Надежность систем водоснабжения
Под надежностью систем водоснабжения понимают их свойство выполнять функции водообеспечения потребителей, сохраняя во времени установленные эксплуатационные показатели в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям эксплуатации.
Системы водоснабжения должны обеспечивать обслуживаемые объекты (города, промышленные и сельскохозяйственные предприятия) водой заданного качества в заданных количествах, при поддержании требуемых напоров воды на всем тракте ее движения: от водоприемников в водоисточнике до водоразборных устройств во внутренних водопроводах жилых зданий и промышленных предприятий. Выполнение всех предъявленных системе водоснабжения требований обеспечивает нормальный уровень качества ее функционирования.
Для расчетов по оценке надежности различных устройств и элементов технических систем водоснабжения необходимо получение сведений об их фактической работе. Для стандартных изделий массового промышленного изготовления такие сведения получают путем специально проводимых заводских испытаний задвижек, клапанов, пожарных кранов, насосов, электродвигателей и ряда других, механизмов и приборов.
Показатели надежности трубопроводов на водопроводной сети должны определяться для отдельных участков эксплуатируемых систем в результате длительных наблюдений над их работой в процессе эксплуатации, фиксируя и обрабатывая статистические данные обо всех повреждениях и авариях. Для контроля, эксплуатации и планирования ремонтных работ полноценная система регистрации аварий и повреждений элементов системы является весьма важной.
Оценки надежности системы водоснабжения в целом, как и ее отдельных элементов, имеют вероятностный характер. Численные показатели вероятности случайных событий измеряются в долях единицы или в процентах.
П овышение надежности действующей системы водоснабжения достигают использованием высоконадежных и более долговечных труб, арматуры, установок электрозащиты и др., резервированием этих элементов, эффективной организацией их эксплуатации и целенаправленным усовершенствованием систем управления процессами, протекающими в системе водоснабжения.
Системы водоснабжения относятся к многофункциональным, так как они должны обеспечивать не только подачу заданных количеств воды для различных категорий потребителей, но и требуемое ее качество и давление в точках отбора воды из системы.
За определенные периоды эксплуатации надежность этих систем может быть оценена отношением суммарной длительности периодов снижения качества функционирования к общему календарному сроку эксплуатации. При этом должна учитываться так же и глубина (степень) возможных снижений.
Существенное значение для оценки уровня надежности системы водоснабжения имеют также длительность и частота повторяемости периодов ухудшения функционирования.
Все системы водоснабжения, как промышленные, так и коммунальные, рассматриваются вместе и разбиты на три категории надежности:
I — допускается снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30% расчетного расхода и на производственные нужды до предела, устанавливаемом аварийным графиком работы предприятий; длительность снижения подачи не должны превышать 3 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускаются на время выключения поврежденных и включения резервных элементов системы (оборудования, арматуры, сооружений, трубопроводов и др.), но не более чем на 10 мин;
II- величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при I категории; длительность снижения подачи не должна превышать 10 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускаются на время выключения поврежденных и включения резервных элементов или проведения ремонта, но не более чем на 6 ч;
III — величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при I категории; длительность снижения подачи не должна превышать 15 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время проведения ремонт но не более чем на 24 ч.
Объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы населенных пунктов при числе жителей в них более 50 тыс. чел. следует относить к I категории от 5 до 50 тыс. чел. — ко II категории; менее 5 тыс. чел. — к III категории.
Наиболее серьезное влияние на ухудшение работы систем водоснабжения могут иметь отказы источников водоснабжения, аварии водоприемных сооружений, прекращение подачи электроэнергии (в результате аварий в энергосистеме). Подобные события могут привести к отказам системы в целом.
Любая реальная система водоснабжения может пребывать в следующих основных (расчетных) состояниях:
а) исправное — система может выполнять функции водообеспечения потребителей на заданном нормальном расчетном уровне;
б) неисправное — система может выполнять функции водообеспечения потребителей на уровне, сниженном по сравнению с нормальным расчетным, но не ниже установленного нормами допустимого предела;
в) неработоспособное (состояние отказа) — система не может выполнять функции водообеспечения потребителей на нормальном расчетном или допустимом пониженное уровне.
Для каждой эксплуатируемой или запроектированной системы водоснабжении может быть численно оценено влияние отказов отдельных элементов и сооружений ил качество ее функционирования в целом, т.е. на процесс водообеспечения обслуживаемом объекта.
Надежность в системах водоснабжения частных домов
Система водоснабжения — это источник воды (скважина), насосное оборудование, коммуникации и санитарно-технические приборы. Какие-то элементы соединены последовательно, а какие-то параллельно (водопроводные магистрали к отдельным приборам). Если выйдет из строя любой элемент в последовательной цепи, то водоснабжение прекратится.
То есть надежность всей системы зависит от надежности каждого последовательного элемента.
Рассмотрим всю цепочку.
Скважина или колодец
Летние засухи 2010, 2011, 2014 годов, сухая осень 2018 года спровоцировали массовое пересыхание колодцев и песчаных скважин. Люди в срочном порядке искали буровиков, что бы пробурить артезианскую скважину, которая не настолько сильно подвержена внешним неблагоприятным воздействиям.
Вывод: при решении задачи водоснабжения делайте упор на надежный источник — артезианскую скважину.
При модернизации существующей системы не пытайтесь углубить колодец или песчаную скважину. Рано или поздно, останетесь без воды. Заказывайте бурение артезианской скважины, максимально используя существующую инфраструктуру.
Водопроводные магистрали
Прокладывайте наружные водопроводные магистрали ниже глубины промерзания. Для условий Подмосковья минимальная глубина траншеи — 1,5 метра. В противном случае есть риск замерзания воды в трубе. Особое внимание уделяйте участкам прохождения зоны отрицательных температур. Используйте утеплитель и греющий кабель. Речь идет о местах ввода водопровода в помещение.
Трубы должны с запасом выдерживать максимальное давление в критической точке (крепление трубопровода к насосу).
— Насосное оборудование
Скважинный насос — сердце системы водоснабжения.
Причины выхода из строя:
- Некорректная работа блока управления
- Разгерметизация электрического кабеля
- Разгерметизация соединения с трубопроводом
- Повышенная частота включений/выключений (приводит к поломке изделия)
— Кессон
Кессон защищает устье скважины от промерзания и грунтовых вод. При их попадании в кессон выходит из строя электрика, задействованная в электроснабжении насоса. Если гидробак и реле давления размещены в кессоне, то при его затоплении гидроаккумулятор всплывает, обрывая трубопроводные коммуникации, а электрические контакты закорачиваются.
Причины затопления — негерметичность кессона, которая может быть вызвана ошибками ввода в него труб.
Если горловина кессона недостаточно поднята над уровнем земли, весной произойдет аналогичная ситуация.
На описанные ситуации приходится 99% аварий, связанных с затоплением кессона.
— Мембранный бак и реле давления
Мембранный бак — один из основных элементов системы управления скважинным насосом. От соотношения объемов воздуха и воды, разделенных эластичной мембраной, зависит частота срабатывания реле давления и, как следствие, включений электронасоса.
При частых срабатываниях непонятно, что первым выйдет из строя — реле или насос. В первом варианте исправить ситуацию несложно, заменить вышедший из строя элемент. Вторая ситуация разрешается сложнее: работа ремонтной бригады несколько часов, 20000 рублей за работу, плюс стоимость насоса.
Причина такого исхода — вовремя не подкачали в гидробак воздух.
Не экономьте на реле давления и на гидробаке.
Выводы
Не следует забывать о периодическом обслуживании отдельных элементов системы. Если гидробак подкачивать вовремя, система будет работать стабильно. А если нет — гидроудары разорвут трубы и соединения, реле давления выйдет из строя и, что самое опасное, сгорит насос.
Задайте вопросы инженеру: (495) 649-8593
Выполненные нами работы с указанием фотографий монтажных работ на загородных участках Московской области.
Причины возникновения в трубопроводах ледяных пробок. Меры предосторожности. Подробнее: размораживание водопровода
Обязательный регламент проведения сервиса: Обслуживание системы водоснабжения
Надежность эксплуатации систем водоснабжения
При проектировании любого объекта учитывается множество факторов, которые в дальнейшем будут влиять на сам процесс строительства, оказывать воздействие на сооружение в ходе его эксплуатации. Кроме того, проектирование включает использование самых разных решений, которые повышают эффективность инженерных и технических систем, надежность работы объекта при его эксплуатации, увеличивают сроки эксплуатации, а также способствуют снижению затрат средств на строительство и общее водо-, тепло-, электропотребление, что крайне важно в условиях ограниченности как природных, так и экономических ресурсов.
Современные инженерные системы являются сложным комплексом технических решений. В целом современное инженерное сооружение можно считать объектом, пространство которого насыщено инженерными системами и элементами. Их объединение в единое целое является довольно сложной задачей. Огромное значение имеет их расположение и монтаж, которые в конечном итоге во многом определяют финансовую составляющую проектируемого объекта.
Выбор оптимальных решений важен как при проектировании систем водоснабжения, так и и водоотведения [3].
Проектирование закладывает основу создаваемых объектов и выполняется поэтапно, каждый этап подлежит согласованию с соответствующей организацией.
Проблема обеспечения надлежащего количества и качества воды является одной из наиболее важных и имеет глобальное значение.
Расчеты специалистов показывают, что ежегодный прирост безвозвратного водозабора воды составляет 4–5 %. При сохранении существующих темпов прироста населения и объемов производства человечеству грозит реальная опасность исчерпания пресноводных запасов воды. Данный факт свидетельствует о том, что необходимо сократить расход воды с помощью разработки новых методов технических решений при проектировании систем водоснабжения и водоотведения.
Существующая практика создания инженерных систем демонстрирует возрастающее внимание к уровню их эффективности [1].
Сокращение затрат и сроков на разработку и согласование проектных решений и их реализацию в ходе выполнения строительно-монтажных работ обеспечивает применение модульных решений в проектной и строительной практике.
Комплектные канализационные насосные станции (КНС), ставшие приоритетным решением водоотведения (канализования) за последние 5–10 лет, выпускаются готовыми к непосредственной установке в систему канализации. При наличии источника электроснабжения и возможности подать в резервуар сточную воду монтажа готовой к эксплуатации КНС может быть завершено через три недели строительно-монтажных и пусконаладочных работ.
Потребление этого типа изделий завоевывает все большую популярность. С учетом возрастающих требований к экологии в мегаполисах использование КНС позволяет исключить загрязнение окружающей среды. Повышающийся интерес проектных и строительно-монтажных организаций к КНС на базе стеклопластиковых резервуаров показывает перспективность данного направления в канализовании [4].
Примером внедрения модульных решений в проектную и строительную практику является применение модульных автоматизированных насосных станций (МАНС) для повышения давления (напора) в сетях внутреннего водопровода жилых, административных и производственных зданий.
При использовании МАНС предусматривается автоматическое подключение (отключение) рабочих насосных агрегатов (по схеме параллельной их работы) в соответствии с текущими условиями водопотребления (изменения расхода воды). В системах водоснабжения жилых и общественных зданий (относящихся к пространственным системам водоснабжения) считается правилом управление работой МАНС по критерию поддержания постоянного давления. Для обеспечения необходимого уровня энергоэффективности и плавности регулирования подачи при постоянном напоре (исходя из критерия поддержания постоянного давления при управлении работой насосов), с учетом характера эксплуатации МАНС в системах водоснабжения зданий, обязательно применение частотного регулирования привода насосных агрегатов [5].
Совмещение вопросов энергоэффективности и модульного проектирования инженерных систем в полной мере обеспечивается в случае применения в качестве основополагающего подхода при разработке и оценке таких систем методологии анализа стоимости жизненного цикла.
В теоретическом плане подход основан на учете стоимости жизненного цикла оцениваемого комплекса оборудования (инженерной системы) и предусматривает минимизацию совокупных затрат на строительство (реконструкцию), эксплуатацию и завершение использования. В общем виде стоимость жизненного цикла оборудования (инженерной системы) может быть описана следующей зависимостью:
LCC = CIC + CIN + CE + CO + CM + + CS + CENV + CD’+ 
,
где LCC – стоимость жизненного цикла;
CIC – начальные затраты (цена приобретения оборудования с сопутствующими принадлежностями);
CIN – затраты на монтаж оборудования и ввод в эксплуатацию (включая пуско-наладку и обучение персонала);
CE – затраты на электроэнергию (для функционирования системы, включая привод, средства управления, и любые дополнительные устройства);
CO – оплаты труда персонала, обеспечивающего текущее обслуживание системы;
CM – затраты на сервисное обслуживание и ремонт (регулярный сервис и плановый ремонт);
CS – затраты на непроизводственные потери (простои оборудования вне эксплуатации);
CENV – компенсация на устранение последствий от воздействия на окружающую природную среду (загрязнения от работы основного и вспомогательного оборудования);
CD – затраты на ликвидацию и утилизацию (включая восстановление окружающей среды и ликвидацию вспомогательного оборудования);
К/Тсл – амортизационные отчисления;
К – капитальные вложения;
Тсл – нормативный срок службы.
Значительная величина в стоимости жизненного цикла оборудования составляет затраты на электроэнергию и техническое обслуживание [2].
Анализ тенденций и потребностей в области систем водоснабжения и водоотведения жилых и общественных зданий (основанный на рассмотрении применяемого инженерного оборудования, в том числе насосных станций, систем управления, автоматизации и диспетчеризации) позволил определить ряд проектных решений, применение которых позволит существенно сократить стоимость жизненного цикла таких систем. Наиболее актуальной является разработка следующих типовых решений:
– насосные системы хозяйственно-питьевого водоснабжения для жилых и общественных зданий;
– насосные системы противопожарного водоснабжения для жилых и общественных зданий;
– насосные системы водоотведения жилых и общественных зданий;
– использование тепловых насосов (вода-вода, воздух-вода и т.д.) в жилых и общественных зданиях, в том числе для обеспечения горячего водоснабжения;
– водоразборные сооружения для подачи воды в жилые, общественные и производственные здания;
– реконструкция повысительных насосных станций жилых и общественных зданий;
– модульные совмещенные насосные станции объединенных нужд хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения;
– автоматизация, диспетчеризация и контроль инженерного оборудования жилых и общественных зданий с использованием передачи данных по коммуникационным системам и организации единого рабочего диспетчерского пункта на базе персонального компьютера.
На данный момент на рынке представлено значительное количество различных инженерных решений и оборудования, в том числе с применением зарубежного опыта, которые определяют подходы по подбору и использованию при проектировании инженерного оборудования, применяемого при организации систем водоснабжения и водоотведения. Решения базируются на современных принципах и требованиях к инженерным системам с учетом представленного на рынке оборудования и опыта его эксплуатации.
Нормальная работа систем внутреннего водоснабжения и канализации является важным фактором комфортности местопребывания людей, а в ряде случаев – и их безопасности (при совмещении с системой противопожарного водоснабжения). Оснащение системы инженерным оборудованием должно осуществляться с учетом имеющихся нормативных требований к обустройству жилых и общественных зданий. Отсутствие единых (общеустановленных) стандартов в данном направлении инженерного оснащения приводит к неопределенности требований технических заказчиков, отсутствию критериев должного уровня работы оборудования, ошибкам на различных этапах при подборе и его использовании в проекте. Последствиями существующего положения являются нарушения в вопросах безопасности и их функциональные недостатки, означающие необоснованное (неэффективное) расходование ресурсов и, следовательно, несоблюдение требований закона [1].
С учетом возросших требований к качеству жилья и уровня используемых водоразборных систем и оборудования в жилых и общественных зданиях необходимо определение уровня соответствующих эргономических параметров. Кроме основных параметров водопотребления (расход, напор и качество воды), также следует отметить необходимость однозначного определения вопросов обеспечения и контроля уровня звукового давления как в помещениях зоны размещения монтажа инженерного оборудования, так и в примыкающих к нему помещениях.
За последние годы произошли существенные изменения в подходе к подбору инженерного оборудования (в т.ч. в плане исключения избыточности параметров) и в техническом уровне доступности оборудования. Разработка оптимальных решений при разработке проектов строительства и реконструкции требует наличия методического и технического (диагностического) обеспечения.
Основные исходные требования, которые должны предъявляться к проектным решениям: энергоэффективность, актуальность (использование инновационной составляющей), должная степень автоматизации и автономности, надежность, обеспечение качественных услуг для потребителей, технико-экономическая обоснованность и целесообразность (с учетом полного цикла эксплуатации инженерных систем и всех сопутствующих затрат).
При разработке документации необходимо обеспечить общую структуру подачи информации: исходные данные (условия, при которых целесообразно применять решение); общее описание (пояснение выгоды применения решения); инструкция по проработке решения под конкретную задачу (основные характеристики оборудования, особенности подбора, оформление документации); варианты применения решения, включая основные схемы функционирования.
Разработка и внедрение в практику современных проектных решений – это реальный путь, обеспечивающий совмещение вопросов энергоэффективности и модульного построения инженерных систем в ходе проектирования и строительства.
Для реализации основных особенностей систем водоснабжения зданий повышенной комфортности c массовым пребыванием людей при разработке проектной документации, по сравнению с современной практикой проектирования систем, необходимо выполнять многовариантное проектирование, анализируя надежность, функциональность, ресурсосбережение на всех этапах проектирования.
На начальных стадиях проектирования необходимо обеспечить не только водный, но и водохозяйственный и энергетический баланс здания, которое по количеству и разнообразию потребителей сопоставимо с крупным микрорайоном обычной застройки. В балансе следует подробно рассмотреть потребности в воде с выделением питьевой, хозяйственной, технологической, противопожарной потребностей. Анализ нескольких вариантов балансов с использованием оборотных, последовательных схем водоснабжения, утилизации тепловых ресурсов, возобновляемых источников энергии позволит оптимизировать состав систем, нагрузки на них, снизить общее водо-, тепло-, электропотребление.
Для повышения надежности целесообразно разделять системы различного назначения, так как надежность специализированных систем обычно выше, чем универсальных [5].
Все насосные агрегаты и другое оборудование должны иметь системы автоматизации, диспетчеризации и управления с возможностью ручного и дистанционного управления. Желательно эти системы интегрировать в автоматизированную систему управления зданием.
Размеры помещения для размещения насосных агрегатов, трубопроводов, водопроводной арматуры, электрических щитов силового оборудования и автоматики необходимо определять в соответствии с нормативными документами, а также с учетом удобств эксплуатации инженерного оборудования, расположенного в помещении насосной станции.
Шум и вибрация в помещениях здания от насосных агрегатов (кроме пожарных) не должны превышать допустимых значений, установленных в санитарных нормах.
Для обеспечения бесперебойной подачи воды необходимого качества потребителям в течение длительной эксплуатации внутридомовых систем (более 50 лет) при изменяющихся параметрах внутренних и наружных водопроводных сетей необходимо повышать надежность систем по герметичности. В связи с большим количеством мест водоразбора на надежность системы по герметичности значительное влияние оказывает качество и долговечность уплотнительных элементов. На гидравлическую надежность системы водоснабжения большое влияние оказывают потери воды, которые перегружают водопроводные сети и сооружения, в результате чего часть высокорасположенных потребителей не получает воду. Борьба с потерями воды и рациональное ее использование повышают общую гидравлическую надежность системы [3].
Энергосбережение в водоснабжении и водоотведении должно строиться на основе следующих мероприятий: учет водоподачи, затрат на энергоснабжение и сокращение их потерь; сокращение количества непроизводительного ручного труда (сокращение численности обслуживающего персонала); повышение КПД технологического оборудования за счет энергосберегающих технологий; создание автоматизированных информационных систем сбора данных и управления инженерными сетями и объектами; оперативность и оптимальность управления технологическими объектами; информированость общественности о результатах реализации мероприятий по энерговодосбережению.
