• Telefon kontaktowy: 509 66 02 15

    Lokalizacja Wycieków Sieci Zewnętrznych – Wodociągi.

    Lokalizacja Wycieków Sieci Zewnętrznych – Wodociągi. 1024 512 Lokalizacja Wycieków Wodnych - Świat Instalacji

    LOKALIZACJA WYCIEK WODY NA SIECIACH WODOCIĄGOWYCH.

    Sieci wodociągowe od początku swojego istnienia świadczyły o postępie technologicznym danego ludu oraz o postępie naukowym. Najstarszą sieć wodociągową odnaleziono w miejscowości Herkulanum, która w wyniku erupcji wulkanu Wezuwiusz uległa zagładzie. Możliwości rozprowadzania wody do domów bogatszej części mieszkańców, zbiorników w postaci fontann, z których ludzie biedniejsi mogli czerpać wodę, znalazły ponowne zastosowanie w Europie dopiero w XIX wieku.  Rury w tych instalacjach wodociągowych wykonane były z ołowiu. Pierwsza sieć wodociągowa ciśnieniowa na terenach obecnej Polski wykorzystująca koło wodne powstała w miejscowości Frombork.

    W czasach obecnych sieci wodociągowe oraz kanalizacyjne są powszechne i znajdują się w każdej miejscowości. Sieci wodociągowe zaczęto rozwijać i modernizować pod względem wykorzystywanych materiałów oraz używanej armatury i urządzeń. W procesie zmiany materiałów uwzględniono zmianę chropowatości i jej wpływ na zwiększenie strat ciśnienia w instalacjach rurociągowych. Wraz z ciągłym rozwojem instalacji wodociągowych zaczęto zauważać nierozłączny element, który cały czas z tymi systemami jest powiązany, czyli wycieki i nieszczelności. Koszty związane z wyciekami i nieszczelnościami sieci wodociągowych mogą być ogromne. Przykładem takiej sytuacji może być zdarzenie zapadnięcia się asfaltu na jednej z dróg dowolnego miasta. Sytuacja taka generuje ogromne koszty związane nie tylko z naprawą samej instalacji rurociągowej, ale również drogi. W czasach szybkiego wzrostu urbanizacyjnego bardzo ważnym zagadnieniem stało się lokalizowanie nieszczelności. Lokalizacje nieszczelności można podzielić na cztery główne rodzaje: biologiczne, urządzenia pomiarowe, systemy SCADA, pozostałe.

    Metody   biologiczne    w   poszukiwaniu   nieszczelności   opierają   się   na   ludziach i zwierzętach. Ta metoda jest najbardziej tradycyjną metodą lokalizacji, gdyż wykorzystuje doświadczony personel, który przemieszcza się pieszo lub za pomocą pojazdów wzdłuż rurociągu. Personel ten poszukuje oznak wycieku za pomocą wzroku, węchu oraz słuchu (odgłosy rozprężania się płynu). Zamiast ludzi można wykorzystać specjalnie wytresowane psy, które są bardziej wrażliwe na zapachy niż ludzie i mogą wyczuć woń płynu.

    Urządzenia pomiarowe wykorzystywane do lokalizacji nieszczelności można podzielić na urządzenia wizyjne, akustyczne, wykrywające opary oraz przewody diagnostyczne.

    Poszukiwania nieszczelności przy pomocy urządzeń wizyjnych są wykonywane za pomocą kamery wideo zdolnej do rejestrowania promieniowania podczerwonego (kamera termowizyjna). Kamera rejestruje różnicę temperatury, a następnie obrazy są przetwarzane w celu pokazania zmian temperatury całym w spektrum koloru. Dane mogą być nagrywane dla przyszłej rewizji i przetwarzania. Systemy te używane  są ogólnie  na  rurociągach,  które  mogą  pozostawić  po  sobie  ślad  termiczny  związany  z transportowanym medium na odcinku kilku metrów pod ziemią. Ograniczeniem jest ich użycie tylko do rurociągów, które transportują płyny znacząco podnoszące temperaturę otaczającej ziemi, takich jak woda do celów grzewczych, czy para. Zaletą tego systemu jest możliwość analizowania dużych obszarów jednocześnie oraz brak jakichkolwiek prac ziemnych. Technika podczerwieni jest przydatna głównie do obserwowania systemów ogrzewania. System ten nie może zostać wykorzystany jeżeli transportowane medium nie wytwarza różnicy temperatury z otaczającym gruntem.

    Akustyczne metody wykrywania wycieku opierają się na piezoelektrycznych przetwornikach,  które  przekształcają  fale  ciśnienia  generowane  przez  płyn  uciekający  z instalacji w sygnał elektryczny. System ten składa się z piezoelektrycznego przetwornika, wzmacniacza oraz słuchawek. Ogromnym   plusem   tej    metody   jest   możliwość    zlokalizowania    nieszczelności  z dokładnością nawet jednego metra. Dokładność uzależniona jest od otoczenia, w którym znajduje się rura. Wadą tej metody jest to, że operator systemu pomiarowego może błędnie odczytać informacje o wycieku. Sytuacja taka może mieć miejsce podczas dokonywania pomiarów w pobliżu zaworów, czy  zmian  geometrii rury lub  otoczeniu  zewnętrznym  (np. w pobliżu pompy). Metoda ta szczególnie używana jest w instalacjach pracujących stale w podwyższonym ciśnieniu.

    Kolejna metoda wykrywania nieszczelności oparta jest o urządzenia pomiarowe wykrywające opary. Polega  ona  na  identyfikacji  substancji  chemicznych  rozproszonych w otoczeniu za pomocą specjalnie skalibrowanych sensorów i porównywaniu ich z zadanym markerem wzorcowym (rys. 1.7). W przypadku pokrycia się tła otoczenia z markerem można stwierdzić powstanie wycieku. System ten jest odpowiedni dla ropy naftowej oraz jej pochodnych produktów i wszelkich substancji, które podczas wycieku zaczynają parować     i gromadzić się w bardziej skoncentrowany sposób w otoczeniu.

    Ostatnią opisywana metodą związaną z przyrządami pomiarowymi jest metoda oparta o przewód pomiarowy  Przewód ten składa się  ze światłowodu znajdującego się  w bardzo cienkiej osłonie ze stali nierdzewnej o znanej częstotliwości. Światłowód znajdujący się  w  środku  posiada  znaną  wartość  oporu  oraz  długość.  W momencie wystąpienia wycieku zmienia się jego charakterystyka dielektryczna. W wyniku tych zmian zwiększa się oporność przewodu i dzięki temu możliwa jest dokładna lokalizacja nieszczelności   sieci.   Może   on   być    wykorzystywany   do    lokalizacji   nieszczelności w instalacjach transportujących wodę, paliwo, elektrolity, rozpuszczalniki, kwasy, zasady itp. Istnieje    możliwość    instalacji     przewodu     w     już     istniejących     instalacjach  lub w nowobudowanych. Niestety po wykryciu nieszczelności kabel należy wymienić na nowy.  Jest on bardzo wrażliwy na otoczenie, a w przypadku skraplania się pary z powodu różnicy temperatury może dojść do niewłaściwego wskazania nieszczelności.

    Systemy SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition),  czyli  systemy nadzoru i gromadzenia danych są kolejnym sposobem na poszukiwanie nieszczelności, które przekształcają fizyczne  parametry i zjawiska (takie jak ciśnienie, temperatura, wydajności i gęstość) na elektryczne sygnały mogące zostać zinterpretowane przez system kontroli. Można je zakwalifikować jako mierniki poziomu, indukcji magnetycznej, zmiany temperatury oraz fal naddźwiękowych. Podczas pomiarów system mierzy całkowitą objętość płynu we wszystkich zbiornikach instalacji. Przy zadanych parametrach temperatury oraz ciśnienia objętość jest stała, w razie wystąpienia przecieku ulegnie ona zmianie. Podczas pomiaru przepływu za pomocą systemu SCADA bada się przewodność magnetyczną przepływającego płynu poprzez indukcje magnetyczną. Pomiar prędkości przepływu dokonywany jest w momencie przepływania płynu przez wygenerowane pole magnetyczne, a powstała wartość napięcia jest proporcjonalna do średniej wartości prędkości przepływu.

    Ostatni podział lokalizacji nieszczelności można określić jako pozostałe metody. Zawiera on w sobie tak zwane skrobaki oraz modele dynamiczne. Skrobak jest to robot, który zostaje wpuszczony bezpośrednio do wnętrza instalacji. Wykorzystuje on technologie magnetyczne do skanowania  ścianek  wewnętrznych rury i dzięki temu nie tylko odnajduje miejsca gdzie może wystąpić nieszczelność, ale również obszary gdzie ona już występuje. Dodatkowo skrobak zbiera informacje o stanie powstawania warstwy kamienia wytrącającego się z wody w wodociągach. Dużym minusem stosowania skrobaka jest przygotowanie specjalnego miejsca (stacji dokującej), z którego będzie on wpuszczany do instalacji, co powoduje ograniczenia w jego zastosowaniu. Niektóre rodzaje tych urządzeń pracują tylko i wyłącznie przy wyłączonej instalacji.

    W kategorii „inne” znajduje się również pod kategoria model dynamiczny. Model dynamiczny, czyli określenie danego zjawiska fizycznego za pomocą równań matematycznych. Niniejsza rozprawia doktorska skupia się na tej właśnie metodzie lokalizacji nieszczelności w sieci rurociągowej transportującej medium jakim jest woda.

    Celem pracy jest opracowanie metody lokalizacji nieszczelności w sieci wodociągowej na podstawie zmian ciśnienia w wybranych węzłach sieci. Realizacja celu podstawowego wynika z następujących celów szczegółowych:

    1. wyznaczenie rozkładów prędkości w poszczególnych rurociągach oraz ciśnień w węzłach sieci wodociągowej;
    2. analiza wpływu położenia nieszczelności w sieci na rozkłady ciśnień w węzłach sieci i na tej podstawie określenie kryterium wyboru węzłów sieci, w których mierzone jest ciśnienie;
    3. opracowanie algorytmu obliczeniowego do lokalizacji nieszczelności sieci na podstawie rozkładu ciśnień w węzłach sieci.

    Źródło:

    LITERATURA

    [1]          Asker M., Turgut O. E., Coban M. T., A review of non-iterative friction factor correlation for the calculation of pressure drop in pipes, Bitlis Eren University, Journal of Science and Technology, ISSN-2146-7706, vol. 4, no. 1, pp. 1-8, 2014

    [2]          Avci A, Karagoz I. A new explicit equation for friction factor in smooth and rough pipes.

    Journal of Fluid Engineering Vol. 131 No. 6, ASME 20093

    [3]          Barr, D.I.H., Solutions of the Colebrook-White Function for Resistance to Uniform Turbulent Flow, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 71, 529-536, 1981

    [4]          Buzelli D., Calculating friction in one step, Mach Des Vol 80 No 12, 2008 s. 54–55

    [5]          Cielak J., Małecka I., Małecki Z. J., Dawne wodociągi w Kaliszu, Zeszyty Naukowe Inżynieria lądowa i wodna w kształtowaniu środowiska nr4, s. 30 – 38, Kalisz, styczeń 2012

    [6]          Coban T. M., Error analysis of non-iterative friction factor formulas relative to Colebrook-White equation for the calculation of pressure drop in pipes, Jurnal of Naval Science and Engineering, vol. 8, No. 1, pp.1-13, 2012

    [7]          Colebrook C. F., Turbulent flow in pipes with particular reference to the transition region between the smooth and rough pipe laws, Journal of the Institution of Civil Engineers, Paper No. 5204, London, 1939

    [8]          Freeman J. R., Experiments upon the flow of water in pipes and pipe fittings, New Hampshire, June 28 to October 22 1892, published by The American Society of Mechanical Engineering, New York, 1941

    [9]          Ghanbari A., Farshad F. F., Rieke H. H., Newly developed friction factor correlation for pipe flow and flow assurance, Journal of Chemical Engineering and Materials Science,

    Vol. 2, pp. 83-86, June 2011

    [10]       Goldsmith H., Carter D., Financing the evolution of London’s water services:1582 to 1904, Milan European Economy Workshops, Working papier n. 2015-02, Gennaio, 2015

    [11]       Grabarczyk Cz., Przepływy cieczy w przewodach. Metody Obliczeniowe, Envirotech,

    Poznań 1997, ISBN 83-901701-4-0

    [12]       Jacangelo J. G., Trussell R. R., International report water and wastewater disinfection: trends, issues and practices, Water science and technology: water supply vol 2 no 3 s. 147-157, IWA Publishing, London, 2002, ISSN 1606-9749

    [13]       Jain AK. Accurate explicit equations for friction factor. Journal of Hydraulic Division Vol 102 No. 5, ASCE, 1976 s. 674–677

     

    [14]       Kurnatowski J., Zastosowanie wzoru colebrooka-Whitea do obliczeń przepływów w sieci dolnej Odry, II Konferencja Regionalne problemy gospodarki wodnej i hydrotechniki, Świnoujście, 2005

    [15]       Lipovka A. Y., Lipovka Y. L., Determining hydraulic friction factor for pipeline systems, Jurnal of Siberian Federal University. Enginering & Technologies, vol 1, pp. 62-68,

    July 2014

    [16]       Mohsenabadi S. K., Biglari M. R. , Moharrampour M., Comparison of Explicit Relations of Darcy Friction Measurement with Colebrook-White Equation, Applied mathematics in Engineering, Management and Technology 2 (4) 2014:570-578, ISSN 2322-5572;

    [17]       Moody L. F., Friction factor for pipe flow, ASME Trans. 66, 671-684, November 1944

    [18]       Nikuradse J., Gesetzmäßigkeitren der turbulenten Strömung in glatten Rohren, Kaiser Wilhelm-Institut für Strömungsforschung, Götingen, Forschungsheft 356,

    September/Oktober 1932

    [19]       Papaevangelou G., Evangelides C., Tzimopoulos C., A new explicit relation for friction coefficient f in the Darcy – Weisbach equation, Protection and Restoration of the Environment, Korfu 05-09 czerwiec 2010;

    [20]       Roberts G., Chelsea to Cairo – ‘Taylor-made’ water trough eleven reigns and six continents, Thomas Telford, 2006, ISBN 07277-3411-3

    [21]       Romeo E, Royo C, Monzon A., Improved explicit equations for estimation of the friction factor in rough and smooth pipes. Chemistry Engineering Journal Vol 86 No. 3,  2002 s. 369–374

    [22]       Semkło Ł., Ciałkowski M., Krzyślak P.: “Analiza rozkładu prędkości i ciśnienia w sieci wodociągowej”, Ciepłownictwo, ogrzewnictwo, odnawialne źródła energii, pod redakcją Wiesława Zimy i Dawida Talera; Kraków 2013; ISBN 978-83-7242-721-2

    [23]       Semkło Ł., Nowak A., „Analiza spadku ciśnienia wywołanego wyciekiem na instalacji hydraulicznej”, Zastosowanie analizy termodynamicznej do opisu zjawisk fizycznych i urządzeń energetycznych, pod redakcją Mariusza Szewczyka; Rzeszów 2014;

    ISBN 978-83-7199-951-8

     

    [24]       Semkło Ł., Ciałkowski M., Krzyślak P., The theory of graphs as a potencial tool for modeling of combined heat and power plant network elements”, Journal of Mechanic and Transport Engineering, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Vol. 66, no. 4, s. 57-70, 2014

    [25]       Semkło Łukasz, Krzyślak Piotr, Ciałkowski Michał: Modeling of the CHP(Combined Heat and Power) plant network elements, 26th Turbomachinery Workshop, 10-12 September 2012 Dresden

    [26]       Semkło Łukasz, Ciałkowski Michał, Krzyślak Piotr: Analys of distribution of velocity and pressure in the water supply, 27th Turbomachinery Workshop, 4-6 September 2013 Szczyrk

     

    [27]       Semkło Ł., Ciałkowski M., Krzyślak P.- Analiza rozkładu ciśnień i prędkości w sieci wodociągowej, III Konferencja Naukowo-Techniczna Współczesne Technologie i Urządzenia Energetyczne, Kraków, 2013

    [28]       Semkło Ł., Nowak A., Analiza spadku ciśnienia wywołanego wyciekiem na instalacji hydraulicznej, XXII Zjazd Termodynamików, Polańczyk 2014

    [29]       Serghides, T.K., Estimate friction factor accurately, Chemistry Engineering Vol. 91, 1984, s. 63-64

    [30]       Sonnad J. R., Goudar C. T., Turbulent Flow Friction Factor Calculation Using a Mathematically Exact Alternative to the Colebrook-White Equation, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 132(8), 2006, s. 863-867, ISNN 0733-9429

    [31]       Swamee P.K., Jain A.K., Explicit equations for pipe-flow problems, Journal of the Hydraulics Division (ASCE), Vol 102 (5), 1976, s. 657–664;

    [32]       Taler D., Ciepłownictwo, ogrzewnictwo, odnawialne źródła energii, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków, 2013, ISBN 978-83-7242-721-2

    [33]       Walden H., Stasiak J., Mechanika cieczy I gazów część pierwsza, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1971

    [34]       Vatankhah AR, Kouchakzadeh S., Discussion: Exact equations of pipe flow problems, by PK Swamee & PN Rathie, Journal of Hydraulic Research, Vol. 47, No. 4, s. 537- 538, IAHR 2009

    [35]       http://www.ancient-origins.net/ancient-places-asia/qanat-firaun-most-spectacular- underground-aqueduct-ancient-world-001557 (z dnia 14.10.2015)

    [36]       http://biuro-inzynierskie.com/lokalizacja.html (z dnia 17.11.2011)

    [37]       http://www.britannica.com/biography/Sextus-Julius-Frontinus#ref2558 (z dnia 20.09. 2015)

    [38]       http://www.britannica.com/topic/De-aquis-urbis-Romae (z dnia 20.09.2015)

    [39]       http://www.ekologia.pl/srodowisko/specjalne/woda-zrodlo-zycia-rzecz-o-dostarczaniu – wody-do-miast-w-europie-i-polsce-w-dawnych-wiekach,15262.html

    (z dnia 20.09. 2015)

    [40]       http://www.hydriaproject.net/en/the-water-management-in-the-region-of-tunis-through- history/water-works-ancient-carthage/ (z dnia 14.10.2015)

    [41]       http://www.imperiumromanum.edu.pl/kultura/architektura-rzymska/budowle- rzymskie/akwedukty-rzymskie/ (z dnia 14.10.2015)

    [42]       http://www.infraredimagingservices.com/commercial (z dnia 17.11.2011)

    [43]       http://www.itisim.com/simulationx/ (z dnia 23.11.2014)

    [44]       http://www.lenntech.com/library/ozone/history/ozone-history.htm (z dnia 20.09.2015)

    [45]       http://www.multipino.pl/offer609450.html (z dnia 18.11.2011)

    [46]       https://www.nord-stream.com/press-info/images/intelligent-pig-3488/?page=3

     

    (z dnia 14.10.2015)

    [47]       http://pipelinesinternational.com/news/advertise_on_the_pipelines_international_pipeli ne_pigging_poster/56374 (z dnia 17.11.2015)

    [48]       https://pl.wikipedia.org/wiki/Atmosferyczny_silnik_parowy (z dnia 20.09.2015r.)

    [49]       http://podroze.wm.pl/76654,Frombork-to-nie-Kanal-Kopernika.html#axzz3oLUdW3j5 (z dnia 20.09.2015)

    [50]       http://www.slideshare.net/alfonbambino/rome-water-supply (z dnia 14.10.2015)

    [51]       http://www.yokogawa.com/solution/hse/solution05.htm (z dnia 18.11.2011)

    [52]       http://3d-cad.cba.pl/wp-content/uploads/2011/05/Silnik-Thomasa-Newcomena.jpg (z dnia 14.10.2015)