Загальні вимоги до проектування і будівництва систем питного водопостачання

Рис. 1.Функція щільності розподілу необхідної і забезпеченої витрати води системою

Загалом, дві основні категорії систем водопостачання — виробничого й комунального — істотно розрізняються:

- за характером виконуваних функцій;

- режимом роботи;

- методами визначення їхніх розрахункових параметрів.

Так, у системах виробничого водопостачання ми маємо зазвичай детермінований і «керований» процес водовикористання, який обумовлений режимом технологічного процесу.

ВИСНОВОК: Як величини питомого водоспоживання на 1 т продукції, на окремі виробничі установки в одиницю часу, так і загальні об'єми водоспоживання, а також режими відбору води можуть бути в більшості випадків достатньо точно визначені в результаті технологічних розрахунків.

У системах комунального водопостачання визначення вище наведених параметрів їхньої роботи значно ускладнюється.

Такі системи водопостачання населених місць належать до систем масового обслуговування.

Відбір води з них у кожен окремий момент часу є сумою запитів (відборів води) споживачів.

Ніяке «вольове» регулювання цих відборів практично неможливе.

Сумарні відбори води жителями з мережі міського водопроводу є випадковими величинами, які обумовлені поєднанням різних випадкових подій.

ВИСНОВОК: Таким чином, для створення можливості нормального функціонування систем комунального водопостачання необхідне виконання глибокого аналізу статистичних закономірностей процесів водовикористання.

Не дивлячись на випадковий характер подій, що впливають на змінюваність у часі кількостей води, яка відбирається із системи, присутні деякі категорії загальних причин, що визначають характерні зміни водоспоживанні.

Сумарний обсяг водоспоживання міста зазнає наступні зміни в часі:

1) щорічне збільшення або зменшення витрат води в процесі експлуатації (трент);

2) циклічні (періодичні) зміни добових витрат, пов'язані з порою року, кліматичними умовами (температурою повітря, погодою), сезонною міграцією населення;

3) коливання погодинних витрат води протягом кожної окремої доби, коливання обумовлені режимами життя населення, режимом роботи промисловості, ступенем індустріалізації міста, режимом роботи всіх видів транспорту і випадковим поєднаннями низки таких подій, як трансляцією популярних серед населення телепрограм, видовищних заходів, спортивних змагань тощо.

ВИСНОВОК 2: 1)Очевидно, система водопостачання повинна бути здатна задовольняти вимоги споживачів води постійно, включаючи розрахунковий відбір води в «пікові години» доби найбільшого водовідбору за останній рік експлуатації міського водопроводу (або його розширення, реконструкції).

2) Питомі витрати води, які припадають на одного мешканця за добу, для різних категорій благоустрою, і коефіцієнти нерівномірності водоспоживання протягом року (доби) і на протязі години визначаються в результаті обробки фактичних даних про водоспоживання, узагальнення статистичних даних, які наводяться в нормативних документах із проектування систем водопостачання.

Норми дають лише наближені й усереднені показники можливих коливань витрат води.

Розрахункові витрати (за останній рік експлуатації водопроводу) до моменту його реконструкції визначаються шляхом прогнозування зростання чисельності населення й питомої норми водоспоживання з урахуванням ступеню благоустрою помешкань.

ВИСНОВКИ: 1)Таким чином, усі використані раніше методи визначення основних розрахункових параметрів водоспоживання не можуть претендувати на велику точність.

2) Унаслідок неточності прогнозування може виникнути істотна розбіжність між фактичними потребами населення у воді в окремі проміжки часу, і можливостями системи (продуктивністю), тобто відмова системи.

ПРИКЛАД: Спроби споживачів відібрати з водопровідної системи більше води, чим вона може подати (при нормальному функціонуванні), призводять до падіння тиску із системі, і до ще більшого погіршення умов водокористування.

Подібна відмова систем виникає не в результаті яких-небудь несправностей або аварій у системі (або її окремих спорудах), а є наслідком лише того, що фактичні потреби споживачів у воді в даний період перевищують передбачувані й визначені в результаті прогнозування.

ВИСНОВОК: Своєчасно встановленее відставання потужності системи від швидко зростаючих потреб у воді споживачів у продовж розрахункового терміну може бути попереджене в разі дострокового завершення будівництва споруди й введення в експлуатацію нових потужностей і обладнання для подачі води.

Неточності прогнозування можуть бути й при визначенні темпів зростання водоспоживання протягом розрахункового терміну роботи водопроводу (до його розширення або реконструкції) і циклічних змін режиму водоспоживання в окремі доби року й в окремі години доби.

У відповідності з існуючими (затвердженими в установленому порядку) нормативами система міського водопостачання в цілому повинна забезпечити подачу споживачам розрахункових максимальних добових витрат води.

По цій же витраті води повинно бути вибране й джерело водопостачання.

ПРИМІТКА: У світовій практиці системи міського водопостачання проектуються на забезпечення розрахункових годинних витрат.

Надійність систем комунального водопостачання визначається не тільки законами розподілу випадкових подій, що викликають порушення нормального (запланованого) процесу їхнього функціонування, але й в установлені розрахункових параметрів цього процесу потребують певної ймовірнісної оцінки.

ВИСНОВОК: Усе сказане переконує в необхідності проведення систематичних спостережень за фактичним режимом водоспоживання населених місць, обробки отриманих статистичних відомостей і встановлення числових показників надійності (забезпеченості) пікових навантажень системи.

Сучасні системи міського водопостачання є складним комплексом окремих підсистем (споруд, устаткування), що включають, у свою чергу чисельні й різноманітні елементи: механізми, установки, пристрої, арматуру, прилади, трубопроводи й ін.

Основними підсистемами (спорудами або комплексами споруд) систем водозабезпечення є водоприймальні споруди, насосні станції, очисні споруди, ємкісні споруди, водоводи, водопровідні мережі.

Природно, що до цього переліку основних штучних споруд повинні бути додатково внесені природні водоймища, які використовуються як джерела водопостачання, а також система енергопостачання, що забезпечує роботу насосних станцій і встаткування та й інші споруди в системі водопостачання.

ВИСНОВОК: Необхідна надійність систем водопостачання може бути визначена тільки в результаті комплексного розгляду всього запроектованого «ланцюга» водопровідних споруд (технологічна схема від джерела до споживача) і обліку їхньої ролі в спільній роботі.

Зрозуміло, і сам вибір джерела повинен бути проведений на основі ретельного аналізу статистичних даних про коливання водозабезпечення.

ВИСНОВКИ: 1) Відмова одного елементу підсистеми водопостачання не приводить до відмови відповідних споруд, і тим більше системи в цілому.

Навіть відмова деяких споруд зазвичай не приводить до повної відмови системи, тобто до припинення водоподачі, а може викликати лише деяке зниження розрахункового рівня водозабезпечення, яке в деяких випадках є припустимим, а іноді й перевищує допустиму внормовану межу.

2) Вимоги до надійності системи водопостачання повинні встановлюватись, виходячи з інтересів водоспоживачів.

3) Система повинна бути влаштована так, щоб випадкові події не спричинили неприпустимих порушень нормального водозабезпечення.

2. Класифікація систем водопостачання за ступенем надійності

Основною функцією системи водопостачання є забезпечення об'єкту, який вона обслуговує (міста, промислового підприємства, будь-якого комунального або громадського об'єкту) водою:

в заданих кількостях,

заданої якості,

підтримка необхідних напорів у системі розподілу води.

Виконання всіх висунутих до системи водопостачання вимог забезпечує нормальний рівень якості функціонування.

У процесі експлуатації можуть виникати різні порушення нормальної роботи окремих споруд і елементів системи, що неминуче викликає певні порушення нормальних функцій системи в цілому, тобто призводить до зниження нормального рівня водопостачання обслуговуваного об`єкта.

Припустимі межі такого зниження передбачаються (або повинні передбачатися) у відповідних нормативних документах.

При цьому, повинні регламентуватися:

перерви в подачі води;

їхня припустима тривалість,

ступінь зниження подачі, що допускається,

тривалість періодів понижень подачі.

Повинна бути встановлена гранично допустима частота повторення подібних порушень нормальної роботи.

Якщо в результаті яких-небудь причин зниження експлуатаційних показників перевершує допустимі межі, то відбувається «відмова системи».

Найбільш серйозний вплив на процес погіршення роботи систем можуть мати відмови джерел водопостачання, аварії водоприймальних споруд, припинення подачі електроенергії (наприклад, у наслідок виникнення аварій в енергосистемі).

Подібні події можуть привести до відмов системи в цілому.

Діюча система водопостачання може перебувати в наступних станах:

а) повної працездатності – може водозабезпечувати споживачів на нормальному (розрахунковому) рівні;

б) неповної працездатності – може водозабезпечувати споживачів на рівні, не більше пониженого в порівнянні з нормальним (розрахунковим), але не нижче встановленої нормами допустимої межі;

в) непрацездатності (стан відмови) – система не може виконувати функції водозабезпечення споживачів на нормальному, розрахунковому або допустимому рівні.

Для кожної експлуатованої або запроектованої системи водопостачання повинен бути чисельно оцінений вплив відмов окремих елементів, і споруд на якість її функціонування в цілому.

Крім того, функціонування систем водопостачання в значній мірі залежить від характеру процесу водоспоживання.

Оцінка роботи системи водопостачання може бути проведена за «рівнем якості функціонування» (відношення характеристики якості функціонування системи в деякому, даному стані до відповідної характеристики в справному стані), та «вихідному ефекту» (отримуваний при експлуатації системи за заданий інтервал часу).

Конкретні показники оцінок вибираються в залежності:

ü від призначення,

ü типу

ü характеру роботи системи.

Для оцінки якості виконання основної функції систем водопостачання можуть бути прийняті:

w витрати води;

w співвідношення цих кількостей для періодів порушеного й нормального функціонування системи водопостачання;

w показники необхідної якості води й тиску;

w сумарної тривалості періодів зниження якості функціонування до загального календарного терміну експлуатації.

При цьому повинна враховуватися також глибина (ступінь) можливих знижень рівня якості функціонування системи.

Істотне значення для оцінки якості функціонування мають також тривалість і частота повторюваності періодів погіршення функціонування.

Для будь-яких оцінок погіршення якості функціонування необхідно мати встановлені (нормативні) «рівні», у порівнянні з якими може бути виявлене й виміряне (оцінено) спостережуване фактичне зниження.

Тільки маючи такі «нормативні рівні», можливо робити висновки про те, чи є спостережуване зниження рівня водозабезпечення відмовою системи (виключаючи, звичайно, випадки повного припинення подачі води споживачам).

Експлуатаційні показники повинні включати характеристику нормального (розрахункового) рівня водозабезпечення, тобто розрахунковий обсяг водоспоживання об'єкту, що обслуговується в розрахунковому режимі водоспоживання, допустимі межі зниження (у аварійних ситуаціях), розрахунковий рівень якості води, допустимі границі його зниження.

У нормативних документах із проектування систем водопостачання (СНиП 2.04.02-84 [25], а також у ВБН 46/33-2.5-5-96 [1] – для с/г водопроводів) містяться вказівки про допустимі зміни якості функціонування цих систем.

Так, усі цетралізовані системи водопостачання поділені на три категорії за ступенем забезпечення надійності водозабезпечення споживачів.

При цьому, вказано, що споживачі всіх трьох категорій допускають тимчасове зниження подачі води на 30% від розрахункового рівня розрахункової витрати на господарсько-питні потреби й на виробничі потреби до межі, яка встановлена аварійним графіком роботи підприємств, при тривалості періодів такого зниження:

· для І категорії – протягом не більше як до 3 діб;

· для ІІ категорії – до 10 діб;

· для ІІІ категорії – до 15 діб.

Перерви подачі води допускаються тільки на час виключення пошкоджених і включення резервних елементів системи (устаткування, арматури, споруд, трубопроводів і ін.):

- для І категорії – на термін не більш, ніж 10 хвилин;

- для ІІ категорії – допускається не довше, ніж 6 годин;

- для ІІІ категорії – допускається не довше, ніж 1 доба (24 години).

Для деяких підприємств розрахункові витрати води змінюються в окремі пори року, наприклад, у зв'язку зі зміною температури води джерела (на підприємствах, що використовують воду для цілей охолоджування).

У системах виробничого водопостачання заплановані розрахункові рівні й режими водокористування фактично забезпечуються в процесі експлуатації.

Залежно від характеру технологічного процесу можуть установлюватися допустимі межі тимчасових порушень нормального водозабезпечення на час ліквідації пошкоджень у системі водоподачі.

ПРИКЛАД: Так, для деяких галузей промисловості допускаються незначні відхилення від розрахункового рівня водозабезпечення, що вимагає відповідного підвищення надійності систем водопостачання.

На системи водопостачання, зазвичай, покладається як завдання подачі води на потреби пожежогасіння, так і створення у водопровідній мережі необхідного тиску.

ВИСНОВОК: У будь-який момент своєї роботи система водопостачання повинна забезпечувати підведення води до заданих точок відбору води (одної або кількох) у кількості, що необхідна для гасіння пожежі.

Відбір води на пожежогасіння приводить систему водопостачання в абсолютно новий стан.

Системи водопостачання також повинні забезпечувати необхідну якість поданої води.

В усіх випадках система водопостачання починається з джерела й водозабірної споруди, яка отримує воду з нього.

Вони й повинні в першу чергу забезпечити водою всю систему, обумовити надійність подачі води й диктують вибір ланцюга споруд у складі цієї системи.

ВИСНОВОК: Якщо джерело не зможе забезпечувати водою систему, а водозабір неспроможний забезпечувати забір води, про надійність споруд, які продовжують ланцюг споруд водопостачання і всієї системи в цілому вже не йдеться.

3. Забезпечення надійності систем водопостачання на стадії проектування

Загальні вимоги до проектування і будівництва систем питного водопостачання

3.1.1Вимоги до проектування

При проектуванні систем питного водопостачання повинні виконуватися вимоги законодавства:

Ø по санітарно-епідеміологічному благополуччю населення,

Ø дотримуватися норми земельного, лісового, водного законодавства, законодавства про надра, про тваринний світ, про охорону навколишнього середовища, про природні території, що особливо охороняються про лікувально-оздоровчі місцевості і курорти,

Ø норми про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій природного і техногенного характеру.

Для забезпечення населення питною водою на випадок виникнення надзвичайних ситуацій проектуються системи резервного водопостачання по нормах надзвичайних ситуацій.

Проектування систем питного водопостачання повино здійснюватися з урахуванням необхідності використання найкращих та доступних технологій в області питного водопостачання, прогресивних технічних рішень, з автоматизацією технологічних процесів.

Проектно-кошторисною документацією по об'єктах водопостачання повинні бути передбачені роботи із наладки і пуску в експлуатацію, а також розробка технологічних регламентів по експлуатації.

Потужність систем питного водопостачання, що будуються і реконструюються, визначається генеральним планом розвитку об'єктів водоспоживання.

Норми питомого водоспоживання на господарсько-питні потреби встановлюються органами місцевого самоврядування на підставі санітарно-гігієнічних потреб людини.

Потужність систем питного водопостачання не може перевищувати допустимого відбору води з джерел водопостачання.

Станції підготовки питної води повинні бути розраховані на рівномірну, безперебійну подачу води протягом доби при максимальному водоспоживанні з можливістю обліку і моніторингу, з технічною можливістю:

• одночасного відключення їх окремих споруд для профілактичних оглядів, очищення і планово-запобіжних ремонтів;

• витрачання води на власні потреби станції, при пожежогасінні (за умови зберігання тригодинного протипожежного запасу води в резервуарах чистої води станції).

Технології і споруди, передбачені в проектах на будівництво станцій підготовки питної води, повинні забезпечувати її відповідність нормативам якості як в звичайних умовах, так і в умовах сезонних змін якості води в джерелі питного водопостачання.

Вимоги до вибору і обгрунтування технологічних схем підготовки питної води встановлюються залежно від прогнозних оцінок зміни якості води в поверхневих і підземних вододжерелах на розрахунковий термін експлуатації станцій водопідготовки і техніко-економічних показників порівнюваних технологій.

При проектуванні технологічних систем (об'єктів), у тому числі і водопостачання, показники економічної ефективності, надійності і якості в загальному випадку можна виразити через систему цільових функцій:

, (4)

де перший вираз системи - загальні приведені затрати;

другий — характеризує надійність об'єктів;

третій — якість об'єкта,

Е_н — нормативний коефіцієнт порівняльної економічної ефективності;

K_i — капіталовкладення на будівництво об`єкта;

C_i — приведені річні експлуатаційні витрати для порівнювального варіанта;

P_i(t) — показник надійності об`єкта (наприклад, імовірність безвідмовної роботи, коефіцієнт готовності, коефіцієнт оперативної готовності);

P_min — мінімальний допустимий показник надійності об`єкта (системи), який забезпечує його окупність упродовж нормативного строку ;

П_min — допустимий мінімальний показник якості, який забезпечує ефективне використанняоб`єкта (системи).

Часто умова P(t) ≥ P_min виконуєтьсятільки за рахунок надлишковості елементів (резервування).

Наприклад, для підвищення надійності подачі води насосними станціями встановлюють резервнінасоси, що призводить до збільшення капітальнихзатрат і збільшенняексплуатаційних затрат, пов'язаних із профілактичнимобслуговуванням резервних агрегатів. У цьому разі,виконуючи оцінку порівнювальної ефективності об'єктів (систем),приведені затрати (ПЗ) потрібно звести до рівноцінних обсягів роботи (продукції).

Наявність тотожності корисних результатів зводить усі розбіжності порівнюваних варіантів до однієї відмінності затрат, які зумовлені виробництвомпродукції (роботи).

Ураховуючи імовірнісний характер порівнюваних обсягів продукції (роботи) привизначенні ППЗ, доцільно використати вираз:

, (5)

де — коефіцієнт зведення обсягів продукції (роботи) для ймовірнісних обсягів

, (6)

де А — обсяг продукції (роботи) імовірність отримання якого .

Залежність виду (6) характеризує фізичний мінімум, тобто пошук варіанта з найменшими витратами порівняно з іншими варіантами.

Розрахунок надійності на стадії проектування виконують для забезпечення технічних вимог на рівні надійності споруди, які встановлені державними чи галузевими стандартами, технічними умовами, нормативними документами із проведення планово-попереджувальних ремонтів, вимог споживачів, або замовників проекту.

Номенклатуру показників надійності встановлює організація, що розробляє технічне завдання на проектування, або модернізацію (реконструкцію) споруди (обладнання, машини, виробу).

Розрахунок надійності складних систем здійснюють по стадійно (на стадії технічного завдання, технічного та робочого проекту).

На стадії технічного завдання визначають три показники надійності для споруди (пристрою, виробу) у цілому й окремо:

гамма-відсотковий ресурс T_p._γ;

середній ресурс T_р.сер.;

імовірність безвідмовної роботи (лише для споруд (пристроїв, виробів третьої групи, що пов`язано з безпекою для життя людини).

На стадії технічного проекту показники уточнюють для складальних одиниць і деталей, вузлів розраховуючи їх для кожного конструктивного елемента.

Крім того, на стадії технічного проекту розраховують додатково ще й:

§ середній термін служби Т_сл.ср;

§ гамма-відсотковий термін служби Т_сл.γ;

§ напрацювання на відмову Т_від.;

§ коефіцієнт готовності К_г;

§ коефіцієнт технічного використання К_т.в..

ПРИМІТКА: Усі показники, окрім «напрацювання на відмову», розраховують для машин (обладнання, споруд) у цілому, а «напрацювання на відмову» — тільки для складальних одиниць.

Основну номенклатуру показників надійності та почерговість розроблення їх по стадіях проектування наведено в табл.1.

Усі показники надійності визначають на період експлуатації споруди до першого капітального ремонту (реконструкції), а якщо споруда не підлягає капітальному ремонту, то до її ліквідації й списання.

Коефіцієнт технічного використання, як правило, установлюють для споруди з безперервним режимом роботи.

Для простих виробів, що не мають у складі самостійних складальницьких одиниць, розрахунок надійності на стадіях технічного завдання та технічного проекту однаковий.

На стадії робочого проекту встановлюють вимоги до показників надійності окремих елементів споруди для забезпечення заданих імовірностей гарантованого неруйнування їх у конкретних умовах експлуатації за встановленими режимами навантаження. У разі необхідності виконують корегування значень нормованих показників надійності. Результати розрахунку надійності контролюють під час повузлових випробувань, на надійність і в підконтрольній експлуатації серійних виробів.

Таблиця 1

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: