ANDOLJŠEK_rec_lek final - E

SODOBNE TEHNOLOGIJE IN METODE LOCIRANJA OKVAR
NA VODOVODIH
ANDREJ ANDOLJŠEK
Andrej Andoljšek, univ. dipl. inž. grad., direktor, Andotehna, d. o. o., Podgorska c. 2,
1310 Ribnica, Slovenija
Povzetek
Načrtno aktivno zmanjševanje realnih vodnih izgub je ključno za ekonomsko
poslovanje upravitelja vodovodnega sistema. Nadzor vodovodnega sistema sam po
sebi še ne zmanjšuje vodnih izgub, ampak jih le prikaže ali računa. Upravljanje
vodnih izgub zahteva aktivno delo na terenu. Sodobne tehnologije so drage, metode
pa zahtevajo ogromno izkušenj in znanja, česar pa upravitelj vodovoda velikokrat ne
more zagotoviti. Ekonomsko upravičeno je, da upravitelj najema specializirano
podjetje z več desetletnimi izkušnjami, ki zagotavlja hitro in uspešno načrtno
upravljanje vodnih izgub, prenos znanja na kader upravljavca, dopolnjuje kataster
komunalnih vodov in opredeljuje letne plane vzdrževanja.
Ključne besede: metoda andotest, data loger, geofon, hišni priključek, vodne izgube
1.
UVOD
Vodne izgube predstavljajo vedno večji problem, saj se količine razpoložljive vode
manjšajo tako zaradi onesnaževanja vodnih virov kot tudi zaradi prevelike porabe
vode. Vodne izgube je treba sanirati in preprečiti nove, saj pa predstavljajo rezervo,
ki jo lahko s pridom izkoristimo. Lahko govorimo o preventivnih ali kurativnih
tehnologijah in metodah odkrivanja okvar na vodovodih.
Vodnih izgub ne zmanjšujemo s pomočjo premetavanja podatkov in terminologije (tu
je najbrž mišljeno strokovnih prispevkov)Tu mislim predvsem na uporabo vseh
možnih zvenečih izrazov, ki se slišijo zelo učeno, dejansko so pa to povsem
enostavne zadeve, ki smo jih prevzeli od »razvitejših« držav. Vodne izgube še vedno
predstavljajo razliko med načrpano in prodano vodo. Seveda pa lahko potem
analiziramo in delimo, kaj v tej razliki še imamo in kako to imenujemo. Kakorkoli pa
premetavamo te količine, računamo realne in nerealne vodne izgube, ILI faktor
(Infracture Leakage Index oz. Infrastrukturni indeks puščanja), razlika med načrpano
in prodano vodo ostaja enaka. To razliko lahko imenujemo izkoristek vode vodovoda.
Več kot ima vodovodni sistem prodane načrpane vode, manjše vodne in ekonomske
izgube ima. Naša naloga je, da to razliko zmanjšamo na še sprejemljiv nivo, tj. na
okoli 16–18 %. V tem odstotku so zajete vse vodne izgube (realne, nerealne, napake
pri odjemnih vodomerih …). Naše meritve ne temeljijo na letnem nivoju, ampak na
trenutnem (nočnem minimalnem, dnevnem, tedenskem in mesečnem povprečnim
pretokom).
2.
METODA ANDOTEST
Vsak vodovodni sistem ima rezerve. Največ rezerv se skriva ravno v vodnih izgubah.
Zmanjšanje realnih vodnih izgub bistveno pripomore k ekonomski uspešnosti. Vodne
izgube lahko zmanjšamo na naslednje načine:
– zamenjava odsluženega vodovodnega dela sistema,
– zniževanje tlakov,
– aktivno iskanje in sanacija puščanj.
Metoda ANDOTEST zajema vse našteto:
1. Zamenjava delov vodovodnega sistema
Enostavno, če je na voljo dovolj sredstev. Vendar je treba slabe dele
vodovodnega sistema določiti in s pomočjo meritev dokazati upravičenost
zamenjave.
2. Zniževanje tlakov
Dobra metoda za slabe sisteme, saj z majhno investicijo hitro znižamo vodne
izgube v conah sistema. Problem nastane, če zniževanje tlakov ni zadosten
ukrep za izboljšanje sistema. Potem nastanejo veliki problemi, saj z
zniževanjem tlakov otežimo aktivno iskanje vodnih izgub. Manj tlaka v sistemu
pomeni manj šuma in težjo detekcijo puščanja. Z znižanjem tlačnih razmer ne
odpravimo napak, temveč le zmanjšamo izdatnost puščanja ter delujemo
preventivno. Žal marsikje ukrepa zniževanja tlakov ne moremo uporabiti zaradi
pravil o gradnji vodovodnih sistemov za doseganje ustreznih tlakov.
3. Aktivno iskanje puščajočih mest
Najtežji ukrep, ki pa deluje kratkoročno kot dolgoročno. Če želimo nizke vodne
izgube tudi vzdrževati, je treba izvesti načrt aktivnega iskanja vodnih izgub.
Sistemsko delo omogoča, da skozi celo leto izvajamo meritve. Z moderno
tehnologijo take meritve niso več kadrovsko zahtevne in omogočajo
preventivni in kurativni pregled omrežja v kratkem času. Ločimo conske
preglede omrežja (data logerji pretoka, tlaka in šuma), makrolokacije
puščajočih mest (korelatorji) in mikrolokacije puščajočih mest (fonska in
plinska metoda).
2
Poglejmo le nekaj naših projektov, začetih in zaključenih v zadnjih treh letih:
– Kovod Postojna, d. o. o., 30 km, izgube 65m3/h
– Komunala Brežice, d. o. o., 60 km, izgube 33m3/h
– Komunalno društvo Čabranka, d. o. o., Čabar, HR, 19 km, izgube 31m3/h
– JP Komunala Slovenj Gradec, d. o. o., 60 km, izgube 56,2m3/h
– KSP Litija, d. o. o., 35 km, izgube 39m3/h
– JKP Prodnik, d. o. o., Domžale, 60 km, izgube 23m3/h
– Komunalno podjetje Vrhnika, d. d., 35 km, izgube 16m3/h
– JP Komunala Cerknica, d. o. o., 31 km, izgube 18m3/h
– Javno preduzeće Komunalac, d. d., Gradačac, BiH, 25 km, 29m3/h
V zadnjih treh letih smo pregledali več kot 600 km vodovodov v javni in zasebni lasti
ter ugotovili čez 650 m3/h (180 l/s) vodnih izgub. V celotni naši zgodovini, tj. od leta
1979, pa smo sodelovali z več kot 100 različnimi upravljavci javnih vodovodov,
preverili več kot 23.000 km vodovodnih omrežij in ugotovili več kot 70 milijonov
kubičnih metrov vodnih izgub na leto.
Vsi naročniki so imeli enake začetne težave:
– povečane vodne izgube,
– povečan nočni pretok iz vodohranov (realne izgube),
– povečana potrošnja električne energije za črpališča.
Vsi so dobili enak rezultat:
– zmanjšanje vodnih izgub pod 18 % (razmerje med načrpano in prodano vodo),
– zmanjšanje realnih vodnih izgub na ekonomsko še upravičen faktor,
– hitra reakcija in hiter učinek (projekti niso trajali več kot 2 meseca),
– prenos znanja o aktivnem sistemskem zmanjševanju vodnih izgub na
naročnikove zaposlene,
– zmanjšanje porabe električne energije,
– dopolnitev katastra komunalnih vodov,
3
– opredelitev letnih planov vzdrževanja,
– manj intervencij zaradi stabilnejšega delovanja sistema.
2.1. Sodobne tehnologije za odkrivanje okvar na vodovodih
Moderna tehnologija ni poceni. Ocenjujem, da pri uspešnem rezultatu predstavlja 59
% znanje in izkušnje, 40 % dobra in zadostna oprema ter 1 % sreča. Metode so
kompleksne in jih je težko osvojiti brez dolgoletnih izkušenj.
Velikokrat se zgodi, da opremo, ki jo vzdrževalec vodovoda kupi, nihče ne uporablja
in konča v omari. Moderno napravo je treba uporabljati tedensko, sicer ostane
neizkoriščena. Tako je ceneje za planske preglede delov vodovodnih sistemov najeti
zunanje specializirano podjetje z več desetletnimi izkušnjami.
Predstavil bom nekatere najsodobnejše tehnologije in metode, ki jih že od leta 1979
razvijamo, od leta 1988 tudi skupaj z nemškim podjetjem F.A.S.T. GmbH.
2.1.1. BIDI data logerji šumov s funkcijo korelacije
Z daljinskim akustičnim nadzorom vodovodnega sistema se nadzorujejo in locirajo
vodne izgube z minimalnimi stroški dela. Vsi kontrolorji vodovodnega omrežja vedo,
da se šumi, ki jih povzročajo puščanja, najlažje in natančno odkrijejo v nočnih urah,
ko je v okolici tišina in minimalni pretok v cevovodu. Za tako delo pa je treba žrtvovati
noč.
Slika 1: BIDI data loger šuma
BIDI data logerji - bidirekcionalna - dvosmerna komunikacija med sprejemnikom in
merilo napravo, ki izmerjene podatke shranjuje v lasten spomin) to opravijo sami v
nočnih urah, ko vi spite, podatke pa vam sporočijo po radijski zvezi že naslednji dan,
ko se peljete s čitalnikom, ki je lahko katerakoli računalniška tablica z androidnim
operacijskim sistemom. Naprava je sestavljena iz čitalnika in logerjev. Z radijskim
čitalnikom najprej programiramo logerje, kdaj naj snemajo in urejajo šume, potem pa
jih ta čitalnik sprejeme in prikaže, kje (tj. v okolici katerega logerja) se pojavljajo šumi
kot posledica puščanja. Kot novost imajo BIDI logerji možnost izračuna točnega
mesta puščanja med logerjema z metodo korelacije. V tem primeru je treba izbranim
4
logerjem določiti tudi premer, material in dolžino vodovodne cevi med posameznima
logerjema. Celotno shemo postavitve in meritev je možno spremljati s pomočjo
internetne aplikacije v oblaku (WaterCloud) oz. v internem katastrskem sistemu.
Logerje je možno opremiti tudi z GSM- modemom, ki omogoča, da podatke prejmete
neposredno v internetno aplikacijo oz. na strežnik.
Slika 2: BIDI sistem prenosa podatkov
Logerji se montirajo s pomočjo magneta na vodovodne armature (zasune, hidrante,
priključke, cevi itd.) v medsebojni razdalji do 400 m, odvisno od materiala cevovoda
in terena. BIDI loger sam klasificira šume, ki jih sprejema in nato periodično vsakih 5
sekund oddaja podatke o kakovosti šumov, ki jih je zaznal med kontrolo. Kot rezultat
dobimo podatek: puščanje je, puščanja ni ali mogoče puščanje.
Slika 3: Prikaz montaže BIDI logerjev šuma na vodovodnem sistemu
5
Za magistralne cevovode, kjer je možnost postavitve redkejša in je dolžina med
logerji večja, priporočamo logerje s hidrofonskim senzorjem. Hidrofonski logerji
sprejemajo šume po mediju – vodi, kar izniči vse slabosti poslušanja po materialu
cevi. Ti se montirajo kontaktno z vodo preko vodovodnih armatur (hidranti, navrtalni
oklepi itd). Tako z enim logerjem pokrijemo kar do 1000 m dolžine cevovoda.
Hidrofonski logerji so primerni tudi za plastične cevovode, kjer je hitrost prenosa
šuma po materialu cevi majhna (pod 400m/s).
2.1.2. PipeMic za natančno kontrolo hišnih priključkov
V vodovodnih sistemih je največ puščanj ugotovljenih na hišnih priključkih, tj. od
priključka na glavni cevi do vodomera. Ker so podatki o trasi hišnega priključka v
katastrskem sistemu vodovoda večinoma netočni ali jih ni in ker je vodovodna cev
običajno iz plastične mase (PEHD), je kontrola vodnih izgub z običajnimi metodami in
tehnologijo lahko zelo težka. Zato smo razvili PipeMic. Lahko mu rečemo tudi
akustična miška, ki jo uvlečemo v hišni priključek pod tlakom. Žica omogoča
natančno trasiranje hišnega priključka, akustični senzor na koncu žice pa do
centimetra natančno določi mesto puščanja.
Naprava je sestavljena iz 3 glavnih delov:
– navijalnega ohišja z upogljivo žico iz steklenih vlaken in senzorjem šuma,
– priključka za vstavljanje žice v cev pod tlakom,
– nadzorne enote.
Slika 4: Naprava PipeMic za kontrolo hišnih priključkov
6
Na nadzorni enoti se nam prikazuje indikator šuma, preko brezžične komunikacije
(bluetooth) pa zvočni signal tudi slišimo v slušalkah. Akustični signal lahko
prenesemo tudi v naše geofone serije Aqua M (100/200/300). Za čistost izvedbe
meritve smo napravi vgradili še dezinfekcijski lonček, ki vstavljeno žico pred vstopom
v cev dezinficira.
Z napravo PipeMic enostavno, hitro in natančno določimo traso cevi in brez motenj
zunanjih vplivov določimo mikrolokacijo puščanja. Naprava ima vgrajen tudi merilnik
dolžine vstavljene žice.
V razvoju, natančneje v testni fazi, je tudi izvedba naprave za magistralne vodovodne
sisteme premerov, večjih od 150 mm, kjer bo žico iz steklenih vlaken zamenjala
vrvica, senzor pa bo ujet v t. i. padalo, ki ga bo tok vode ponesel po cevi do nekaj
kilometrov od vstopa v cev. Naprava je v fazi testiranj.
2.1.3. Pametni geofon Aqua M300 s frekvenčno analizo
Kot je lopata osnovno orodje v gradbeništvu, je geofon osnovno orodje pri odkrivanju
puščanj na vodovodih. Danes so praktično vsi geofoni namenjeni odkrivanju puščanj
in delujejo na osnovi utrditve moči akustičnih signalov in tako lociramo puščanje po
sistemu najmočnejšega signala. Signali, vibracije ali šumi puščajočega mesta, kot jih
radi poimenujemo, imajo različne frekvence, le-ta pa se niža z oddaljenostjo od
izvora. Tako ima šum na mestu puščanja najvišjo frekvenco. Moč signala z
oddaljenostjo od mesta puščanja v idealnih pogojih običajno pada, vendar ne vedno!
Velikokrat se zgodi, da je šum močnejši nekaj metrov stran od dejanskega mesta
puščanja, bodisi zaradi spremembe materiala zemljine, površine ali cevi. Posledično
imamo lahko tudi več t. i. suhih izkopov, kar zvišuje stroške in znižuje motivacijo
delavcev.
Slika 5: Geofon Aqua M300
7
Prikaz frekvenc in prikaz moči signala smo v geofonu Aqua M300 združili in izdelali
prvi pametni geofon. Naprava nam na barvnem zaslonu na dotik prikaže moč šuma v
odvisnosti od frekvence. Dobimo numerični in grafični prikaz, v katerem je skrit
multiplikator moči in frekvence šuma (smart oz. pametni način). Ta podatek nam
dejansko pokaže, kje je mesto puščanja. S tem aparatom dosegamo točnejše
rezultate, kar je napomembneje, saj aparat pomaga iskalcu k hitrejši določitvi mesta
puščanja in zmanjšuje možnost napak.
Slika 6: Frekvenca šuma pada glede na oddaljenost od mesta puščanja
S pomočjo natančne frekvenčne analize šumov lahko lažje delamo tudi v manj
idealnih pogojih dela. V napravi določimo frekvenčni interval (kar 256 različnih
intervalnih kombinacij), ki ga želimo poslušati pri delu in tako lažje izločimo gost
promet, veter ali druge motnje.
Poleg navedenih revolucionarnih funkcij ima geofon Aqua M300 vgrajen še način
dela Plin in način dela PWG. Način dela Plin omogoča, da izvedemo preizkus
plinotesnosti cevovoda s pomočjo plina H2N. Na aparat priključimo senzor za vodik
in iščemo mesta puščanja po trasi cevovoda. Seveda moramo pred tem vodo v cevi
zamenjati s plinom H2N. Molekula H2 je najmanjša molekula periodnega sistema in
tako z lahkoto prehaja iz cevi skozi najmanjšo luknjico, v zemljine, asfalt ali beton, na
površino, kjer jo iščemo s senzorjem.
Način PWG je edinstven sistem za lociranje nekovinskih vodovodnih cevi. Oddajnik
PWG priklopimo kontaktno z vodo na vodovod preko vodovodnih armatur (hidrant,
navrtalna spojka, pipa …). PWG s pomočjo delovnega tlaka vodovoda povzroča
produkcijo in širjenje vibracij po vodi. Tako kot doktor išče arterijo, da začuti in izmeri
utrip, s pomočjo geofona Aqua 300 iščemo signal PWG po površini, in kjer je signal
najmočnejši, tam je cevovod. Vibracije oz. signal je unikaten in ga je enostavno
razločiti od drugih šumov iz okolja.
8
Slika 7: Shematični prikaz metode Plin in PWG
Geofon Aqua M300 ni samo pametni geofon, temveč je veliko več, saj je izpopolnjen
do potankosti in poln praktičnih funkcij.
LITERATURA IN VIRI:
1. Arhiv Andotehna, d. o. o.
2. Spletna stran podjetja Andotehna, d. o. o., www.andotehna.si.
3. Spletna stran podjetja F.A.S.T., G.m.b.H., www.fastgmbh.de.
9