Оценка гидравлической эффективности эксплуатации трубопроводов - новое научное направление в сфере водоснабжения и водоотведения

В сфере водоснабжения и водоотведения как в сложном инженерном комплексе существуют следующие три главных направления эксплуатационной деятельности:

• 1)    эксплуатация сетей и сооружений на них для подачи и распределения воды питьевого качества;

• 2)    эксплуатация сооружений водоподготовки из подземных и поверхностных источников;

• 3)    эксплуатация канализационных очистных сооружений (КОС), включая выпуски стоков в водоемы.

Необходимо отметить, что для каждого из этих направлений основным являются трубопроводы, без знаний об эксплуатации которых каждое из перечисленных направлений не может существовать. Если нет трубопроводов, то нечего будет очищать. Поэтому трубопроводы систем водоснабжения и водоотведения следует рассматривать каждый отдельно от вопросов эксплуатации очистных водопроводных сооружений и канализационных очистных сооружений для обработки хозяйственно-бытовых сточных вод. Трубопроводы и сооружения на них (накопительные емкости, резервуары) можно сравнивать с кровеносными сосудами живых организмов. Если здоровы сосуды, то весь организм нормально работает и все его элементы (очистные сооружения – «печень» и «почки») работают эффективно [1, 2].

Эффективность работы любой трубопроводной системы определяется показателями, связанными с потреблением электрической энергии насосным оборудованием, транспортирующим воду питьевого качества или сточную жидкость. Если трубопроводная система функционирует в самотечном режиме движения жидкости, то основными показателями гидравлического потенциала трубопроводов будут являться – d _вн , V , i [3–5]. Таким образом, эффективность работы трубопроводов систем водоснабжения и канализации, находящихся в эксплуатации, показывает общую эффективность работы сооружений водопроводноканализационного хозяйства. Следовательно, тру-

бопроводные системы водоснабжения и канализации должны рассматриваться как инновационное научное направление в области водоснабжения и канализации, потому что к нему (направлению) относится целый перечень вопросов, связанных с разработкой новых проектов и проектов реконструкции изношенных трубопроводов, а также вопросов совершенствования эксплуатации сетей с целью снижения энергопотребления насосно-силовым оборудованием для подачи воды потребителям или сбросу очистных сточных вод в водоемы [6, 7].

Методы

Действующие в сфере водоснабжения и водоотведения нормативные требования предусматривают определенные подходы к оценке экономической эффективности эксплуатации инженерных сетей водоснабжения и водоотведения в городах и населенных пунктах, однако не выделяют отдельно вопросы оценки гидравлической эффективности их работы, поскольку трубопроводы водоснабжения и канализации из различных видов материалов являются гидравлической системой. Результаты аналитических исследований, выполненных авторами, подтверждают, что в качестве критерия необходимо использовать коэффициент гидравлической эффективности, вычисляемый по формуле [8–10]

_ ⁽ d ВРн ) ' V P ' i р

K эф =

( d ^ф н ) 2 • V ф • i Ф ,

где K _э ф – коэффициент гидравлической эффективности эксплуатации; d _вн – фактический внутренний диаметр труб, м; V _р – скорость в новой трубе, м/с; i _р – расчетный гидравлический уклон в новой трубе, м/м; V ф – фактическая скорость в трубе с d _вн , м/с; i ф – фактический гидравлический уклон на момент оценки, м/м.

Коэффициент гидравлической эффективности трубопровода, находящегося в эксплуатации, K эф – это показатель, показывающий изменение диапазона значений характеристик труб ( d _вн , V и i )

Таблица 1

Диапазон изменения значений K _эф для сетей водоснабжения

Значение величины K эф	Продолжительность остаточного использования трубопровода из стали и серого чугуна T исп , лет
0,95 < K эф ≤ 1	T исп ≥ 10 лет с ежегодным контролем значений фактических потерь напора i ф и толщины фактического слоя отложений σ ф
0,90 ≤ K эф ≤ 0,95	T исп ≥ 5 лет с ежегодным контролем значений i ф и σ ф
0,8 ≤ K эф ≤ 0,90	Трубопровод использовать нецелесообразно
K эф < 0,8	Трубопровод использовать недопустимо

Таблица 2

Диапазон изменения значений K _эф для сетей водоотведения

Значение величины Kэф Возможность продолжения дальнейшей эксплуатации сети 0,6≤Kэф≤1 Допустимо 0,5≤Kэф≤0,6 Необходимо выполнение работ по гидродинамической очистки Kэф ≤0,5 Недопустимо внутренних отложений ( σ – в водопроводных трубах и h – в сетях водоотведения).

Выводы

Табл. 1 и 2 являются обобщением результатов исследований, проведенных авторами на протяжении последних лет.

Предлагаемый инновационный научный подход при выполнении оценки эффективности эксплуатации сетей водоснабжения и канализации с внутренними отложениями по значению величины коэффициента гидравлической эффективности эксплуатации трубопроводов K _э ф позволяет:

• 1)    проводить анализ значений характеристик гидравлического потенциала трубопроводов с отложениями, влияющих на расход электрической

энергии в напорных системах водоснабжения или на необходимость выполнения работ по очистке канализационных сетей, работающих в самотечном режиме;

• 2)    определять остаточный период продолжительности эксплуатации трубопроводов до момента принятия решений в части проведения работ по реконструкции водопроводных сетей или необходимости гидродинамической очистки канализационных сетей с различной толщиной слоя осадка в лотковой части.

Предлагаемый подход является инновационным научным направлением в сфере водоснабжения и водоотведения и дает возможность прогнозирования остаточного периода продолжительности эксплуатации.