Оценка эксплуатационных качеств систем водоснабжения. Инструмент для успешного проведения реформы ЖКХ
Успешное реформирование ЖКХ возможно только при условии, что степень достижения главной цели реформы – улучшения качества предоставляемых услуг – будет иметь конкретную количественную оценку. Например, при заключении договоров между потребителями (жителями) и управляющей компанией, эксплуатирующей внутренний водопровод, должны быть определены количественные показатели (шкала), по которым можно определить уровень качества водоснабжения, степень выполнения принятых обязательств и обоснованность затрат на обеспечение предоставляемого качества водоснабжения.
Несмотря на внешнюю простоту такого подхода, его практическая реализация весьма затруднительна. В первую очередь это вызвано тем, что в сложившейся системе эксплуатации систем водоснабжения управляющие эксплуатационные организации, взаимодействующие с потребителем воды (населением, арендаторами и т. д.), не являются производителями питьевой воды, качество которой количественно определяется нормативами (СанПиН, ГОСТ, СНиП) и может быть измерено и проверено тем или иным способом. Эти службы не создают водопроводные сети и оборудование, не занимаются водозабором и подготовкой воды. Их функции сводятся к обеспечению бесперебойного функционирования уже созданных систем, минимизации непроизводительных (бесполезных) потерь воды, рациональному использованию энергетических ресурсов и возможному сокращению экологического риска, вызываемого авариями в системах.
Поэтому целесообразно систему водоснабжения разделить на две части: головные сооружения (ГС), добывающие и перерабатывающие природную воду с помощью сложных физических, химических и био-технологий в жизненно важный продукт питания – питьевую воду (производящие товар), и систему подачи и распределения воды (СПРВ), оказывающую услуги по доставке товара (питьевой воды).
Эксплуатация СПРВ разделяется на эксплуатацию наружных систем подачи и распределения воды (ЭНСПРВ), обеспечивающую оптовые поставки воды, и эксплуатацию внутридомовых систем (ЭВСПРВ), которая поддерживает внутренние водопроводы в работоспособном состоянии и продает питьевую воду в розницу многочисленным потребителям и в первую очередь основной производящей силе общества – населению.
Количественные критерии качества работы ЭВСПРВ, собранные в отдельном документе для оценки потребителем и контролирующими организациями эффективности их работы отсутствуют.
Можно попытаться разработать эти критерии, обобщив и систематировав имеющиеся нормативные данные по отдельным звеньям и элементам системы водоснабжения, но даже беглый обзор разнообразных, зачастую неподдающихся реальной проверке (например, количество циклов работы запорной арматуры) требований СНиПов, СанПИНов, ГОСТов и других нормативных документов, позволяет утверждать, что практическое использование этих документов будет крайне затруднительным. Кроме того, каждая система водоснабжения по-своему уникальна, работает в свойственных только ей внешних условиях и гидравлических режимах, поэтому использование усредненных нормативных требований к эксплуатации конкретной системы, не позволят найти взаимопонимание между потребителями и управляющими эксплуатационными организациями.
Поэтому критерии качества работы ЭВСПРВ должны базироваться на теоретических исследованиях режимов их работы, эксплуатации, влияния на природные водные источники и экологию, которые свяжут разрозненные показатели современных нормативов в единую систему.
Во многих отраслях научной и производственной деятельности для принципиального понимания степени «полезности» функционирования сложных систем всеми заинтересованными сторонами успешно используется теория надежности. По определению, надежность – это свойство объекта выполнять свои функции в течение заданного промежутка времени с сохранением заданных эксплуатационных показателей. Для эксплуатации систем водоснабжения это можно сформулировать как свойство:
– обеспечивать потребителей водой в необходимом объеме и с требуемым качеством при заданных потерях воды, энерго- и трудозатратах на ее подачу;
– воздействовать в допустимых пределах на компоненты окружающей среды (например, при перекладке участков наружных сетей) в течение срока действия договора между потребителями и управляющей организацией. При этом, естественно, срок действия договора должен быть соизмерим со средним сроком службы систем.
Временная диаграмма процесса функционирования системы водоснабжения
Во времени функционирование системы состоит из интервалов исправной работы и сбоев, определяемых нарушением водоснабжения или эксплуатационных требований к системе (рис. 1). Поэтому проще оценивать количественно эксплуатационную надежность систем водоснабжения через коэффициент готовности, определяющий долю времени «нормального» функционирования системы за контрольный срок действия договора:
где Тр – время нормального функционирования системы;
Тв – продолжительность нарушений в системе.
Использование коэффициента готовности (равно как и других общеизвестных показателей надежности, например, вероятности безотказной работы, интенсивности отказов и т. п.) для оценки эксплуатационной надежности систем водоснабжения может дать положительный результат только на первой стадии формирования отношений между потребителями и управляющей эксплуатационной организацией (ЭВСПРВ), когда важна лишь сама возможность оценки качества эксплуатации, без учета множества особенностей. Например, нарушение подачи воды может быть полным или незначительным. Это может относиться к одному потребителю или какой-то их группе и т. д. Кроме того, экономическое обоснование эксплуатационных мероприятий на основании коэффициента готовности возможно только в общем виде.
Более дифференцированная оценка качества эксплуатации систем водоснабжения может быть получена с использованием преобразованного коэффициента готовности:
где Т – расчетное время (срок действия договора);
N – общее число потребителей в системе;
ni – число потребителей, у которых отмечено нарушение водоснабжения в течение времени t0,i;
j – общее число нарушений в водоснабжении.
Аргументом в пользу преобразованного коэффициента готовности является тот факт, что схожий показатель используется для оценки надежности энерго-систем в США. Однако и в таком виде коэффициент готовности (и, соответственно, его производная – эксплуатационные расходы) не отвечают на следующие вопросы: насколько успешно и рационально осуществляется эксплуатация системы, какие есть резервы для повышения качества водоснабжения и снижения издержек, связанных с ним. И самое главное – как разработать и оптимизировать стратегию эксплуатации системы, начиная с нынешнего ее состояния.
Ответить на поставленные вопросы может новый подход к эксплуатации системы на основе управления потенциальными отказами и экологическими рисками системы водоснабжения организационными методами (оптимизация ремонтных стратегий, мониторинг систем и т. п.), разработанный в Московском государственном строительном университете.
В общем виде методика управления качеством эксплуатации состоит из следующих этапов.
1. Определяется степень нарушения водоснабжения, экологический риск и энергетические издержки при возникновении отказа в системе по следующим параметрам (рис. 2):
Оценка уровня эксплутационной надежности систем водоснабжения показателями величины, продолжительности и частоты нарушения работоспособности
– величина нарушения (отклонение параметров, возмущающее воздействие и т. п.);
– частота повторения подобных отказов на заданном промежутке времени. Между указанными параметрами устанавливается функциональная взаимосвязь как непосредственная, так и косвенная. Например, увеличение частоты возникновения отказов в системе влечет за собой увеличение производственной нагрузки на эксплуатационные подразделения, выполняющие аварийные ремонты. Это в свою очередь приводит к увеличению времени ожидания начала восстановительных работ и, соответственно, к увеличению продолжительности отказа. Каждому параметру отказа ставятся в функциональное соответствие экологические и экономические показатели, например, потери воды, вызванные утечками. Одновременно рассматриваются альтернативные варианты организационного управления отказами. В частности, увеличение мощности аварийного подразделения приведет к снижению потерь воды, но потребует дополнительных затрат на содержание персонала.
Полученные результаты позволяют дифференцированно оценивать качество эксплуатации системы на основе преобразованного коэффициента готовности, а также рассчитывать материальные издержки, связанные с возникшими отказами.
2. На этом этапе разрабатываются возможные стратегии выполнения эксплуатационных мероприятий, определяются их регулируемые параметры и выполняется вариантный расчет влияния эксплуатационных мероприятий в тех или иных условиях на качество водоснабжения, экологический риск при эксплуатации системы и все общественно значимые материальные затраты, связанные с эксплуатацией системы по рассматриваемой стратегии. Например, хорошо известная система планово-предупредительных ремонтов (ППР) предусматривает ремонты, устраняющие физический износ оборудования системы, выполняемые с определенной периодичностью и непредвиденные ремонты, восстанавливающие работоспособность оборудования и участков системы без изменения их физического износа, в случае аварий.
Графическое представление зависимости частоты отказов от соотношения межремонтного периода и среднего срока службы для строго периодических плановых ремонтов и минимальных аварийных
Для подобной стратегии ремонтов параметр отказов – частота, а также обобщающий экономический показатель – интенсивность эксплуатационных затрат (вся совокупность затрат, связанных с эксплуатацией, в единицу времени) зависит от назначенного межремонтного срока (рис. 3). Подобные зависимости, разработанные для большинства практически используемых стратегий эксплуатации систем водоснабжения позволяют, во-первых, оценить качество эксплуатации и материальные затраты, связанные с его обеспечением, при существующей эксплуатационной стратегии и, во-вторых, наметить пути оптимизации соотношения качества и связанных с ним затрат (рис. 4).
Экономически оптимальный межремонтный период при различных соотношениях затрат, связанных с плановыми и аварийными эксплуатационными ситуациями и относительной стоимостью плановых ремонтов
3. Заключительный этап управления качеством эксплуатации подразумевает пошаговую оптимизацию системы управления.
Оценив параметры отказов, а также величину экологического риска и непроизводительных потерь в сложившихся условиях, можно определить, при каких стратегиях эксплуатации системы водоснабжения будут достигнуты наилучшие показатели. Но для их реализации могут потребоваться принципиальные изменения в структуре эксплуатационных предприятий, финансовой деятельности. В современных условиях большая часть неисправностей оборудования устраняется в аварийном порядке. В то же время, как показали исследования, наилучшие показатели качества эксплуатации и экономической эффективности в большинстве случаев обеспечивают стратегии с различными вариантами плановых ремонтов. Чтобы выполнить переход к ним, потребуются, хотя бы на начальном этапе, дополнительные материальные средства.
Несмотря на значительные материальные издержки современных эксплуатационных действий, изъять часть средств из них на внедрение плановых мероприятий нельзя, поскольку эффект от реализации оптимальных стратегий будет получен не мгновенно, а через определенное время. Уменьшение вложений в аварийные службы на этом этапе однозначно приведет к ухудшению качества эксплуатации и экологической безопасности. Только когда в результате применения оптимальных стратегий эксплуатации будет достигнуто реальное снижение непроизводительных расходов ресурсов, уменьшение загрузки аварийных служб и, соответственно, снижение объемов их финансирования, за счет высвободившихся средств можно интенсифицировать внедрение оптимальных стратегий эксплуатации.
Для обоснования механизма перераспределения средств без ухудшения качества эксплуатации систем водоснабжения на каждом этапе внедрения оптимальных стратегий эксплуатации, а также для инвестирования их на начальном этапе, разработана методика, определяющая экономический эффект от внедрения по завершению каждого этапа, показатели качества эксплуатации в этот момент, а также дальнейшее направление материальных вложений.
Выводы
1. Эксплуатационные качества систем водоснабжения должны базироваться на требованиях потребителя и охраны окружающей среды.
2. Эти требования должны быть изложены в одном документе, который будет использоваться для оценки качества работы эксплуатирующих (управляющих) организаций.
3. Предложена методика управления эксплуатирующей организацией, позволяющая оптимизировать ее работу для достижения заданного качества эксплуатации.
Основные требования к эксплуатации систем водоснабжения
Основными задачами служб эксплуатации систем водоснабжения являются:
а) обеспечение бесперебойной, надежной и эффективной работы всех элементов систем водоснабжения — водозаборных сооружений, очистных сооружений, водопроводной сети, резервуаров и водонапорных башен, насосных станций;
б) производство воды питьевого качества, удовлетворяющего требованиям рабочей программы производственного контроля в соответствии с СанПиН 2.1.4.559-96 Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения;
в) осуществление производственного контроля за качеством воды на всех этапах технологического цикла;
г) приемка в эксплуатацию законченных строительством или реконструированных сооружений;
д) осуществление пробной и временной эксплуатации сооружений.
Основными задачами эксплуатации водозаборных сооружений являются:
а) систематический контроль за состоянием источников водоснабжения и работой сооружений и оборудования, а также учет контролируемых показателей с регистрацией их в специальных журналах;
б) учет количества забираемой из источников воды и контролируемых показателей её качества;
в) проведение плановых осмотров и ремонтов сооружений и оборудования, своевременное устранение нарушений и аварий.
В процессе эксплуатации водозаборных сооружений поверхностных источников водоснабжения (речных русел, водохранилищ) требуется:
а) вести систематические наблюдения за состоянием источника водоснабжения (качество воды и санитарное состояние водного объекта, уровень воды в нем, изменение фарватера, состояние берегов, движение наносов и заиление, зимний режим водного объекта — ледостав, ледоход, шуга, донный лед, состояние водной растительности и др.);
б) осуществлять постоянный контроль за работой водозаборных сооружений: водоприемников, ковшовой части, рыбо-шуго-наносозащитных устройств, самотечных и сифонных линий, берегового колодца и его элементов, насосных агрегатов, гидротехнических сооружений;
в) выполнять своевременную промывку и очистку сооружений, оборудования и коммуникаций от наносов и засорений плавающими предметами, водорослями, льдом, шугой и т.д.
В процессе эксплуатации водозаборных сооружений необходимо:
а) очищать решетки, сетки, объемные фильтры выносного затопленного или берегового водоприемника от засорения плавающими предметами, остатками водной растительности, льдом, шугой, а самотечные и сифонные трубопроводы, водоприемный колодец — от осадка, размещенные в нем сетки — от загрязнений;
б) очищать водоприемные ковши, дно перед береговыми совмещенными насосными станциями 1-ого подъема, вокруг выносных затопленных водоприемников от илистых отложений, донных наносов;
в) осуществлять эффективное рыбо-шуго-наносоотведение от водоприемного фронта водозаборных сооружений различной конструкции: с глубоковрезанными в берег водоприемными ковшами, с береговыми врезками для совмещенных насосных станций 1-го подъема, для выносных затопленных водоприемников.
В процессе эксплуатации водозаборных сооружений подземных источников водоснабжения требуется:
а) вести систематические наблюдения за состоянием источника водоснабжения (уровней воды по наблюдательным скважинам режимной сети и качества подземных вод в пределах первого пояса зоны санитарной охраны);
б) осуществлять постоянный контроль за работой водозаборных сооружений и оборудования (дебита эксплуатационных скважин и качества воды, откачиваемой из них, динамического уровня при работе водоподъемного оборудования и условно статического уровня при остановке скважины);
в) обеспечить заданные режимы работы эксплуатационных скважин и насосных агрегатов.
В процессе эксплуатации сооружений искусственного пополнения подземных вод требуется:
а) вести систематический учет количества воды, а также наблюдение за качеством и уровнем воды на всех этапах пополнения, в том числе в наблюдательных скважинах;
б) обеспечить заданные режимы работы насосных агрегатов и сооружений для предварительной и последующей очистки воды;
в) вести постоянное наблюдение за режимами заполнения и опорожнения инфильтрационного бассейна;
г) своевременно производить чистку и ремонт инфильтрационного бассейна;
д) вести постоянное наблюдение за уровнем (напором) воды в закрытых сооружениях (скважин, колодцев, галерей);
е) вести наблюдение за изменением приемистости закрытых инфильтрационных сооружений;
ж) своевременно производить чистку и восстановление приемистости закрытых инфильтрационных сооружений.
Для всех источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения обязательно устройство зон санитарной охраны (ЗСО). Санитарно-эпидемиологические требования к организации и эксплуатации ЗСО установлены [3].
Основной задачей служб эксплуатации очистных сооружений водопровода (ОС) является производство воды питьевого качества, удовлетворяющего требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 и обеспечение на должном уровне технологической и санитарно-гигиенической надежности работы всего комплекса сооружений и отдельных установок. Важным условием эксплуатации ОС является их равномерная работа в течение суток и года по количеству обрабатываемой на них воды.
При эксплуатации сооружений предочистки поверхностных вод, требуется:
а) обеспечить равномерное поступление воды на каждое сооружение;
б) вести наблюдения за степенью загрязнения фильтрующих и других элементов сооружений, не допуская превышения расчетного перепада воды;
в) своевременно осуществлять периодическую (или постоянную) промывку сетчатых полостей, объемной загрузки, подводящих и отводящих трубопроводов;
г) следить за исправностью сетчатых элементов, устранять течи через неплотности крепления сетчатых элементов и прорывы;
д) контролировать исправность привода и подшипников, микрофильтров;
е) проводить профилактический и текущий ремонт установок.
При эксплуатации водоводов и водопроводной сети (далее — сеть) должно быть обеспечено бесперебойное и надежное снабжение потребителей водой, которая по своему качеству отвечает требованиям стандарта СанПиН 2.1.4.559-96.
В задачи технической эксплуатации сети входят:
а) надзор за состоянием и сохранностью сети, сооружений, устройств и оборудования на ней, техническое содержание сети;
б) разработка совместно с другими подразделениями организации ВКХ мероприятий по совершенствованию системы подачи и распределения воды, а также мероприятий по предотвращению перерывов в подаче воды в неблагоприятно расположенные районы и микрорайоны при аварийных ситуациях, выполнение переключений на сети в соответствии с указанием диспетчера для установления режима работы системы оптимального при фактическом водопотреблении и его прогнозируемых изменениях в предстоящем периоде времени, подготовка информации по техническому состоянию сети, требуемой для проведения на персональных ЭВМ гидравлических и оптимизационных расчетов взаимодействия сети, насосных станций и регулирующих емкостей при нормальных и аварийных режимах работы системы, проведение натурных измерений расходов воды и давлений, сопоставление данных измерений с результатами расчетов для проверки соответствия расчетной схемы фактическому техническому состоянию системы и фактическому водопотреблению в период проведения натурных измерений;
в) планово-предупредительный и капитальный ремонты на сети, ликвидация аварий;
г) ведение технической документации и отчетности;
д) надзор за строительством и приемка в эксплуатацию новых линий сети, сооружений на ней и абонентских присоединений, если они согласованы и утверждены в установленном порядке;
е) анализ условий работы сети, подготовка предложений по совершенствованию системы и управлению её работой, применению новых типов конструкций труб и трубопроводной арматуры, новых методов восстановления и ремонта трубопроводов;
ж) сбор, хранение и систематизацию данных по всем повреждениям и авариям на сети, сооружениях на ней с целью анализа их причин, оценки и контроля показателей надежности;
з) обеспечение эффективного функционирования установок электрозащиты.
