ПРИЛОЖЕНИЕ 18.9

Расчет надежности функционирования кольцевой водопроводной сети

В соответствии с /1, п. 8.46/ диаметры участков труб (рис. 18.9.1) в технико-экономическом расчете назначаются с учетом предельных расходов q, определенных решением уравнения, в котором сопоставляли единичные приведенные затраты для двух труб смежных по сортаменту диаметров.

C1 · P

3600 · q · T

 + 

σ · γнер · h1

3600 · 102 · ρ

 = 

C2 · P

3600 · q · T

 + 

σ · γнер · h2

3600 · 102 · ρ

где С₁ и С₂ - #стоимости 1 км уложенного в грунт трубопровода смежных диаметров; Р - сумма коэффициентов эффективности капиталовложения и учета затрат на амортизацию, текущий и капитальный ремонты; σ - стоимость 1кВт-ч электроэнергии; γ_нер - отношение среднего для расчетного периода расхода воды, подаваемого насосами по данному трубопроводу, к расчетному наибольшему; γ = 1000 кг/м³ - удельный вес воды; q - расход воды в м /с; h₁ и h₂ - потери напора в трубопроводах смежных диаметров длиной в 1 км, м; ρ - коэффициент полезного действия насосного оборудования; Т - время работы трубопроводов в течение года.

Диаметр перемычки принимается равным диаметру подводящей к ней воду магистрали.

Для проверки условия функционирования запроектированной водопроводной сети на аварийные отключения (гл.3), выполняется серия расчетов, в каждом из которых отключался один участок. Расчеты проводятся на персональном компьютере по программе гидравлического расчета с нефиксированными узловыми отборами, т.е. при

H_р < H_тр, узловой отбор a_нефикс = a_фикс√ 

Hp

Hтр

, где H_р и H_тр - соответственно расчетный и минимальный требуемые свободные напоры в узле, a_нефикс и а_фикс - нефиксированный и фиксированный узловые отборы.

В результате выполненной серии расчетов было установлено, что при выключении участка 17 в узлах 6, 19 и 20 (рис. 18.9.1) свободные напоры оказались ниже 10 м, что не допускается действующим СНиПом. После увеличения диаметра 17-го участка на один сортамент во всех узлах при отключении любого участка свободный расчетный напор был 10 м и более. Следует отметить, что в практике проектирования проверка на аварийное отключение участка обычно не выполняется, т.к. ограничено число программ, способных выполнять гидравлический расчет с нефиксированными узловыми отборами. Однако, как свидетельствует опыт таких расчетов, их результаты часто позволяют выявить условия, при которых нарушаются требования СНиПа к надежности водоснабжения.

Результаты серии гидравлических расчетов с нефиксированными узловыми отборами на надежность подачи воды потребителям при одном отключенном участке были выполнены при условиях работы насосной станции с 3-мя параллельно работающими насосами Д2000-100, которые при исправной водопроводной сети обеспечивают нормальное давление во всех узлах, а в диктующем - равенство расчетного и минимального требуемого напора (26 м).

В связи с тем, что при отключении участка из водонапорной башни в сеть поступало воды больше, чем рассчитывалось, и, следовательно, бак опорожнялся раньше, чем предусматривалось, гидравлический расчет с отключенным участком выполнялся при пустом баке водонапорной башни, т.е. когда из него вода в сеть не поступала.

165

166

Анализ таких расчетов показал, что в узлах 11 и 24 (рис. 18.9.1) потребитель за год более месяца не будет нормально получать воду, хотя водопроводная сеть была запроектирована в полном соответствии с действующим СНиПом и никаких нарушений при ее проектировании не допускалось. Если частота отказов будет более 1 (км·год)^-1, а время ремонта свыше 1 суток, что нередко наблюдается на практике /2/, то время, в течение которого потребитель не будет обеспечиваться нормально водой, будет значительно больше месяца. Очевидно, что надежность запроектированной водопроводной сети недостаточная, необходимо ее повышение.

В табл. 18.9.1 представлен результат использования оперативного резерва насосного оборудования для повышения надежности водоподачи рассматриваемой водопроводной сети.

Таблица 18.9.1

В период максимального водопотребления при полностью исправной водопроводной сети на насосной станции работают 3 насоса и обеспечивают нормальное водоснабжение во всех узлах. При отключении одного участка в некоторых узлах давления для нормального водоснабжения не хватает, а в узлах 11 и 24 такое положение наблюдается при отключении любого участка водопроводной сети. При включении насосов оперативного резерва на выходе из насосной станции давление возрастает. Это происходит вследствие того, что количество воды, перекачиваемой каждым насосом, уменьшается и рабочая точка на характеристике насоса перемещается в более высоконапорную ее часть.

Очевидно, что в зависимости от того, какой участок выключен для ремонта, может потребоваться включение либо одного, либо двух насосов оперативного резерва.

На практике этим приемом часто пользуются эксплуатационники, используя в качестве оперативного резерва насосы, устанавливаемые по требованиям СНиПа в качестве резервных на насосных станциях. В этом случае насосная станция работает без резерва оборудования, что сказывается на ее надежности функционирования.

Установка насосов оперативного резерва для обеспечения необходимой надежности несравненно дешевле, чем создание избыточности в пропускной способности труб путем увеличения их диаметра. Этим же приемом можно пользоваться для обеспечения давления не ниже 10м, как это требует СНиП, при отключении одного участка для ремонта.

Значения показателей в табл. 18.9.1 определены с использованием аппарата теории случайных процессов, что позволило выделить период, в течение которого в водопроводной сети одновременно отключены два и более участков (T_a). Априори принято,

167

что в этот период в водопроводной сети давление падает ниже 10 м и она находится в неработоспособном состоянии.

Литература

1. Строительные нормы и правила: СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения/Госстрой России. - Введ. 01.01.85.М.: ГУП ЦПП, 1998. - 128 с.
2. Митянин В.М. Исследование причин повреждений трубопроводов в городских системах водоснабжения. //Водоснабжение и санитарная техника, 1979.- №2. - с. 23-25.

168