wzrost gwarancji dostawy wody jako efekt

WZROST GWARANCJI DOSTAWY WODY JAKO EFEKT RACJONALNEJ
MODERNIZACJI I EKSPLOATACJI PODSYSTEMU DYSTRYBUCJI
INCREASE OF WATER DELIVERY GUARANTEE AS EFFICIENCY OF
WATER DISTRIBUTION MODERNIZATION AND EXPLOITATION
Izabela Zimoch
Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, Ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice
e-mail [email protected]
ABSTRACT
The reliability assessment of distribution subsystem failure as well as consequences end damages are a
complicated and difficult questions. It requires considering a wide range of random events of its
exploitation. First of all it results from multifunctional of such system. The problem of pressure head
influence on water-pipe network failure frequency as well as repair costs and quality parameters changes
of delivered water to consumers wasn’t a object of research in situ and didn’t take into consideration of
numerous theoretical scientific work too. Therefore this paper presents the method of comprehensive
reliability estimation of water distribution subsystem. The following factors were taken into consideration
in reliability research: parameter of failure intensity, mean time to failure as well mean recovery time.
Moreover, results obtained by this method applied to estimate water distribution subsystem (WDS) in
Silesian are presented. Those analysis was based on wide archival data of failures arise in this system a
(1998 – 2007) taken from exploitation cards of water-pipe network. Results of this analysis show, that
pressure head regulation in water-pipe network influence on increase of reliability level of its operation.
Keywords: water supply system, water distribution subsystem, reliability, failure, failure intensity
1. Wprowadzenie
Przedsiębiorstwa wodociągowe w obecnych
uwarunkowaniach ich działalności z jednej
strony podejmują trud zaspokojenia rosnących
wymagań klientów, a co za tym idzie dążą do
ciągłego podnoszenia
poziomu jakości
świadczonych usług, a z drugiej zaś strony
poszukują rozwiązań obniżających koszty
eksploatacji systemów zaopatrzenia w wodę
(SZW). Powyższe elementy, a w szczególności
aspekt ekonomiczny kształtują strategie
rozwojowe firm. Zatem racjonalne zarządzanie
SZW opiera się na ciągłych analizach jego
pracy, w których aplikacje teorii niezawodności
stały
się
efektywnym
narzędziem,
pozwalającym w sposób wymierny wyznaczyć
poziom ryzyka działalności przedsiębiorstwa.
Celem
badań
niezawodności
sieci
wodociągowej jak i wielu innych elementów
systemu zaopatrzenia w wodę jest miedzy
innymi wykrycie „słabych ogniw”, identyfikacja
czynników powodujących uszkodzenia, a w
konsekwencji podjęcie zasadnych działań
mających na celu ich eliminację. Analiza
warunków
eksploatacji
w
aspekcie
niezawodności sieci wodociągowej obejmuje
oprócz tego określenie kryteriów uszkodzeń
systemu i
stanów
granicznych
pracy
wydzielonych
stref
zasilania.
Rezultaty
powyższych badań pozwalają w sposób
racjonalny zarządzać infrastrukturą techniczną
systemu wodociągowego, a także mogą być
niezbędnym narzędziem decyzyjnym zarówno
przy planowaniu inwestycji modernizacyjnych,
jak i strategii rozwoju współczesnych
przedsiębiorstw wodociągowych.
Dokonany przegląd literatury (Hotloś, 2003;
Kirchsteiger, 1994; Kwietniewski, 1999;
Pollard, 2008; Ulanicka et al., 2000; Wieczysty
i inni., 2001) wykazał, że zagadnienie wpływu
zmiennych warunków eksploatacji podsystemu
dystrybucji wody (PsDyW) w tym wysokości
ciśnienia na uszkadzalność sieci wodociągowej
był dotychczas przedmiotem nielicznych badań.
Czynnik ten uwzględniany jest przede
wszystkim przy ocenie wielkości przecieków,
które stanowią największy udział w stratach
wody w systemach wodociągowych. Wielkość
przecieków wody zależy w istotny sposób od
liczby awarii PsDyW, czasu ich trwania oraz
natężenia wypływu wody przez uszkodzone
elementy, jak i od wysokości ciśnienia
panującego w sieci. Wpływ więc warunków
eksploatacyjnych na poziom niezawodności
układu dystrybucji wody jest niepodważalnym
294
faktem, a występujące w związku z tym awarie
mogą prowadzić do przerwania dostawy wody
do konsumentów i innych użytkowników
systemu. Jakościowa oraz liczbowa ocena
negatywnych
zdarzeń
pozwala
na
sprecyzowanie wniosków i podjęcie działań
technicznych, mających na celu ich eliminację i
polepszenie
warunków
eksploatacyjnych
funkcjonowania systemu wodociągowego.
Wyniki
z
badań
niezawodnościowych
pozwalają w sposób racjonalny zarządzać
infrastrukturą
techniczną
systemu
wodociągowego, jak również są obiektywną
miarą efektywności podejmowanych działań
modernizacyjnych
w
przedsiębiorstwach
wodociągowych.
Dlatego
powinny
być
traktowane jako przydatne narzędzie decyzyjne
w
procesie
planowania
inwestycji
modernizacyjnych, jak i strategii rozwoju
współczesnych
przedsiębiorstw
wodociągowych. Badania powyższe dają
możliwość wytypowania tych obszarów
podsystemu dystrybucji wody, w których
istnieje potencjalne zagrożenie wtórnego
skażenia wody, na skutek zmian parametrów
hydraulicznych pracy sieci, wynikających
między innymi z braku stabilności rozbioru
wody w systemie czy też zwiększonej jej
awaryjności.
2. Niezawodnościowy model eksploatacji sieci
wodociągowej i jego parametry
Większość obiektów i urządzeń budujących sieć
wodociągową zliczana jest do tak zwanych
elementów odnawialnych, czyli takich, które
podlegają procesowi pracy i odnowy. Parametry
pracy sieci wodociągowej mają charakter
losowy, a ich analiza pozwala na wyznaczenie
stanów eksploatacyjnych, które uporządkowane
w czasie obrazują proces eksploatacji. Ustalenie
więc warunków eksploatacyjnych, określonych
jako stany niezawodnościowe stanowi podstawę
doboru
i
oszacowania
odpowiednich
wskaźników niezawodności tych obiektów.
Wyróżnia się dwa podstawowe stany
niezawodnościowe odnoszące się do stanu
pracy, czyli zdatności całkowitej oraz stanu
niezdatności częściowej lub całkowitej.
Z
punktu
widzenia
przedsiębiorstw
wodociągowych jak i odbiorców wody istotna
jest
pełna
sprawność
przewodów
wodociągowych, czyli stan, gdy przewody nie
wymagają napraw doraźnych, a jedynie robót
planowych oraz dostarczają użytkownikom
SZW wodę w odpowiedniej ilości i jakości, pod
wymaganym ciśnieniem. Dlatego w analizach
pracy PsDyW przyjęto model dwustanowy
eksploatacji,
dla
którego
wyróżniono
następujące zdarzenia losowe:
−
przewód może przejść ze stanu pracy
do jednego ze stanów niesprawności,
− stan niezdatności jest usuwany, czyli
wszystkie uszkodzone elementy są
naprawiane,
− w
wyniku
naprawy
przewód
przechodzi
z
dowolnego
stanu
niezdatności
(częściowej
lub
całkowitej) w stan pracy, czyli
zdatności pełnej.
Do opisu powyższego modelu eksploatacji sieci
wodociągowej określa się wybrane parametry
niezawodności:
− prawdopodobieństwo
pracy
bezuszkodzeniowej
R(t)
oraz
prawdopodobieństwo odnowy Ro(t),
− średni czas pracy bezuszkodzeniowej
Tp oraz średni czas odnowy To,
− parametr strumienia uszkodzeń ω oraz
intensywność odnowy µ.
Znajomość rozkładów prawdopodobieństwa
zmiennej
losowej
czas
pracy
bezuszkodzeniowej Tp’ pozwala na obliczenie
tych parametrów. Strumień uszkodzeń obiektów
wodociągowych
jest
strumieniem
bez
następstw, pojedynczym i stacjonarnym, a
proces odnowy jest procesem Poissona, dla
którego czas pracy ma rozkład wykładniczy
(Pollard, 2008; Wieczysty i inni., 2001;
Kwietniewski, 1999). Powyższy fakt pozwala
na estymację tych wielkości według reguł
przedstawionych w tabeli 1.
W analizie niezawodnościowej odniesionej do
sieci wodociągowej, ze względu na liniowość
budujących ja obiektów należy
odnieść
powyższe parametry do długości przewodów.
Parametr dobrze opisujący
zdolność do
bezuszkodzeniowej pracy obiektów liniowych
jest
jednostkowy
parametr
strumienia
uszkodzeń obliczany z zależności (Pollard,
2008; Wieczysty et al., 2001; Kwietniewski,
1999):
ω * (t ) =
n(t , t + ∆t )
L ⋅ ∆t
(1)
gdzie: n(t, t +∆t) - liczba uszkodzeń w
przedziale czasu ∆t, ∆t - długość przedziału
czasu, na jaki podzielono okres obserwacji oraz
L - długość badanych przewodów sieci
wodociągowej.
Praktyczne wykorzystanie powyższych wzorów
w ocenie niezawodności PsDyW opiera się na
niezbędnych
informacjach
o
procesie
eksploatacji wodociągu zgromadzonych w
protokołach awarii, kartach awarii, książkach
eksploatacji lub w dzienniki zgłoszeń pogotowia
interwencyjnego.
295
Tabela 1. Parametry modelu niezawodnościowego obiektów odnawialnych
Parametr
Jednostka
Formuła
k
Średni czas pracy między
[d]
1


T p* =
 ∑ t pi + z ⋅ t 
uszkodzeniami
k + z  i =1

Średni czas niesprawności
[h]
Parametr strumienia uszkodzeń
[1/d]
Średnia intensywność naprawy
[1/h]
Wskaźnik gotowości
Prawdopodobieństwo pracy
bezuszkodzeniowej
Prawdopodobieństwo odnowy
-
1
no
1
ω=
Tp
To* =
µ=
n0
∑t
(2)
oi
i =1
(3)
1
To
K *g =
(1)
(4)
T*p
T p + T *o
(5)
*
(
)
R(t ) = P T p' ≥ t = exp(− ω ⋅ t )
(6)
(7)
Ro (t ) = 1 − exp (− ω ⋅ t )
gdzie: k - liczba okresów pracy obiektów uszkadzających się, tpi - wartość i-tego okresu pracy, t - długość
okresu obserwacji, z - liczba okresów pracy obiektów nieuszkadzających się, no - liczba niesprawności w
badanym okresie eksploatacji, toi - czas trwania i-tej odnowy, pozostałe oznaczenia zdefiniowano
powyżej.
3. Charakterystyka obiektu badań – PsDyW
aglomeracji ślaskiej
Współczesna sieć wodociągowa aglomeracji
śląskiej stanowi złożony system techniczny.
Specyfiką omawianego podsystemu jest nie
tylko rozległy obszar objęty zasięgiem jego
funkcjonowania (66 gmin województwa
śląskiego, około 3 miliony indywidualnych
odbiorców) ale zasady jego zarządzania.
Eksploatacja tak rozległej lokalnej sieci
wodociągowej znajduje się w gestii zarządzania
42 podmiotów gospodarczych, obejmujących
lokalne RPWiK i przedsiębiorstwa komunalne,
natomiast sieć tranzytowa, magistralna i
rozdzielcza eksploatowana jest w większości
przez
Górnośląskie
Przedsiębiorstwo
Wodociągów S.A. (GPW S.A.)
-
Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów
S.A. eksploatuje ponad 1000 km sieci
magistralnej, głównie w zakresie dużych średnic
(tabela 2). Przewodów o średnicy poniżej ∅500
jest zaledwie 11,9% całkowitej długości sieci
wodociągowej. Zasadniczy trzon w budowie
podsystemu dystrybucji wody stanowi system
tranzytowo-magistralny o średnicy ∅800 i
powyżej, który tworzy blisko 65% łącznej
długości omawianej sieci. Budowany przez
ponad 120 lat system pierścieniowy dystrybucji
pozwala między innymi na elastyczną
współpracę z podsystem produkcji wody,
opierającym swoje działanie na pracy 11 stacji
uzdatniania wody. Taka budowa SZW zapewnia
wysoką gwarancję ciągłości dostawy wody do
odbiorców przy jednoczesnej minimalizacji
skutków awarii i losowych postojów.
Tabela 2. Struktura wielkości średnic przewodów sieci wodociągowej GPW S.A.
Średnica [mm]
<500
500- 700
800-1000
1100>1500
Razem
1500
Długość [km]
121.618
238.126
297.502
243.436
121.618 1022.3
Udział procentowy 11.9
23.3
29.1
23.8
11.9
100
[%]
Wieloletni okres budowy PsDyW przyczynił się
ponadto do istotnej różnorodności wiekowej
sieci. Istnieją tu, rurociągi o ponad 100 letniej
eksploatacji stanowiące blisko 10% udział w
strukturze
wiekowej
jak
i
przewody
eksploatowane zaledwie 10 lat (23,3%). Ciągła
rozbudowa
oraz
modernizacja,
jak
i
eksploatacja systemu w obszarze objętym
skutkami działalności górniczej, wpłynęły
znacząco
na
różnorodność
struktury
materiałowej
(tabela
3).
Zdecydowanie
największy udział w budowie PsDyW odgrywa
stal (79,4% całkowitej długości sieci
wodociągowej).
Pozostała
część
sieci
wodociągowej o łącznej długości 210,8 km
wykonana jest głównie z żeliwa sferoidalnego
(7,2%), żeliwa szarego (5,4%), PE (4,1%) i
żelbetu (3,8%). Nieznaczny udział w budowie
przewodów PsDyW odgrywają sieci z PCV i
GFK (żywice poliuretanowe zbrojone włóknem
szklanym).
296
Tabela 3. Struktura materiałowa wodociągu grupowego GPW S.A
L.p.
Materiał
Długość [km]
1
GFK
0,3
2
PCV
0,9
3
PE
42,0
4
Stal (1)
811,5
5
Żelbet
38,8
6
Żeliwo szare
55,7
7
Żeliwo sferoidalne
73,1
Razem
1 022,3
(1) - rurociągi stalowe z wykładziną cementową
118,3 km
- rurociągi stalowe z wykładziną poliuretanową
1,1 km
- rurociągi stalowe z rękawem poliestrowym
0,8 km
Eksploatacją i konserwacją sieci wodociągowej
wydzielonej terytorialnie w zależności od
zasięgu działania, zajmuje się
osiem
niezależnych oddziałów sieci magistralnej
(OSM), W poniższej tabeli 4 przedstawiono
charakterystyki
sieci
wodociągowych
zarządzanych przez poszczególne OSM wraz z
oceną intensywności występujących awarii
przewodów wodociągowych.
Tabela 4. Charakterystyka sieci wodociągowej eksploatowanej przez OSM
Awaryjność
Awaryjność
Długość sieci
Średni wiek sieci
sieci w roku
sieci w roku
OSM
wodociągowej
wodociągowej
2005
2007
[km]
[lat]
[uszk/km×
×rok]
[uszk/km×
×rok]
Bytków
158,1
0,31
0,28
36
Chropaczów
89,0
0,72
0,62
56
Czarny Las
120,8
0,29
0,26
35
Mikołów
200,7
0,25
0,33
30
Murcki
80,6
0,50
0,58
23
Pszów
95,3
0,40
0,34
22
Zagórze
111,7
0,40
0,44
31
Żory
166,1
0,20
0,28
27
Razem
1 022,3
0,35
Eksploatacja wodociągu grupowego aglomeracji
śląskiej
wspomagana
jest
pracą
9 zbiorników wyrównawczych o łącznej
pojemności 339 tys. m3 oraz 5 pompowni
sieciowych. Ilość magazynowanej w nich wody
stanowi około 70% ilości wody wtłaczanej
przez przedsiębiorstwo do PsDyW w ciągu
doby. Kluczową rolę w funkcjonowaniu PsDyW
odgrywa zespół zbiorników w Mikołowie o
łącznej pojemności 100 000 m3 (12 komór), z
którego woda odpływa grawitacyjne zarówno w
kierunku GOP-u jak i ROW-u. Ponadto
szczególną rolę w eksploatacji PsDyW
odgrywają wyrównawcze zbiorniki: Czarny Las,
Chorzów i Murcki, o łącznej pojemności
146 000 m3.
Struktura
pierścieniowa
sieci
wodociągowej oraz towarzyszące jej obiekty
wodociągowe PsDyW na terenie Śląska
charakteryzują się wysoką gwarancję dostawy
wody do odbiorcy, nawet w sytuacji zaistnienia
0,40
32
nieoczekiwanych zdarzeń awaryjnych (przerwa
w dostawie prądu, poważne awarie sieci
tranzytowej itp.).
W
sytuacjach
tych
system
wodociągowy jest w stanie dokonać przerzutów
wody z innych układów zasilania w dowolne
rejony aglomeracji śląskiej, zachowując
ciągłość dostawy wody.
4. Metodyka badań
Przyjęta metodyka badań wpływu czynników
eksploatacyjnych na niezawodność wybranej
sieci wodociągowej Śląska obejmuje
− wytypowanie i klasyfikację obiektów i
czasu badań oraz określenie zakresu analiz,
− ustalenie modelu niezawodnościowego
badanych obiektów,
297
−
−
przeprowadzenie badań eksploatacyjnych,
weryfikację uzyskanych wyników oraz
wyznaczenie
wartości
wybranych
wskaźników niezawodności i ich postaci
funkcyjnych,
− określenie wpływu wybranych parametrów
eksploatacyjnych na niezawodność sieci
wodociągowej.
Badania
eksploatacyjne
niezawodności
przeprowadzono dla system zaopatrzenia
Będzina i Czeladzi, który jest zasilany wodą ze
stacji uzdatniania Będzin.
Typ pompy
30 D 17-2
40 D 22
35 D 22
30 D 17
25 D 17
Stacja ta pobiera wodę z rzeki Czarnej
Przemszy za pomocą dwóch ujęć brzegowych
zlokalizowanych na jazach piętrzących. Układ
technologiczny uzdatniania wody oparty jest o
proces wstępnego utleniania, koagulację wody
PAX-em, filtrację pospieszną oraz dezynfekcję
dwutlenkiem chloru. Tak uzdatniona woda
podawana jest do sieci wodociągowej Będzina i
Czeladzi układem pomp pompowni II stopnia
(tabela 5).
Tabela 5. Charakterystyka pompowni II stopnia SUW Będzin
Parametry techniczne
Liczba
Numer
jednostek
pompy
Q [m3/h]
H [m]
1
1
576
112
2
3i5
1200
120
2
2i6
1000
84
2
10 i 13
576
84
2
9 i 12
380
80
Aktualną dobową wydajność stacji zapewnia
praca pomp nr 3 i 5, które od 10 maja 2006 r
pracują
w
układzie
pompowym
z
przemiennikiem częstotliwości typu NXP
07305A (moc 400kW, U=380V, I=650-730A),
gwarantującym utrzymanie w podsystemie
dystrybucji stałego ciśnienia na poziomie 9,4
kPa. Z niezawodnościowego punktu odniesienia
eksploatacja
pompowni
w
okresie
maksymalnego rozbioru stanowi strukturę pracy
5 pomp, w której 2 stanowią tak zwane
jednostki rezerwowe (3z5). Pompy numer 9, 10,
12 i 13 są w układzie technicznym
funkcjonowania tzw. rezerwą zimną. Rozbiór
wody w Będzinie i Czeladzi powoduje, iż
warunki eksploatacji stacji zapewniają dużą
rezerwowość pracy pompowni II stopni, czyniąc
ją obiektem o dużej niezawodności.
Objęty badaniami system dystrybucji wody to
sieć magistralna ∅ 600 o łącznej długości 5,85
km. Jest to sieć stalowa z bitumiczną izolacją
antykorozyjną, która do eksploatacji została
oddana w 1956 r. Obszar analizy został
podzielony na 4 strefy badań, charakterystykę
których przedstawiono w tabeli 6.
Tabela 6. Charakterystyka obszaru badań – sieć wodociągowa ∅ 600
Numer
Długość
Zagospodarowanie
Obszar
Materiał
obszaru
[km]
terenu
pompownia II stopnia SUW Będzin
Teren umiarkowanie
4
1,960
stal
– ul. Świerczewskiego
zabudowany
ul. Świerczewskiego – przejęcie nad
3
1,678
stal
Teren zabudowany
DK 1
przejście nad DK 1 – zakład ZIK
2
1,497
stal
Teren zielony
Zakład ZIK – rozwidlenie ulic
1
0,714
stal
Teren zabudowany
Będzińskiej i Grodzieckiej
Badania prowadzone były w latach 1988-2007
zgodnie z planem (l, W, t). Powyższy plan
odnosi się do obiektów, które uszkodzone w
okresie badań podlegają naprawie -W,
rozpatrywana jest długość badanych przewodów
–l oraz badania kończy się po upływie czasu t.
W badaniach wydzielono dwa okresy analizy, I
okres to 1988 – maj 2006 (eksploatacja sieci
przed regulacją ciśnienia), II okres to maj 2006-
2007, obejmujący czasokres po wdrożeniu
systemu kontroli ciśnienia wody w sieci.
Analizę oparto na danych archiwalnych
zawartych w Kartach eksploatacyjnych sieci
wodociągowej uzyskanych w przedsiębiorstwie.
Ustalone warunki badań gwarantowały,
wyznaczenie miar niezawodnościowych
298
z dokładnością δ=0,1 (błąd względny) na
poziomie wiarygodności β=0,95.
Zakres
przeprowadzonych
badań
eksploatacyjnych obejmował dane takie jak:
data i godzina wystąpienia awarii, naprawy,
remontu itp., poszczególne czas trwania (czas
5. Dyskusja wyników analizy
niezawodnościowej eksploatacji sieci
doprowadzającej wodę do Będzina i Czeladzi
Analizowany system dystrybucji wody jest
układem rozległym o skomplikowanej topologii
jak i zróżnicowanym uzbrojeniu. Awarie sieci
wodociągowej są wynikiem ponad 50-cioletniej
eksploatacji rurociągu oraz negatywnego
oddziaływania środowiska (szkody górnicze,
sieć kanalizacyjna). Awarie powyższe dotyczą
głównie uszkodzeń korpusu rury, złączy,
kompensatorów lub uzbrojenia. Objawiają się
one w postaci pęknięcia podłużnego,
wypchnięcia
uszczelnienia,
uszkodzenia
mechanicznego
czy
też
korozji.
Przeprowadzona
analiza
wykazała,
że
najczęściej występują uszkodzenia będące
skutkiem procesu korozji sieci, które stanowią
blisko 92% wszystkich interwencji brygad
remontowo-naprawczych w ciągu roku.
Obszar*
1-PRC
1-PORC
2-PRC
2-PORC
3-PRC
3-PORC
4-PRC
4-PORC
zgłoszenia uszkodzenia, rozpoczęcia naprawy i
jej zakończenia), opis zdarzenia obejmujący
lokalizację i rodzaj uszkodzenia i sposób
naprawy, średnicę i materiał przewodu oraz
skutki awarii dla podsystemu lub całego SZW.
Średnia
intensywność
uszkodzeń
całej
rozpatrywanej sieci magistralnej Ø 600, w
okresie przed modernizacją przepompowni II
stopnia w SUW Będzin, wynosiła 0,39
[uszk./km·a]. W okresie tym odnotowano
elementy systemu dystrybucji wody (obszar 1tabela 7) charakteryzujące się największą
intensywnością uszkodzeń 1,83[uszk./km·a]
oraz najmniejszą 0,21 [uszk./km·a] (obszar 3tabela 7). W okresie eksploatacji (1998-maj
2006) sieci wodociągowej w obszarze 2 nie
odnotowano żadnej awarii, uzyskując tym
samym
wysoki
poziom
niezawodnego
funkcjonowania systemu. Powyższy efekt
eksploatacyjny została osiągnięty dzięki
zakończonej w 1997 roku modernizacji
(pokrycie rurociągu od wewnątrz rękawem)
odcinka sieci, przebiegającego nad krajową
drogą, bowiem odcinek ten do roku 1998
charakteryzował się największą awaryjnością w
obszarze objętym analizą.
Tabela 7. Zmienność wskaźników niezawodności w latach1998-2007
Wskaźnik niezawodności, jednostka
Tp*
To*
ω
K*g
R(t)
[d]
[h]
[uszk/km·a]
254
1,83
6.82
0,941231
exp(-0,003937⋅t)
94
4,71
6.73
0,922841
exp(-0,010638⋅t)
Brak awarii w latach 1998-2006
Brak awarii w latach 2006-2007
0,21
8
763
0,989616
exp(-0,001311⋅t)
Brak awarii w latach 2006-2007
277
0,31
6,83
0,975767
exp(-0,003610⋅t)
376
0,25
8
0,979140
exp(-0,002659⋅t)
*PRC – przed regulacją ciśnienia, PORC – po regulacji ciśnienia
W odniesieniu do II okresu badań dla obszaru 2
i 3 nie odnotowano żadnych uszkodzeń sieci.
Średnia intensywność uszkodzeń przewodu w
obszarze 4 zmalała o około 19% osiągając
poziom 0,25 [uszk./km·a], spełniając tym
samym standardy europejskie dla przewodów
magistralnych (0,30 [uszk./km·a]).
Natomiast obszar nr 1 analizy charakteryzuje się
wzrostem intensywności uszkodzeń do poziomu
aż 4,73 [uszk./km·a], przy jednoczesnym 2
krotnym obniżeniu czasu całkowitej odnowy
przewodu z poziomy 15,88 h do 7,86 h.
Przyczynę wzrostu intensywności uszkodzeń w
tym obszarze analizy z jednej strony można
tłumaczyć zmianą od 2006 r kierunku zasilania
mieszkańców Siemianowic, w konsekwencji
której, ilość dostarczanej wody do tego obszaru
uległa znacznemu zmniejszeniu i pokrywa
obecnie jedynie potrzeby wodne zaledwie paru
indywidualnych odbiorców, nie przekraczając
kilku m3 w ciągu doby. Z drugiej zaś strony
oczekiwania ze strony MPWiK Sp. z o.o. w
Będzinie, mające na celu zaopatrzenie w wodę
mieszkańców Grodźca, po włączeniu ich w
system wodociągowy zasilany z SUW Będzin,
wymuszają utrzymanie ciśnienia na wyjściu z
299
pompowni na poziome 9,4 kPa, co stanowi
średnio od 1 - 1,5 kPa ciśnienie większe niż
przed jego regulacją (rys. 1). Konsekwencją
powyższych zmian warunków eksploatacyjnych
jest blisko 2,5- krotny wzrost awaryjności sieci
wodociągowej w obszarze 1.
9.6
9.4
Ciśnienie [kPa]
9.2
9
8.8
8.6
8.4
8.2
8
7.8
00:00
02:00
04:00
06:00
08:00
10:00
12:00
iśnienie przed regulacją 26.10.2000r
14:01
16:01
18:01
20:01
22:01
ciśnienie po regulacji 26.10.2006r.
Rys. 1.Dobowa zmienność ciśnienia na wyjściu z pompowni II° SUW Będzin
Znaczne zmniejszenie awaryjności rozważanego
układu w pozostałych obszarach analizy,
zwiększyły
efektywność
podejmowanych
interwencji naprawczych przez brygady
remontowe, a co za tym idzie zmniejszyły
niedogodności
usuwania
awarii
dla
mieszkańców tego rejonu, z tytułu 2-krotnego
skrócenia czasu odnowy przewodu - średnio do
7,86h. Sprawnie więc funkcjonujące zespoły
Pogotowia
Wodociągowego
podnoszą
niezawodność działania SZW, w wyniku
minimalizacji
czasu
niesprawności
uszkodzonych jego elementów. Sprawna
interwencja objawia się również zmniejszeniem
skutków występujących awarii jak i ryzyka,
jakie ponosi przedsiębiorstwo eksploatując tak
rozległy i złożony system zaopatrzenia w wodę.
Wnioski z przeprowadzonej analizy stanowiły
jeden z istotnych argumentów wytypowania
powyższego fragmentu sieci wodociągowej,
jako
priorytetowego
w
planach
modernizacyjnych
Przedsiębiorstwa
w
najbliższym okresie.
W ramach pełnej analiz prowadzonych badań
dokonano również identyfikacji rozkładu
zmiennej czas pracy bezawaryjnej. Weryfikacji
hipotezy H0 – zmienna o rozkładzie
wykładniczym - dokonano za pomocą testów
Kołmogorowa-Smirnowa oraz testu χ2. Wyniki
testów nie pozwoliły na odrzucenie hipotezy H0
o wykładniczym rozkładzie czasu pracy
bezawaryjnej wydzielonego obszaru dystrybucji
wody systemu wodociągowego Będzina (rys.
2.). Interpretacja dystrybuanty czasu pracy
bezawaryjnej
wykazała,
iż
z
prawdopodobieństwem 0,95 czas ten nie
przekroczy 695 dób (rys. 3.).
300
Zmienna: Czas pracy bezawaryjnej - lata 1988-2007
d Kołmogorowa-Smirnowa 0.17176,
Test chi-kwadrat = 1.77799, df = 1 (dopasow.) , p = 0.18240
80
Częstości względne (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Czas [d]
Rys. 2. Rozkład czasu pracy bezawaryjnej
Dystrybuanta zmiennej czas pracy bezawaryjnej
lata 1988-2007
d Kołmogorowa-Smirnowa 0.17176,
Test chi-kwadrat = 1.77799, df = 1 (dopasow.) , p = 0.18240
110
100
Częstości względne (%)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Czas [d]
Rys. 3. Dystrybuanta czasu pracy bezawaryjnej
6. Podsumowanie i wnioski
1.
Przeprowadzone
badania
i
analiza
techniczno-niezawodnościowa
sieci
wodociągowej
dostarczającej
wodę
mieszkańcom Będzina i Czeladzi wykazała,
iż stabilizacja ciśnienia panującego w sieci
ma bardzo istotny wpływ na uszkadzalność
układu. Stabilizacja ciśnienia, w maju 2006
na poziomie 9,4 kPa pozwoliła na wzrost
2.
niezawodności
transportu
wody
dostarczanej do obszarów nr 2, 3 i 4.
Aktualnie awaryjność sieci wodociągowej
w tym obszarze spełnia standardy
europejskie.
Podwyższenie ciśnienia w sieci skutkuje
wzrostem
intensywności
uszkodzeń
przewodu wodociągowego w obszarze nr 1,
który
został
zakwalifikowany
do
modernizacji
301
3.
4.
Stabilizacja ciśnienia w sieci wodociągowej
podniosła
również
efektywność
funkcjonowania
zespołów
Pogotowia
Wodociągowego, podnoszą tym samym
niezawodność działania SZW.
Wymiernym efektem stabilizacji ciśnienia
w sieci wodociągowej, jest nie tylko
zwiększenie
niezawodności
działania
podsystemu dystrybucji i obniżenie ryzyka
działalności przedsiębiorstwa, ale także
obniżenie kosztów napraw zaistniałych
uszkodzeń. Ponadto wymiernym efektem
jest również obniżenie wielkości strat wody
i wzrost komfortu życia społeczeństwa.
LITERATURA
HOTLOŚ H., 2003; Reliability level of
municipal water pip networks, Environmental
Protection Engineering No 2, pp.141-151.
KIRCHSTEIGER CH., 1994; Nonparametric
estimation of time-dependent failure
rates
probabilistic risk assessment, Reliability
Engineering and System Safety, vol. 44, pp.1-9.
KWIETNIEWSKI
M.
Metody
badań
eksploatacyjnych sieci wodociągowych pod
kątem niezawodności dostawy wody do
odbiorców,
Prace
Naukowe
Inżynierii
Środowiska z.28, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999.
POLLARD S.J.T., Risk Management for Water
and Wastewater Utilities, IWA Publishing 2008.
ULANICKA K. et al. Experience with pressure
control of a very large scale water distribution
network. Conference Proceedings „Water
Supply and Water Quality’ ed. Sozański M.,
PZITS o/wielkopolski, Cracow 2000.
WIECZYSTY A. i inni. Metody podnoszenia
niezawodności
działania
komunalnych
systemów zaopatrzenia w wodę, KIŚ PAN,
vol.2., Kraków 2001.
KWIETNIEWSKI M., ROMAN M., KŁOSSTRĘBACZKIEWICZ
H.
Niezawodność
wodociągów i kanalizacji, Arkady, Warszawa
1993.