Журнал Полимерные трубы - Производство и качество

Внедрение современной трубопроводной арматуры как метод снижения потерь воды и повышение энергоэффективности

Снижение физических потерь воды и повышение энергоэффективности водопроводных сетей и станций является важной задачей как в Украине, так и во всем мире. Описан метод снижения потерь воды, разработанный Международной водной ассоциацией (IWA) и основанный на работе по четырем направлениям: регулирование давления в сети; поиск и устранение утечек; своевременное обслуживание, ремонт и замена арматуры и трубопроводов; оперативное устранение аварий на сети. Комплексная работа по этим направлениям позволяет снизить потери воды до экономически приемлемого уровня. Простыми и эффективными мероприятиями в этом плане являются замена запорной арматуры, а также внедрение современной предохранительной, ремонтной арматуры и клапанов регулирования давления в сети. 

Во многих украинских городах более 50 % очищенной воды не доходит до конечного потребителя из-за утечек в распределительных водопроводных сетях. Потери очищенной питьевой воды – это потери электроэнергии, затраченной на ее производство и подачу, а также других материальных затрат, составляющих ее себестоимость. 

Проблема потерь воды носит глобальный характер – ежегодно недополученный доход водопроводных компаний в мире составляет более 18 млрд. долларов. В развитых странах материально исчисляемые потери от неучтенных расходов воды даже выше за счет более высоких тарифов на питьевую воду. В странах СНГ средний тариф на воду примерно в 2 раза ниже, чем в Европе, однако недополученный доход оценивается в 3,5 млрд. долларов [1]. 

Недополученная прибыль Водоканалов складывается из физических потерь воды и мнимых потерь, связанных с погрешностями измерений, учета, нелегальными подключениями и неплатежами абонентов. Борьба с мнимыми потерями важна, но носит, скорее, административно-организационный характер. Снижение фактических потерь воды – это многоплановая технологическая задача, работа над которой приносит положительные результаты как с точки зрения экономики, так и в аспекте устойчивого развития водопроводного хозяйства. 

Основными источниками физических потерь воды являются: скрытые потери при транспортировке по сети (90 % всех утечек по сети); потери при авариях; незарегистрированные подключения; протечки через уплотнения запорной арматуры на станциях водоподготовки, насосных станциях; переливы из резервуаров; неустранимые потери, связанные с расходом на собственные нужды, а также естественная убыль воды. 

Потери воды приводят не только к недополучению прибыли, но и к перерасходу электроэнергии, затраченной на ее производство. Помимо утечек существуют еще два фактора, которые приводят к нерациональному использованию электроэнергии, – это дополнительные потери напора в сети из-за «воздушных карманов» и создание избыточного давления в связи с отсутствием зонирования и регулирования давления. 

Основная причина сложившейся ситуации заключается в высоком уровне износа труб и инфраструктуры сетей. Износ коммуникаций составляет 50–60 %, а в некоторых городах превышает 80 %. Неудовлетворительное техническое состояние коммунальной инфраструктуры является причиной высокого уровня потерь воды и большого числа техногенных аварий. К сожалению, в большинстве случаев скорость износа сетей опережает плановый ремонт и замену, вследствие чего количество разрывов на коммунальных трубопроводах увеличивается с каждым годом. В среднем на каждом третьем-четвертом километре водопроводной сети происходит по одной аварии в год [2]. 

Расходы на устранение аварий также являются существенным источником затрат, которые можно сократить. 

В Международной водной ассоциации (IWA) существует группа специалистов, работающая над задачей сокращения потерь воды. Этой группой разработана и успешно опробована методика сокращения потерь воды (рис. 1) [3]. 

 

Рис. 1. Схема мероприятий по снижению потерь воды 

Методика предусматривает работу по четырем направлениям: регулирование давления в сети; поиск и устранение утечек; своевременное обслуживание, ремонт и замена арматуры и трубопроводов; оперативное устранение аварий. 

Комплексная работа по этим направлениям позволяет снизить потери воды до экономически приемлемого уровня. При этом необходимо понимать, что финансовые вложения в эти направления не только жизненно необходимы для поддержания водопроводных систем, но и являются окупаемыми инвестициями. 

В настоящее время очевидно, что дальнейшее развитие и надежная эксплуатация коммунальных систем невозможны без значительных инвестиций в их обновление. Принимая во внимание сложности и расходы, связанные с проведением работ в городской черте, важно выбирать надежное оборудование с длительным сроком эксплуатации, с кратчайшими сроками монтажа, не требующее регулярного обслуживания. 

Внедрение современной трубопроводной арматуры позволяет добиться определенных результатов в плане снижения потерь воды и повышения энергоэффективности предприятия при условии правильного выбора типа арматуры и гарантий ее качества. 

Замена запорной арматуры. Утечки через уплотнения арматуры – основная причина потерь воды на станциях водоподготовки и в сети. Замена устаревшей запорной арматуры современной позволяет решить эту проблему на десятилетия вперед, поскольку срок службы такой арматуры составляет 50 лет. 

Важным моментом является выбор типа арматуры с учетом условий эксплуатации. Достаточно часто заказ, пройдя через цепочку «региональный дилер – прямой дилер – завод-изготовитель», теряет часть важной информации и в итоге заказчик получает не совсем оптимальное решение. К примеру, наиболее компактными являются дисковые затворы межфланцевого типа (рис. 2), которые могут применяться в различных средах, в том числе агрессивных (в реагентном хозяйстве), поскольку вся поверхность, контактирующая со средой, покрывается полимерными материалами, а диск может быть изготовлен из нержавеющей стали.  

Рис. 2. Межфланцевые поворотно-дисковые затворы 

Наиболее простым и надежным видом запорной арматуры являются клиновые задвижки. Применение такой задвижки наиболее обосновано на технологических участках, где она может долгое время оставаться в одном положении, например открытой, при этом в нужный момент ее можно легко закрыть. Однако клиновые задвижки совершенно не предназначены для регулирования расхода воды. 

При эксплуатации запорной арматуры в частично открытом положении многократно увеличивается скорость потока, возникает риск кавитации. В принципе для дросселирования необходима специальная регулирующая арматура, например игольчатые, мембранные клапаны или клапаны вентильного типа (рис. 3). 

 

Рис. 3. Игольчатый клапан для регулирования расхода воды

В определенных условиях для регулирования потока можно использовать поворотно-дисковые затворы. При этом ключевым моментом являются конструкция, качество изготовления и сборки таких затворов. Разницу между арматурой премиум-класса и более дешевыми вариантами легко заметить именно при дросселировании. Вибрация и звук от колебаний диска в потоке характеризуют качество его изготовления и сборки. Например, компания «Эрхард» выпускает поворотно-дисковые затворы, конструкция которых исключает колебания диска в потоке благодаря инновационному соединению приводного вала и диска без зазоров. Это надежное решение, позволяющее в некоторых случаях применять затвор для дросселирования. Тем не менее, возможность использования затворов для регулирования необходимо оценивать, исходя из конкретных условий, с учетом скорости потока и перепада давления. Специальные программы гидравлического расчета позволяют оценить риски при дросселировании и подобрать арматуру, которая будет надежно функционировать. 

На участках, где арматура эксплуатируется постоянно (например, затворы на трубопроводах фильтров, которые открывают и закрывают каждый день), идеальным решением являются поворотно-дисковые затворы с двойным эксцентриком. Их конструкция позволяет равномерно распределять нагрузку на уплотнение, что обеспечивает долгий срок службы при большом количестве циклов (рис. 4).

 

Рис. 4. Поворотно-дисковые затворы с двойным эксцентриком 

Замена арматуры позволяет устранить утечки и обеспечить значительную экономию электроэнергии. Дренажные трубы для промывки фильтров всегда больших диаметров (800–1200 мм), поэтому даже небольшое нарушение герметичности приводит к колоссальным потерям воды. Так, например, замена всех дренажных затворов водостоков фильтров Ду 1200 мм на насосно-фильтровальной станции позволила отключить один насос мощностью 1,6 МВт на насосной станции первого подъема за счет снижения водопотребления [4]. Таким образом, инвестиции в замену арматуры могут принести экономию довольно быстро. 

Внедрение предохранительной арматуры. В условиях дефицита финансирования предохранительная арматура, как правило, используется по остаточному принципу или только в случае очевидной необходимости, например, после насосов. В то же время обратные клапаны и вантузы, защищая трубопроводы и инженерные сооружения от негативных воздействий, продлевают срок службы ветхих трубопроводов, что обеспечивает дополнительную отсрочку их замены. 

Установка достаточного количества вантузов на сети также позволяет снизить энергозатраты и аварийность. Не растворенный в воде воздух всегда присутствует в трубопроводах и скапливается в верхних точках, образуя воздушные карманы. Воздух повышает коррозионную активность воды, что негативно сказывается на сроке службы труб, а также снижает точность показаний приборов учета воды и создает дополнительное сопротивление (рис. 5). 

  

Рис. 5. Воздушный клапан с отсечной задвижкой на участке сети 

Вантузы с одним отверстием, которые автоматически ликвидируют воздушные карманы, рекомендуется устанавливать через каждые 500 м на прямых участках сети, перед запорной арматурой и в наивысших точках. Экономия электроэнергии за счет установки вантузов составляет от 5 до 10 % [5]. 

Оперативный ремонт аварийных участков сети. Более трети всех трубопроводов в Украине нуждается в замене, большинство аварий происходит по причине их ветхости. Работы по замене и восстановлению трубопроводов являются необходимым элементом устойчивого развития коммунальных систем. Современная соединительная арматура позволяет сократить сроки работ по перекладке трубопроводов, осуществить соединение труб разных диаметров из различных материалов, а главное, обеспечить герметичность стыков и долгий срок эксплуатации. Более 70% потерь воды в сети происходит в местах стыков трубопроводов, поэтому использование надежной соединительной арматуры не менее важно, чем качественные трубы. 

Для оперативного устранения аварий имеется широкий перечень ремонтных муфт и хомутов, которые позволяют быстро и качественно ликвидировать любые аварии – от текущей муфты до разрыва трубы. Во многих случаях установка ремонтных элементов возможна и на трубопровод, находящийся под давлением, что значительно снижает затраты и время на проведение ремонта. 

Регулирование давления в сети. Другая важная задача в управлении инфраструктурой коммунальных сетей – это продление срока службы эксплуатации трубопроводов при сохранении их рабочих характеристик. Для достижения этой цели наиболее эффективным решением является регулирование давления в сети (рис. 6). 

 

Рис. 6. Узел регулирования давления в сети: демонтажная муфта, фильтр, автоматический клапан понижения давления, клиновая задвижка 

Исследования Международной водной ассоциации (IWA) убедительно доказывают, что регулирование избыточного давления в сети оказывает значительное влияние на частоту появления новых протечек и разрывов трубопроводов. Снижение аварийности составляет от 23 до 90 %, что было продемонстрировано на примере 112 схем регулирования давления в десяти странах [6–8]. 

Таким образом, регулирование давления в сети не только снижает потери воды, но и дает дополнительное время на замену ветхих трубопроводов.

Автоматические регулирующие клапаны также включают различные виды арматуры для контроля уровня воды в резервуарах. Данные механические устройства позволяют контролировать заполнение резервуара без внедрения средств автоматизации. В результате исключаются утечки, связанные с переливом воды из резервуаров.

Выводы

Комплексный подход к проблеме потерь воды позволяет снизить их до экономически приемлемого уровня и повысить энергоэффективность предприятия. Замена запорной арматуры, а также внедрение современной предохранительной, ремонтной арматуры и клапанов регулирования давления в сети являются простыми и эффективными мерами, охватывающими основные направления комплексного подхода Международной водной ассоциации к вопросу снижения потерь воды. Выбор надежной и качественной арматуры с длительным сроком службы и безотказной работой обеспечивает окупаемость инвестиций и позволяет изменить ситуацию бесконечного «латания дыр» в сторону планомерного обновления и устойчивого развития.

Автор:  С.Г. Зайцева, генеральный директор ООО «ТАЛИС»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.   Исследования компании MIYA: http://www.miya-water.com/data-and-research/facts-about-water-loss.

2.  Круглик С.И., Жуков Н.Н.Проблемы и перспективы совершенствования законодательства в областиохраны окружающей природной среды // Аналитический вестник Совета Федерации ФС РФ.–  2001, № 4 (134).

3.   Fanner P. Assessing real water losses: a practical approach // Water 21. – 2004. April.

4.   Астраханцев Д.В., Кирсанов А.А., Сопыряев М.Н., Зайцева С.Г. Применение современной трубопроводной арматуры на объектах МП «Самараводоканал». – «Водоснабжение и сантехника». – 2011, № 9, ч. 2.

5.   Wisner P.E., et al. Removal of air from water lines by hydraulic means // Journal of Hydraulic Division. – ASCE, 1975.

6.   Thornton J., Lambert A. Progress in practical prediction of pressure/leakage, pressure/burst frequency and pressure/consumption relationships: Proceedings of IWA Special Conference «Leakage 2005». – Halifax, 2005. September.

7.    Pearson D. et al. Searching for № 2: How does pressure reduction reduce burst frequency: Proceedings of IWA Special Conference «Leakage 2005». – Halifax, 2005. September.

8.    Fantozzi M., Lambert A. Including the effects of pressure management in calculations of economic leakage level: Proceedings of IWA Special Conference «Water Loss 2007». – Bucharest, 2007. September.

 

 

 

 

 

ЖУРНАЛ ПОЛИМЕРНЫЕ ТРУБЫ - УКРАИНА