Главная страница » Статьи » Утечки воды слишком дороги – снижение утечек с помощью регулирования и оптимизации режимов давления

Утечки воды слишком дороги – снижение утечек с помощью регулирования и оптимизации режимов давления

Устаревшие коммуникации трубопроводов, негерметичные уплотнения, старая или некачественная арматура, механические повреждения, а также ряд других факторов приводят к серьёзным утечкам и потерям воды в современных городских системах водоснабжения.

Утечку можно определить как неучтённую потерю воды в системе водоснабжения. Какова же цена утечек? Цена утечек складывается из непосредственно стоимости потерянной воды, дополнительных затрат на подготовку, очистку и подачу недостающей воды, а также из дополнительных капитальных вложений на увеличение мощностей водопроводных сетей, очистных сооружений, строительство новых насосных станций и т.д. В странах, где оплата воды производится потребителем по счетчику, структуры водоснабжения, не получают плату за воду потерянную до счетчика, а также за утечки не фиксируемые счётчиком.

В ряде стран в течение последних лет принимают активные меры по снижению утечек воды. Одним из наиболее эффективных методов является оптимизация и регулирование давления в водопроводных сетях с помощью автоматической регулирующей арматуры. В качестве примера таких систем можно привести Южно-Африканский пригород Кейптауна где регулировка давления привела к экономии 3 миллионов долларов в год, бразильский город Сан-Пауло снизивший затраты на 260 миллионов долларов в год, а также подобные проекты в Австралии, Великобритании, Японии, Словакии и ряде других стран.

 

Расход — функция давления.

 

Рассмотрим влияние давления в трубопроводе на расход и утечки воды. Основное уравнение, связывающее расход с давлением:

·

Q = Kv ,

ΔР — (Р вход — Р выход) в КГ/СМ

Q — расход в м3/ч Kv — коэффициент расхода в м3/ч; RD — относительная плотность, для воды — 1

В случае воды можно представить эту формулу в упрощённом виде как:

Q = Kv

А в случае расчета утечек воды, когда выходное давление (Рвыход) является атмосферным, т.е. равным нулю:

Q = Kv или Q = KvP05 или Q = KvPN1 ,

Экспонента N1 может изменяться в пределах от 0.5 до 2.5.

N1 — 0.5 в случае отверстия с «постоянной площадью сечения» и является таковой для металлических труб. С учётом изменения сечения при повышении давления, например в соединениях, а также при использовании неметаллических труб N1 — 1.5. В отдельных случаях N1 может достигать даже 2.5. Поэтому принято считать, что в больших системах водоснабжения, когда использованы различные виды труб, а также различные соединения N1— 1.0.

 

Таким образом, для больших систем соотношение расхода (утечки) прямо пропорционально изменению давления т.е.:

 

Q1/Q0 = P1/P0, где

 

Q1 — утечка из системы при давлении P1 ; Q0 — утечка из системы при давлении P0. В качестве наглядного примера стоимости утечек можно привести следующий простой расчет для отверстия с постоянным сечением:

*Евро: убытки в Евро в год, при стоимости воды 0,80 Евро/м3 (Средняя цена в 23 европейских странах без тарифов за водоотведение)

Рис 1 Давление в сети как функция расхода

Потребление воды не равномерно.

 

Минимальное давление в системах водоснабжения рассчитывается с учётом всех потерь для критического узла. Критическим узлом мы называем точку, находящуюся на максимальном удалении от источника давления (насосной станции, водонапорной вышки), см. Рис 1.

Известно, что расход воды в системах водоснабжения изменяется с достаточно постоянной цикличностью повышаясь до максимума в утренние и вечерние часы и снижаясь до минимума в ночные часы, см рис 2.

При этом давление в критическом узле изменяется с той же цикличностью, повышаясь до максимума при минимальном расходе в ночные часы, и снижается до минимума при максимальном расходе в часы пик.

 

Таким образом, задача регулировки давления сводится к поддержанию минимального переменного давления в системе, необходимого для обеспечения требуемого расхода в соответствии с цикличностью работы системы. Для наглядной демонстрации приведём пример работы такой системы в одном из европейских городков с трубопроводом ДУ200 подающим воду в район с населением около 1000 человек. Данные были собраны за 6 дней до и после установки регулирующего клапана с электронным управлением, регулирующим давление в зависимости от расхода. Графики регистрации изменения давления до и после установки регулятора показаны на Рис. 3.

Рис 2. Изменение расхода в течение суток

 

 Рис 3. Давление в критическом узле до и после установки регулятора

Данные до установки клапана: за 6 дней

Макс Расход       270 м3

Мин Расход         155 м3

Усредненный Расход 1275 м3

 

Данные после установки клапана: за 6 дней

Макс Расход       280 м3

Мин Расход         92 м3

Усредненный Расход 1116 м3

 

Из полученных данных следует, что после установки регулятора средний минимальный расход снизился со 155 до 92 м3/час за счет снижения утечек, т.е. в системе было сэкономлено 63 м3/час или 9672 м3 в пересчете на год. При стоимости воды 0.8 Евро/м3 экономия составляет 7737 Евро в год.

 

 

Реализация проекта.

 

Как пример успешной реализации принципа регулирования давления в зависимости от расхода приведём пример Южно-Африканского пригорода Кейптауна — Хаэлитша. Пригород расположен в 20 км от Кейптауна и насчитывает 450 тыс. жителей. Город снабжается водой из резервуара расположенного на высоте 110 м через две основные линии ДУ1065мм и ДУ450мм. Максимальное давление в трубопроводах достигает 8 атмосфер. В 2000 году потребление воды городом составляло 22 миллиона кубометров. При этом минимальный ночной расход составлял 1600 м3/ч, а средний дневной 2500 м /ч. Для регулировки давления в зависимости от расхода были установлены редукционные клапаны, управляемые программируемым контроллером. В результате реализации проекта за 2001 год минимальный ночной расход снизился до 750 м3/ч, а средний дневной до 1500 м3/ч. Таким образом, по оценке муниципалитета Кейптауна, годовая экономия воды составила 9 миллионов кубометров или 40% воды, изначально подаваемой в район. В дополнение наблюдалось значительное снижение объёма сточных вод поступающих на очистные сооружения города, в результате чего были сокращены капитальные вложения, предназначенные для расширения очистных сооружений.

Общая стоимость проекта по внедрению регулирования давления составила 380 тысяч долларов США, что привело к экономии 6.23 миллионов долларов за 2 года эксплуатации. Сводные данные по затратам и экономии за два года эксплуатации указаны в таблице 1.

 

Таблица 1. Затраты и экономия с января 2002 до декабря 2003

Описание Расчётные

данныеСэкономленный

объёмЭкономия в Миллионах Долларов СШАНепосредственная экономия воды в 2002 г. Непосредственная экономия воды в 2003 г. Сокращение кап. вложений на очистные сооружения.

Обслуживание и ремонт.0.34 $/м3 0.42 $/м3

30000 $/год9000000 м3 9000000 м33.06

3.77

0.294

-0,6Экономия за 2 года эксплуатации  6.23

 

 

Заключение.

Внедрение передовых технологий по регулированию и оптимизации давления в сетях водоснабжения приводит к значительному снижению затрат и экономии водных ресурсов.

В дополнение, за счёт понижения давлений наблюдается значительное снижение аварийных ситуаций связанных с разрывами трубопроводов и выходом из строя арматуры.

© ООО «Трубопроводные системы», 2016
Телефон: 8(3412)932-415, 8-800-333-15-80 Адрес: г. Ижевск, ул. Телегина, 30
Яндекс.Метрика