Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Ocena niezawodności pompowni wodociągowej o zadanej strukturze technicznej

Reliability assessment of water pumping station with known technical structure
Pompownia pośrednia na stacji uzdatniania wody „Cedron” w Wejherowie.
Pompownia pośrednia na stacji uzdatniania wody „Cedron” w Wejherowie.
Fot. Pomorskie Forum Wodociągowe

Pompownie drugiego stopnia stanowią strategiczny element infrastruktury miejskiej, który powinna charakteryzować wysoka niezawodność. Analizy niezawodnościowe pompowni pozwalają na identyfikację zagrożeń ich działania oraz umożliwią zwiększenie pewności dostaw wody. Przeprowadzenie takiej oceny niezawodności wraz z nawet pobieżną oceną potencjalnych kosztów realizacji inwestycji powinno się odbywać już na etapie projektowania pompowni.

System zaopatrzenia w wodę (SZW) to kompleks współpracujących ze sobą w sposób integralny obiektów i urządzeń, tj. ujęcia wody, zakładu jej uzdatniania, pompowni I oraz II stopnia, zbiorników i przewodów wodociągowych (łączących wymienione obiekty oraz przewodów stanowiących sieć dystrybucji wody). Ich głównym celem jest ciągła dostawa użytkownikom wody przeznaczonej do spożycia, w odpowiedniej ilości i pod odpowiednim ciśnieniem [1, 8].

Obecnie trudno zaakceptować brak ciągłej dostawy wody zarówno zwykłym odbiorcom, jak i wodochłonnym zakładom przemysłowym, które w wypadku awarii SZW, o ile nie mają rezerwowego źródła wody, zmuszone są do przestoju i ponoszą duże straty finansowe. Z tego właśnie względu systemy wodociągowe należą do tzw. krytycznej infrastruktury miejskiej, która powinna się charakteryzować wysoką niezawodnością działania [10].

Elementem odpowiadającym zarówno za ciągłą dostawę, jak i komfortowy pobór wody jest pompownia wodociągowa II stopnia.

W artykule dokonano oceny niezawodności pompowni w oparciu o znajomość jej struktury technicznej, przez którą rozumie się schemat połączeń głównych elementów ją budujących oraz struktury rezerwowania agregatów pompowych.

Analiza pozwoliła na: wyznaczenie newralgicznych elementów systemów obniżających niezawodność, określenie powstającego niedoboru wody w przypadku niesprawności systemu oraz zaproponowanie wariantu jego modernizacji i porównanie otrzymanych wartości.

Przy ocenie poziomu niezawodności rozpatrywanej pompowni na podstawie literatury przyjęte zostały wartości parametrów niezawodnościowych, tj. średni czas pracy między awariami (Tpi) oraz średni czas naprawy (Tni) poszczególnych elementów systemu.

Obiekt badań i zastosowane metody

Rys. 1. Schemat techniczny analizowanej pompowni; źródło: oprac. własne
Rys. 1. Schemat techniczny analizowanej pompowni; źródło: oprac. własne

Jako rozpatrywany obiekt przyjęto pokazaną na rys. 1 strukturę techniczną pompowni składającej się z pięciu agregatów pompowych połączonych równolegle oraz dwóch kolektorów tłocznych połączonych za pomocą przewiązki. Do zapewnienia wymaganej wydajności Qw wynoszącej 240 l/s niezbędna jest praca dwóch agregatów pompowych (M = n+m; n = 2; m = 3).

Schemat obiektu został przyjęty przez autorkę artykułu, przy czym duża liczba agregatów rezerwowych (m) w stosunku do agregatów podstawowych (n) może wynikać np. z tego, że jest to istniejący obiekt, który został zaprojektowanych w czasach znacznie większego jednostkowego zapotrzebowania na wodę niż obecnie.

Wymagana wydajność pompowni zapewniana była wówczas przez trzy agregaty, dla których przyjęto dwa agregaty rezerwowe (pompownia I klasy ognioodporności). Wynikało to z przepisów, które taką liczbę agregatów rezerwowych zalecały dla 1–3 podstawowych agregatów pompowych [12, 13].

Obecnie rozważana struktura rezerwowania (n = 2, m = 3) wynika ze znacznie zmniejszonej w stosunku do planowanej wydajności przedmiotowej pompowni, spowodowanej mniejszymi potrzebami wodnymi odbiorcy (zakładu przemysłowego, jednostki osadniczej). Dla takiej zatem struktury technicznej obiektu przeprowadzono analizę jego niezawodności wraz z próbą jej zwiększenia (Reliability Improvement Test) [3, 14].

Analiza taka polega na zidentyfikowaniu najbardziej czułych komponentów wpływających na niezawodność całego systemu. Wyszukanie słabych ogniw w systemie, czyli najbardziej zawodnych elementów i/lub zespołów elementów, będzie możliwe dzięki zastosowaniu metody Minimalnych Przekrojów Niesprawności (MMPN), natomiast Metoda Przeglądu Częściowego (MPCz) pozwoli na określenie powstającego niedoboru E(N) wody w przypadku ich niesprawności wraz z prawdopodobieństwem jego wystąpienia [3, 7, 14].

Pierwsza z zastosowanych metod zalicza się do metod analizy strukturalnej i pozwala na dokonanie dwuparametrycznej oceny niezawodności systemu.

Do wyznaczenia parametrów niezawodnościowych systemu, tj. średniego czasu pracy Tps i średniego czasu naprawy Tns oraz wiążącego te dwie wielkości zależnością (1) stacjonarnego wskaźnika gotowości Ks, niezbędne jest określenie minimalnych ścieżek przepływu.

W przypadku pompowni wodociągowej pod tym pojęciem rozumie się minimalny zbiór elementów pompowni, których sprawność prowadzi do sprawności całego systemu.

Poprzez minimalne ścieżki przepływu możliwe jest utworzenie macierzy „zero-jedynkowej” pozwalającej ustalić minimalne przekroje niesprawności systemu, czyli zbiorów elementów, których jednoczesne uszkodzenie powoduje przerwanie wszystkich minimalnych dróg przepływu, a tym samym awarię systemu.

Znalezienie wszystkich przekrojów niesprawności, które w systemie mogą wystąpić, pozwala na dokładne określenie wszystkich stanów systemu, w których jest on w całości niesprawny, a w efekcie dokonanie dwuparametrycznej oceny niezawodności.

Druga metoda (MPCz) stosowana jest dla systemów o dużej liczbie budujących je elementów i stanowi przybliżenie dla Metody Przeglądu Zupełnego. Polega na sporządzeniu tabeli struktury, której każdy wiersz odpowiada jednemu stanowi elementarnemu systemu.

Stan elementarny systemu jest zestawieniem stanów niezawodnościowych jego wszystkich uwzględnianych elementów.

Metodzie Przeglądu Częściowego rozważa się jedynie najbardziej prawdopodobne stany elementarne systemu, czyli takie, które uwzględniają maksymalnie dwa jednocześnie uszkodzone elementy systemu. Uzyskany wynik jest przybliżony i wymaga oszacowania błędu. Za pomocą tej metody oprócz wskaźnika Ks możliwe jest wyznaczenie z zależności (2) uogólnionego wskaźnika gotowości, który może być interpretowany jako stopień spełniania wymagań Ku przy przyjętej wymaganej wydajności systemu Qwymagane [2, 9, 8].

Dla uproszczenia analizy dokonano pewnych założeń:

  • pompownia spełnia swoją funkcję przy możliwości tłoczenia wody przynajmniej jednym z głównych kolektorów tłocznych i nie rozpatruje się awarii rurociągów i kolektorów,
Tabela 1. Dane wyjściowe do obliczeń niezawodnościowych oraz wyniki dla wariantu podstawowego
Tabela 1. Dane wyjściowe do obliczeń niezawodnościowych oraz wyniki dla wariantu podstawowego
  • kryterium sprawności pompowni związane z realizacją jej funkcji determinuje warunek utrzymania wymaganej wydajności, a wydajność każdej z pomp jest taka sama,
  • przy wyznaczaniu dróg sprawności brane są pod uwagę uszkodzenia elementów powodujących powstanie wycieku wody, dla naprawienia których niezbędne jest odcięcie uszkodzonego elementu od dopływu wody za pomocą innych sprawnych elementów,
  • występujące w pompowni uzbrojenie jest pod względem niezawodnościowym jednorodne, dlatego parametry je opisujące przyjmują takie same wartości (tab. 1).

  (1)

(2)

 (3)

gdzie:

E(N) – wartość oczekiwana niedoboru wody odniesiona do okresu (0,t), powstającego wskutek niesprawności elementów budujących system,
Ni – powstały niedobór wody w i-tym stanie elementarnym,
j – liczba stanów elementarnych,
Pi – prawdopodobieństwo zajścia i-tego stanu elementarnego.

Czytaj też: Próby ciśnieniowe sieci hydrantowych w świetle krajowych i zagranicznych przepisów >>>

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
   13.10.2016

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Czym mogą Cię zaskoczyć nowoczesne pompy do wody »

pompy do wody

 



Zadbaj o bezpieczeństwo swoje i swoich pracowników » Szukasz partnera w projektowaniu inżynieryjnym i specjalistycznym? »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go już dziś »

 


Jak projektować instalacje najwyższej jakości »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jakich zabezpieczeń wentylatorów dachowych potrzebujesz »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy klimatyzacja jest zdrowa »

wentylacja

 



Kompendium wiedzy o procesach wymiany ciepła » Czy ogrzewanie może wpływać na nasze zdrowie »
pompy woda powietrze pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Jak dobrze odseparować wodę kanalizacyjna od gruntowej »

studzienka kanalizacyjna

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
9/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dofinansowanie ogrzewania i fotowoltaiki
  • - Eksploatacja gruntowych pomp ciepła
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl