WP YW MODERNIZACJI PODSYSTEMU DYSTRYBUCJI WODY NA JAKO WIADCZONYCH US UG WODOCI GOWYCH

(1)

XX-THJUBILEE-NATIONAL, VIII-THINTERNATIONALSCIENTIFICANDTECHNICALCONFERENCE

„WATER SUPPLY AND WATER QUALITY”

POLAND 15-18 JUNE2008

Izabela ZIMOCH^1,2, Andrzej SOàTYSIK

Politechnikaĝląska¹ Instytut InĪynierii Wody i ĝcieków Gliwice GórnoĞląskie PrzedsiĊbiorstwo Wodociągów S.A.² Katowice

WPàYW MODERNIZACJI PODSYSTEMU DYSTRYBUCJI WODY NA JAKOĝû ĝWIADCZONYCH USàUG WODOCIĄGOWYCH

INFLUENCE OF WATER DISTRIBUTION SUBSYSTEN MODERNIZATION ON THE LEVEL OF WATER SUPPLY

OFFER SERVICES

This paper contains the preliminary reliability analysis of selected water distribution subsystem part, which supplies water to the inhabitants of the Silesian agglomeration.

This water distribution subsystem is governed by the Upper Silesian Water-pipe Com- pany in Katowice. The reliability estimation contains calculations of basic parameters such as: failure and recovery rate, average time to failure, average recovery time and stationary availability factor. The analysis of influence of water distributions modernization involved the pressures control system on increase the technical reliability level of its operating and guarantee of water delivery to inhabitant, are showed in this article too.

1. Wprowadzenie

Aplikacje podstaw teorii niezawodnoĞci w analizach pracy systemów zaopatrzenia w wodĊ (SZW) czy teĪ wybranych jego podsystemów, ukáadów i elementów uznane są juĪ w praktykach zarządzania przedsiĊbiorstwami wodociągowymi jako standard, jednak ciągle stanowią dyscyplinĊ naukową niewpeáni rozpoznaną. Celem badaĔ niezawodnoĞci sieci wodociągowej jak i wielu innych elementów systemu zaopatrzenia w wodĊ jest miedzy innymi wykrycie „sáabych ogniw” systemu, poznanie czynników powodujących uszkodzenia, a w konsekwencji podjĊcie dziaáaĔ mających na celu ich eliminacjĊ.

Analiza warunków eksploatacji w aspekcie niezawodnoĞci sieci wodociągowej odnosi siĊ ponadto do okreĞlenie kryteriów uszkodzeĔ podsystemu i stanów granicznych pracy wydzielonych stref zasilania. Ocena awaryjnoĞci podsystemu dystrybucji wody (Ps-

(2)

DyW), a w konsekwencji powstaáych skutków i strat, jest zagadnieniem trudnym do rozwiązania wymagającym rozwaĪania szerokiego zakresu zdarzeĔ losowych, ksztaátu- jących warunki jego eksploatacji. Wynika to przede wszystkim z wielofunkcyjnoĞci tego podsystemu. Ponadto budowa podsystemu, mnogoĞü róĪnych elementów go budują- cych, jak i zmiennoĞü parametrów hydraulicznych jego pracy to kolejne aspekty wpáy- wające na trudnoĞci podejmowanych analiz niezawodnoĞciowych. Problem wpáywu wysokoĞci ciĞnienia na awaryjnoĞü sieci wodociągowej, koszty jej napraw jak i zmiany parametrów jakoĞci transportowanej wody do odbiorcy, nie byá dotychczas przedmiotem badaĔ in situ oraz licznych rozwaĪaĔ teoretycznych. Parametr ten uwzglĊdniany jest przede wszystkim przy ocenie wielkoĞci przecieków wody, które stanowią najwiĊkszy udziaá w stratach wody w systemach wodociągowych. WielkoĞü przecieków wody zaleĪy w istotny sposób od liczby awarii podsystemu dystrybucji wody, czasu ich trwania oraz natĊĪenia wypáywu wody przez uszkodzone elementy sieci jak i od wyso- koĞci ciĞnienia panującego w sieci.

Rezultaty szerokich badaĔ niezawodnoĞciowych pozwalają w sposób racjonalny za- rządzaü infrastrukturą techniczna systemu wodociągowego, a takĪe mogą byü niezbĊd- nym narzĊdziem decyzyjnym zarówno przy planowaniu inwestycji modernizacyjnych, jak i strategii rozwoju wspóáczesnych przedsiĊbiorstw wodociągowych. Badania powyĪ- sze dają ponadto moĪliwoĞü wytypowania tych obszarów podsystemu dystrybucji wody, w których istnieje potencjalne zagroĪenie wtórnego skaĪenia wody, bĊdące efektem braku stabilnoĞci rozbioru wody w systemie czy teĪ zwiĊkszonej awaryjnoĞci sieci.

2. ĝląski podsystem dystrybucji wody

Wspóáczesny wodociąg grupowy na terenie ĝląska swoim zasiĊgiem zasila w wodĊ obszar GOP-u i ROW-u oraz rejonu Jaworzna oáącznej powierzchni okoáo 4,3 tys. km², co zalicza go do nielicznych tak duĪych systemów w Polsce, a nawet w Europie. Dostar- cza wodĊ do 66 gmin województwa Ğląskiego, stanowiąc Ĩródáo zasilania w wodĊ dla blisko 3 miliony mieszkaĔców regionu. Niektóre gminy czĊĞciowo zaopatrują siĊ w wodĊ z wáasnych ujĊü, na poziomie zaledwie 17% iloĞci wody dostarczanej przez GórnoĞląskie PrzedsiĊbiorstwo Wodociągów S.A. Gminy te traktują niejednokrotnie system wodociągowy GórnoĞląskiego PrzedsiĊbiorstwa Wodociągów S.A. jako uzupeá- niające Ĩródáo lub jako system rezerwowy, gwarantujący im dostarczenie wody do odbiorców w kaĪdej zaistniaáej sytuacji eksploatacyjnej. PowyĪszy fakt wymusza na przedsiĊbiorstwie koniecznoĞü utrzymania w peánej gotowoĞci maksymalnej mocy produkcyjnej, na wypadek wystąpienia w systemie zdarzeĔ nadzwyczajnych.

GórnoĞląskie PrzedsiĊbiorstwo Wodociągów S.A. kaĪdego dnia produkuje i dostar- cza do odbiorców aglomeracji Ğląskiej kilkaset tysiĊcy metrów szeĞciennych wody pitnej. Obecnie system ujmuje i uzdatnia wodĊ w 11 zakáadach produkcji. Woda z podsystemu produkcji kierowana jest do silnie rozbudowanego podsystemu jej dystrybucji. Podstawowymi odbiorcami wody są rejonowe przedsiĊbiorstwa wodociągów i kanalizacji (86% iloĞci sprzedawanej wody), które z kolei swoimi lokalnymi sieciami wodociągowymi dostarczają ją bezpoĞrednio do konsumentów.

Do transportu wyprodukowanej wody wykorzystywane jest ponad 1000 km sieci magistralnej, gáównie w zakresie duĪych Ğrednic 1800 – 500 mm. Przewodów o Ğrednicy poniĪej∅500 jest zaledwie 12,8% caákowitej dáugoĞci sieci wodociągowej. Zasadniczy trzon w budowie systemu tranzytowo-magistralnego odgrywają przewody o Ğrednicy

(3)

∅1000 i wyĪszej, które tworzą blisko 50% áącznej dáugoĞci omawianej sieci. Budowany przez ponad 120 lat system pierĞcieniowy dystrybucji pozwala miĊdzy innymi na ela- styczną wspóápracĊ z podsystem produkcji wody, co zapewnia wysoką gwarancjĊ ciągáoĞci dostawy wody do odbiorców przy jednoczesnej minimalizacji skutków awarii i losowych postojów.

Ten wieloletni okres budowy sieci wodociągowej skutkuje równieĪ istotną róĪnorod- noĞcią wiekową. Istnieją tu, bowiem rurociągi o ponad 100 letniej eksploatacji stanowią- ce blisko 10% udziaá w strukturze wiekowej jak i przewody eksploatowane zaledwie 10 lat (23,3%). Intensywny rozwój aglomeracji Ğląskiej w latach 50-80 –tych ubiegáego stulecia powodowaá gwaátowna budowĊ sieci wodociągowe. Stąd teĪ udziaá przewodów o 25-55-cio letnim czasie eksploatacji stanowi aktualnie aĪ 48% caákowitej dáugoĞci wodociągu grupowego. PowyĪszy fakt, z punktu widzenia eksploatacji PsDyW w aspekcie wtórnego zanieczyszczenia wody w czasie jej transportu do konsumenta jest niekorzystny. W okresie tym bowiem jakoĞü stosowanych materiaáów do budowy podziemnej infrastruktury wodociągowej (gáównie stal) pozostawia wiele do Īyczenia, czego konsekwencją jest aktualnie záy stan techniczny tych przewodów, wywoáany gáównie niszczącymi procesami korozyjnymi.

Ciągáa rozbudowa oraz modernizacja, jak i eksploatacja systemu w obszarze objĊtym skutkami dziaáalnoĞci górniczej, wpáynĊáy w istotny sposób na róĪnorodnoĞü struktury materiaáowej. Zdecydowanie najwiĊkszy udziaá w budowie PsDyW odgrywa stal, 79,4%

caákowitej dáugoĞci sieci wodociągowej. Pozostaáa czĊĞü sieci wodociągowej o áącznej dáugoĞci 211,1 km wykonana jest gáównie z Īeliwa sferoidalnego(73,1 km), Īeliwa szarego (55,7 km), PE (42 km) i Īelbetu (38,8 km). Nieznaczny udziaá w budowie przewodów PsDyW odgrywają sieci z PCV i GFK (Īywice poliuretanowe zbrojone wáóknem szklanym). W odniesieniu do sieci z przewodów stalowych, dobrym stanem technicznym charakteryzuje siĊ 120,2 km tej sieci, posiadająca wykáadziny cementowe (14,6% dáugoĞci przewodów stalowych) i poliuretanowe oraz rĊkawy poliestrowe (0,2%

dáugoĞci przewodów stalowych).

W obszarze eksploatacji wodociągu grupowego aglomeracji Ğląskiej zlokalizowa- nych jest 9 zbiorników wyrównawczych o áącznej pojemnoĞci 340500 m³ oraz 5 pompowni sieciowych. IloĞü magazynowanej w nich wody stanowi okoáo 70% iloĞci wody wtáaczanej przez przedsiĊbiorstwo do systemu dystrybucji w ciągu doby.

3. Inwestycje remontowe i odnowa sieci wodociągowej ĝląska

W GórnoĞląskim PrzedsiĊbiorstwie Wodociągów S.A. od 1990 roku prowadzone są sys- tematyczne remonty oraz modernizacje sieci, mające na celu przede wszystkim stworzenie optymalnych hydraulicznych warunków jej pracy. Przyczyną intensyfikacji powyĪszych prac w ostatniej dekadzie dziaáalnoĞci firmy, byáo dąĪenie do zmniejszenia liczby awarii a co za tym idzie zmniejszenie skutków oraz obniĪenie kosztów ich usuwania, jak i minimali- zacja potencjalnych moĪliwoĞci kontaminacji wody w podsystemie jej dystrybucji.

Prace remontowe oparte są na poprawie stanu technicznego przewodu metodami tra- dycyjnymi. NajczĊĞciej obejmują one wymianĊ fragmentów rurociągu wraz z towarzy- szącą armaturą, po wczeĞniejszym wykonaniu prac wykopowych. Natomiast modernizacje w Spóáce to inwestycje obejmujące budowĊ nowej sieci wodociągowej. Podstawową

(4)

przyczyna podejmowania decyzji o modernizacji jest nie tylko záy stan techniczny fragmentu podsystemu, ale przede wszystkim koniecznoĞü zmniejszenia Ğrednicy przewodu w celu poprawy parametrów hydraulicznych pracy. Analizując wykonanie rzeczowe podjĊtych prac, mających na celu odnowĊ PsDyW, w latach 2000-2006 (rys.1) moĪna jednoznacznie stwierdziü, iĪ cementowanie to technologia, która cieszy siĊ najwiĊkszym zastosowaniem na terenach objĊtych eksploatacja górniczą i obszarach o silnie rozbudowanej infrastrukturze podziemnej, wystĊpującej w aglomeracji Ğląskiej.

Technologią cementowania przywraca siĊ rocznie dobry stan techniczno sanitarny, okoáo 14,2 km sieci wodociągowej.W latach 2000-2006 wskaĨnik procentowego udziaáu prac wykonanych w technologiach bezwykopowych, gáównie cementowanie, ksztaátowaáa siĊ w skali roku na poziomie 46,7% - 76% dáugoĞci podjĊtych inwestycji odnowy (Ğrednio 61,1%).

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

2000 r. 2001 r. 2002 r. 2003 r. 2004 r. 2005 r. 01-06 2006 r.

dáugoĞü mb

Remonty Modernizacje inne metody bezykobowe odnowy Cementowania Ogóáem

Rys.1. Wykonanie rzeczowe inwestycji odnowy sieci wodociągowej w latach 2000-2006

Fig. 1. Renewal investments of water-pipe network – 2000-2006

4. Zasady analizy niezawodnoĞciowej funkcjonowania PsDyW

Podsystemy dystrybucji wody są odnawialnymi obiektami technicznymi SZW, pod- legającymi procesowi pracy i odnowy. W celu okreĞlenia niezawodnoĞci ich funkcjonowania wykorzystuje siĊ najczĊĞciej metody analizy oparte na wyznaczeniu podstawo- wych wskaĨników niezawodnoĞci. Tak wiĊc ustalenie warunków eksploatacyjnych, okreĞlonych jako stany niezawodnoĞciowe stanowi podstawĊ doboru i oszacowania odpowiednich wskaĨników niezawodnoĞci tych obiektów. WyróĪnia siĊ dwa podstawowe stany niezawodnoĞciowe:

(5)

• stan pracy, czyli zdatnoĞci caákowitej,

• stan niezdatnoĞci czĊĞciowej lub caákowitej.

W praktycznych analizach przyjmuje siĊ, Īe powyĪsze stany w procesie eksploatacji obiektów technicznych, w tym wodociągowych tworzą strumienie pracy i odnowy, które są strumieniami poissonowskimi. PowyĪsza cecha eksploatacji pojedynczych obiektów technicznych, w oparciu o dane eksploatacyjne, pozwala wyznaczyü podstawowe para- metry niezawodnoĞciowe przedstawione w tabeli 1 [1,2,3].

Tab. 1. WskaĨniki niezawodnoĞci

Tab. 1. Reliability index

WskaĨnik niezawodnoĞci ZaleĪnoĞü

ĝredni czas pracy miĊdzy uszkodzeniami

⎟⎟⎠⎞

⎜⎜⎝⎛ −

=

∑

= no

i ni p

t n T

Tp

1

ĝredni czas odnowy

∑

=

= ⁿ^o

i ni o

n t Tn

1

Parametr strumienia uszkodzeĔ obiektów liniowych ( )

t L

t t t n

Δ

⋅ Δ

= , + ω

IntensywnoĞü odnowy

Tn

= 1 μ

PrawdopodobieĔstwo pracy elementu ^R( )^t ⁼exp(⁻ω^×^t)

WskaĨnik gotowoĞci

n p

p

T T K T

= + T – analizowany okres eksploatacji obiektu technicznego [h],

no– liczba odnów w analizowanym okresie,

np– liczba odcinków czasów pracy w analizowanym okresie, tni– czas trwania i-tej odnowy [h],

n(t, t+Δt) – liczba uszkodzeĔ badanych przewodów sieci wodociągowej w czasie Δt, L - dáugoĞü badanych przewodów sieci wodociągowej [km].

5. Analiza niezawodnoĞciowa wybranego obszaru zasilania w wodĊ aglomeracji Ğląskiej

Zadaniem lokalnej przepompowni sieciowej Staszic jest dostarczeni wody do miesz- kaĔców Radzionkowa oraz póánocnych dzielnic Bytomia Przepompownia ta wyposaĪo- na jest w ukáad 4 pomp typu 125 PJM 250. Aktualnie, w okresie maksymalnego rozbioru wody w sieci pompy pracują w ukáadzie progowej struktury niezawodnoĞciowej (2 z 4).

Od maja 2004 roku w ukáad pracy pompowni zostaá zainstalowany przemiennik czĊsto- tliwoĞci firmy Danfoss typu: VLT6072 HT4C54-STR3DLF00A32CO, gwarantujący utrzymanie w podsystemie dystrybucji staáego ciĞnienie wody. Pompownia Staszic jest zasilana od strony Miedar ukáadem przewodu tranzytowego Ø1000 wykonanym ze stali,

(6)

doprowadzającym wodĊ do Gliwic, od którego w odlegáoĞci o 5,7 km (od Miedar) ma miejsce odgaáĊzienie magistralne Ø500 z Īeliwa sferoidalnego o dáugoĞci 2,87 km doprowadzające wodĊ bezpoĞrednio do przepompowni Staszic.

Tab. 2. Charakterystyka obszaru badaĔ

Tab. 2. Characterization of research area

Obszar Rok

budowy

ĝrednica [mm]

DáugoĞü [km][

Zagospodarowanie terenu 1 - Pompownia Staszic – granica

Bytomia 1884 Ø 500 1,3 Teren zabudowany 2 - Granica Bytomia –

ul.àokietka 1904 Ø 500 2,26 Lasy i pola 3 - ul. àokietka – wĊzeá ul.

Strzelców Bytomskich 1904 Ø 500 1,3 Teren zabudowany 4 - WĊzeá ul. Strzelców Bytom-

skich – ul. Dáuga 1949 Ø 600 0,88 Teren zabudowany 5 - WĊzeá ul. Strzelców Bytom-

skich – centrum Bytomia 1904 Ø 500 3,63 Teren umiarkowanie zabudowany 6 - WĊzeá ul. Strzelców Bytom-

skich – wĊzeá w ul Cháop- skiej

1949 Ø 600 3,25 Lasy

7 - WĊzeá w ul Cháopskiej –

wĊzeá w ul Reptowskiej 1949 Ø 600 0,81 Tereny zielone 8 - WĊzeá Reptowski – Elektr.

Miechowice 1949 Ø 600 3,03 Teren zabudowany 9 - SkrzyĪowanie w ul. Sucho-

górskiej – wĊzeá w ul. Rep- towskiej

1944 Ø 400 2,96 Tereny zielone

10 - WĊzeá Reptowski – Elektr.

Miechowice 1944 Ø 400 3,04 Teren zabudowany

Poddany analizom niezawodnoĞciowym system dystrybucji wody podzielono na 10 obszarów badaĔ, charakterystyka których zostaáa przedstawiona w tabeli 2. Ocena niezawodnoĞciowa przeprowadzona zostaáa dla horyzontu czasowego obejmujące lata 1998 – maj 2007, w którym wydzielono dwa okresy badawcze, I okres: 1998 – maj 2004 (eksploatacja sieci przed regulacją ciĞnienia) oraz II okres: maj 2004 – maj 2007, obejmujący czasokres po wdroĪeniu systemu kontroli ciĞnienia wody w sieci wodocią- gowej. Analizowany system dystrybucji wody jest ukáadem duĪym, rozlegáym o skom- plikowanej topologii i zróĪnicowanym uzbrojeniu. Stosunkowo czĊste awarie sieci wodociągowej są wynikiem wieloletniej eksploatacji rurociągów oraz negatywnego oddziaáywania Ğrodowiska zewnĊtrznego (szkody górnicze). Przed regulacją ciĞnienie na rurociągu zasilającym omawiany obszar, przedsiĊbiorstwo w ciągu roku odnotowywaáo przeciĊtnie 22,3 awarie sieci wodociągowej. Po modernizacji przepompowni Staszic liczba awarii spadáa aĪ o 38% do poziomu Ğredniej liczby uszkodzeĔ na rok 13,75.

(7)

Awarie powyĪsze dotyczą gáównie uszkodzeĔ korpusu rury, záączy, kompensatorów lub uzbrojenia. Przeprowadzona analiza wykazaáa, Īe najczĊĞciej wystĊpują uszkodzenia bĊdące skutkiem procesu korozji sieci, które stanowią blisko 78% wszystkich interwencji brygad remontowo-naprawczych w ciągu roku.

Tab. 3. WskaĨniki niezawodnoĞci dla dwóch okresów eksploatacji sieci wodociągowej

Tab. 3. Reliabity parameters for two research period of water-pipe network operation

WskaĨnik niezawodnoĞci, jednostka Obszar* IntensywnoĞü

uszkodzeĔ [uszk./km·a]

ĝredni czas pracy

[d]

ĝredni czas odnowy

[h]

WskaĨnik gotowoĞci

Prawdopodo- bieĔstwo pracy 1-PRC 0,37 700,00 6,77 0,99042121 exp(-0,00128·t)

1-PORC 0,00 1128,00 0,00 1,00 1,00

2-PRC 0,28 426,00 6,58 0,98478894 exp((-0,00173·t)

2-PORC 0,00 1128,00 0,00 1,00 1,00

3-PRC 1,10 304,43 10,81 0,96570867 exp((-0,00392·t)

3-PORC 0,00 1128,00 0,00 1,00 1,00

4-PRC 5,95 61,79 7,13 0,89654672 exp((-0,01435·t) 4-PORC 1,78 222,40 7,00 0,96948561 exp((-0,00429·t)

5-PRC 0,73 540,25 6,50 0,98811157 exp((-0,00160·t)

5-PORC 0,00 1128,00 0,00 1,00 1,00

9-PRC 0,42 235,75 6,00 0,97518097 exp((-0,00341·t) 9-PORC 0,21 555,5 6,58 0,98829348 exp((-0,00170·t) 10-PRC 1,57 74,07 7,36 0,90961562 exp((-0,01308·t) 10-PORC 1,13 94,08 6,55 0,93491007 exp((-0,00941·t)

*PRC – przed regulacją ciĞnienia, PORC – po regulacji ciĞnienia

ĝrednia intensywnoĞü uszkodzeĔ sieci magistralnej Ø 500, w okresie przed modernizacja przepompowni Staszic, wynosiáa 0,7 [uszk./km·a]. W okresie tym odnotowano elementy systemu dystrybucji wody charakteryzujące siĊ najwiĊkszą intensywnoĞcią uszkodzeĔ 1,1[uszk./km·a] oraz najmniejszą 0,28 [uszk./km·a] (tabela 3). W odniesieniu do II okresu analizy dla przewodu Ø 500 nie odnotowano Īadnych uszkodzeĔ sieci. ĝrednia intensywnoĞü uszkodzeĔ przewodu Ø 600 dla okresu jego pracy przy podwyĪszonym ciĞnieniu (zakres

(8)

zmiennoĞci 6,0 – 5,2 atm) wynosiáa 2,4 [uszk./km·a] (zakres zmiennoĞci 5,95 – 0,49 [uszk./km·a] – tabela 2). Na tym przewodzie regulacja ciĞnienia na przepompowni Staszic do poziomu 4,5 atm (zakres zmiennoĞci 4,3 – 4,9 atm) przyniosáa najwiĊksze efekty techniczne, bowiem Ğrednia intensywnoĞü uszkodzeĔ przewody spadáa do poziomu 1,41[uszk./km·a]

(zakres zmiennoĞci 1,93 – 0,67 [uszk./km·a] – tabela 3) co równoczeĞnie zmniejszyáo koszty eksploatacyjne z tytuáu usuwania awarii. Ostatni element budujący sieü analizowanego obszaru przewód Ø 400 charakteryzowaá siĊ awaryjnoĞcią dla I okresu analizy: 0,99 [uszk./km·a] (zakres zmiennoĞci 1,57 – 0,42 [uszk./km·a]) oraz dla II okresu: 0,67 [uszk./km·a] (zakres zmiennoĞci 1,13 – 0,42 [uszk./km·a]).

Sprawnie funkcjonujące zespoáy Pogotowia Wodociągowego podnoszą niezawodnoĞü dziaáania SZW, w wyniku minimalizacji czasu niesprawnoĞci uszkodzonych jego elemen- tów. Sprawna interwencja objawia siĊ równieĪ zmniejszeniem skutków wystĊpujących awarii jak i ryzyka, jakie ponosi przedsiĊbiorstwo eksploatując tak rozlegáy i záoĪony system zaopatrzenia w wodĊ. Ponadto wdroĪony w przedsiĊbiorstwie nowy system usuwania i rejestracji awarii przyniósá oczekiwane efekty obniĪenia awaryjnoĞci sieci magistralnej.

Podstawowa ideą nowego systemu napraw jest nie tylko przeprowadzenie likwidacji zaistnia- áego losowo uszkodzenia ale równoczeĞnie dokonanie przeglądu i oceny stanu technicznego systemu dystrybucji, które pozwalają na jednoczesne podejmowanie innych profilaktycznych dziaáaĔ remontowych. Taki system interwencji i przeprowadzanych remontów przez sáuĪby techniczne, przyczyniá siĊ równieĪ do wydáuĪenia czasu bezawaryjnej eksploatacji sieci (tabela 3). Maksymalny wzrost Ğredniego czasu pracy bezuszkodzeniowej z poziomu 61,79 [d] do poziomu 222,4 [d] (260%) odnotowano dla IV obszaru analizy.

Jedynie w obszarze 6 i 7 badaĔ odnotowano nieznaczny wzrost wielkoĞci parametrów niezawodnoĞciowych (tabela 3). PowyĪszy fakt táumaczy przebudowa wĊzáa wodociągowe- go w rejonie skrzyĪowania ulic àokietka i Strzelców Bytomskich oraz Dáugiej w roku 2000r, gdzie wykonano przewiązkĊ z Īeliwa sferoidalnego (9160 m), peániąca funkcje áącznika dotychczas niezaleĪnie pracujących przewodów Ø 500 (prowadzącego wodĊ do centrum Bytomia) oraz Ø 600 (prowadzącego wodĊ z SUW Bibiela i Kozáowa Góra w kierunku zachodnich dzielnic Bytomia i Miechowic).

W ramach prowadzonych analiz dokonano identyfikacji rozkáadu zmiennych czasów pracy bezawaryjnej i usuwania awarii. Weryfikacji hipotezy H0 – zmienne maja rozkáad wykáadniczy - dokonano za pomocą testu Koámogorowa-Smirnowa. Wyniki testów nie pozwoliáy na odrzucenie hipotezy H0 o wykáadniczym rozkáadzie bezawaryjnego czasu pracy i czasu usuwania awarii, wydzielonego obszaru dystrybucji wody znajdującego siĊ w gestii eksploatacji GórnoĞląskiego PrzedsiĊbiorstwa Wodociągów S.A. (rys. 2).

Zastosowanie w pompowni Staszic w maju 2004r, ukáadu stabilizacji ciĞnienia przyniosáo wymierne korzyĞci nie tylko w aspekcie niezawodnoĞci dostawy wody do mieszkaĔców Radzionkowa i póánocnych dzielnic Bytomia, ale równieĪ ujĊciu ekonomicznym poprzez obniĪenie kosztów spowodowanych skutkami i usuwaniem awarii. Jednym z przykáadów moĪe byü zdarzenie z 3.10.2003r., kiedy to na skutek wzrostu ciĞnienia o 0,9 atm w godzi- nach nocnych (przy najmniejszym rozbiorze) badany rurociąg ulegá dwukrotnie awarii – na czĊĞci sieci Ø500 i kilkanaĞcie metrów dalej na czĊĞci Ø600. Pierwsza ze wspomnianych awarii spowodowaáa duĪe szkody, poniewaĪ woda wypáywająca z pĊkniĊtego rurociągu zalaáa posesjĊ w garaĪu, w którym znajdowaáy siĊ samochody o wysokiej wartoĞci. Mimo, iĪ przedsiĊbiorstwo jest ubezpieczone od nastĊpstw takich wydarzeĔ, to jednak byáy to realne szkody majątkowe. RównieĪ w roku 2003 brak stabilnoĞci ciĞnienia w tym rejonie spowo- dowaá kilka przypadków wystąpienia awarii na sieci miejskiej gminy Radzionków. Zdarzenia powyĪsze spowodowaáy róĪnorodne szkody na sieci odbiorców oraz okreĞlone koszty ich usuniĊcia, które na podstawie zapisów KC GPW S.A. zostaáo zobligowane do pokrycia strat

(9)

przedsiĊbiorstwa gminnego. NastĊpujące po sobie kolejne przypadki szkodliwego wpáywu awarii rurociągu na otaczające Ğrodowisko i koszty jakie z tego tytuáu poniosáo przedsiĊbior- stwo, spowodowaáy koniecznoĞü poszukania szybkiego i skutecznego rozwiązania problemu, którym staáa siĊ modernizacja przepompowni Staszic, pozwalająca na stabilizacje ciĞnienia w sieci wodociągowej. Ponadto odnotowano obniĪenie wskaĨnika zuĪycia energii o 11% w skali roku, niezbĊdnej na wtáoczenie przez przepompowniĊ 1 m³ wody do systemu jej dystrybucji.

Czas pracy bezaw aryjny [d] - przed regulacją cisnienia Rozkáad: Wykáadniczy

d Koámogorowa-Smirnowa 0,08308,

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

Czas pracy [d]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

CzĊstoĞci wzglĊdne (%)

Czas praccy bezaw aryjny [d]-po regulacji ciĞnienia Rozkáad: Wykáadniczy

d Koámogorowa-Smirnowa 0,15622, p < 0,20

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300

Czas pracy [d]

0 10 20 30 40 50 60

CzĊstoĞci wzglĊdne (%)

Rys.2. Rozkáad czasu pracy bezawaryjnej przed i po regulacji ciĞnienia w sieci wodociągowej

Fig.2. Time to failure distribution before and after pressure control in water pipe network

(10)

6. Podsumowanie i wnioski

1. Przeprowadzone badania i analiza techniczno-niezawodnoĞciowa sieci wodociągo- wej dostarczającej wodĊ mieszkaĔcom Radzionkowa i póánocnych dzielnic Bytomia, wykazaáa, iĪ wysokoĞü ciĞnienia panującego w sieci ma bardzo istotny wpáyw na uszkadzalnoĞü oraz koszty usuwania awarii.

2. ObniĪenie ciĞnienia, które do maja 2004 utrzymywane byáo na zbyt wysokim poziomie, spowodowaáo eliminacjĊ uszkodzeĔ w I, II i III obszarze analizy w ponad trzy- letnim okresie badaĔ. Na pozostaáym omawianym obszarze obniĪenie ciĞnienia spo- wodowaáo natomiast prawie dwukrotny spadek ogólnej intensywnoĞci uszkodzeĔ ru- rociągów Ø600 (1,71 razy) oraz Ø400 (1,55 razy). RównieĪ wydáuĪyá siĊ okres bezawaryjnej eksploatacji systemu przy jednoczesnym obniĪeniu Ğredniego czasu usuwania awarii dla analizowanego obszaru z poziomu 6,97 godziny do poziomu6,75 godziny.

3. Wymiernym efektem dziaáaĔ, obejmujących stabilizacjĊ ciĞnienie w sieci wodocią- gowej, jest nie tylko zwiĊkszenie niezawodnoĞci dziaáania podsystemu dystrybucji i obniĪenie ryzyka dziaáalnoĞci przedsiĊbiorstwa, ale takĪe obniĪenie kosztów napraw uszkodzeĔ i obciąĪeĔ finansowych z tytuáu wypáacanych odszkodowaĔ za wyrządzo- ne szkody. Ponadto wymiernym efektem jest równieĪ obniĪenie wielkoĞci strat wody i wzrost komfortu Īycia spoáeczeĔstwa.

Bibliografia

[1] Kwietniewski M., Roman M., Káoss-TrĊbaczkiewicz H. NiezawodnoĞü wodocią- gów i kanalizacji. Arkady , 20-31, 1993

[2] Wieczysty A. NiezawodnoĞü miejskich systemów zaopatrzenia w wodĊ. Monogra- fia Politechniki Krakowskiej nr 159,

[3] Zimoch I., Soátysik A. Regulacja ciĞnienia w sieci wodociągowej jako warunek niezawodnej eksploatacji podsystemu dystrybucji wody. Materiaáy Konferencyjne HYDROPREZENTACJE, 219-232, 2007