) naleŝy skontaktować się z działem technicznym Honeywell. Pełna modulacja ciśnienia wyjściowego. Pełna modulacja ciśnienia wyjściowego pozwala na zastosowanie wielu nastaw ciśnienia w zaleŝności od zmieniającego się przepływu. Wymagane ciśnienie (SCOS lub PK) pozostaje stabilne i na minimalnym poziomie niezaleŝnie od zmieniających się wartości start ciśnienia oraz zapotrzebowania. Nastawa jest modulowana na podstawie: - wielkości przepływu w miejscu zabudowania zaworu - czasu - aktualnej wartości ciśnienia (SCOS lub PK) przesyłanej przez system telemetrii lub GSM do regulatora. Rozwiązanie to pozwala na osiągnięcie najlepszych rezultatów w walce z wyciekami, przy zachowaniu najlepszego poziomu obsługi klientów, poniewaŝ ciśnienie w strefie zawsze jest odpowiednie i stabilne niezaleŝnie od wielkości poboru. W pełni modulowane zawory regulacyjne, najczęściej są sterowane poprzez specjalny sterownik, który rejestruje wartość ciśnienia i przepływu, a na tej podstawie zmienia nastawy w zaworze pilotowym, który steruje standardowym regulatorem ciśnienia.

7 Rys. 7. Regulator ciśnienia EC300 ze sterownikiem ConDor. Honeywell w swojej ofercie, oprócz zaworów regulacyjnych sterowanych elektronicznie, posiada unikatowe rozwiązanie w pełni modulowanego zaworu regulującego ciśnienie HyMod. HyMod jest sterowany hydraulicznie, czynnikiem znajdującym się w sieci. Zawór ten nie potrzebuje elektronicznych kontrolerów, baterii ani połączenia z systemem telemetrii czy GSM. Ciśnienie wyjściowe jest modulowane na podstawie zmieniającego się przepływu, i ustawionych wcześniej zaleŝności między przepływem a ciśnieniem. Rys. 8. Zawór regulacyjny HyMod. Gdzie zastosować pełną modulację ciśnienia wyjściowego? Tego typu rozwiązanie powinno być projektowane w strefach gdzie ciśnienie w strefie zmienia się w wyniku zmiany zapotrzebowania. Dzieje się tak często w strefach gdzie mamy wysoki indeks wycieków oraz duŝą ilość awarii. Gdzie zastosować inne rozwiązanie? W przypadku, gdy zmiana poboru ma znikomy wpływ na ciśnienia w strefie naleŝy zastosować regulator DR300 W strefach gdzie da się ustalić dwie charakterystyczne wielkości zapotrzebowania (dzień/noc), a duŝa zmiana przepływu wiąŝe się z duŝą róŝnicą strat ciśnienia przy przepływie i moŝliwością zastosowaniu dwóch nastaw ciśnienia naleŝy rozwaŝyć zastosowanie regulacji z podwójną nastawą.

8 W przypadku, gdy oprócz regulacji ciśnienia są wymagane dodatkowe funkcje (np. kontrola przepływu, zabezpieczenie przed wzrostem ciśnienia, itp.) naleŝy skontaktować się z działem technicznym Honeywell. PoniŜszy wykres przedstawia róŝnice w przepływie nocnym przy zastosowaniu róŝnego typu regulacji ciśnienia. Zastosowanie regulacji ciśnienia skutkuje niŝszymi stratami związanymi z wyciekami oraz poprawą jakości obsługi odbiorców w szczytowych godzinach poboru wody. Rys. 9. Porównanie róŝnych typów regulacji.