Прогнозування терміну віртуальної аварії теплотраси та колекторів водовідведення

В системах житлово-комунального господарства катастрофічні явища спостерігаються частіше за усе у сфері комунальної енергетики, газопостачання, водопостачанні та водовідведення: прориви теплотрас, газових магістралей і мереж водопостачання та водовідведення – повсякденні проблеми життя сучасних мегаполісів. Відомо, скільки коштів поглинають роботи по відбудові аварійних ділянок теплотрас і мереж. Але мало хто звертає увагу на те, як відбувається у часі, а також за якісних та кількісних варіацій змінних і чинників, процес поступового переходу від режиму нормальної експлуатації до режиму розвитку аварії. Більше того, прийнято вважати, що аварія виникає «миттєво», «зненацька», «невідворотно». Якщо відкинути такі чинники як тероризм, диверсії або природні катастрофи (землетрус, повінь, торнадо тощо) усяка техногенна аварія розвивається у надрах нормально працюючої системи як результат недбалості і непрофесіоналізму, тому що такі чинники, як процеси старіння, зносу, дрейфу параметрів тощо повинні враховуватися на усіх етапах експлуатації будь-яких систем. Інакше кажучи, поряд з виконанням своїх безпосередніх функцій автоматизовані системи і персонал повинні забезпечувати сталий моніторинг стану як кожної з систем у цілому, так і усіх її головних складових. Тут під моніторингом треба розуміти не тільки періодичну фіксацію поточного стану кожного з компонентів системи, але й використання моделей поведінки цих компонентів у часі і в функції внутрішніх і зовнішніх чинників для прогнозування майбутньої зміни стану зазначених компонентів і системи у цілому. Так, якщо йдеться, наприклад, про стан водопровідної мережі (або теплотраси), необхідно використати моделі внутрішньої і зовнішньої корозії, які мають наступний загальний вигляд:

Δh = 0,5{d_ok_oC_oexp d_ik_iC_iexp },

де Δh – сумарне зменшення товщини труби за рахунок внутрішньої і зовнішньої корозії, k_i i k_o – константи швидкості реакцій окислення всередині і зовні труби, C_і i C_о – відповідні концентрації окислювачів, α_і i α_о – відповідні передавальні коефіцієнти (константи), які визначають вплив тих чи інших чинників на експоненціальну залежність швидкості реакції Е, τ – константа часу системи, у якій відбувається та чи інша реакція, Т – абсолютна температура зовні труби і температура носія (води), t – час експлуатації даної ланки магістралі, d_i i d_o – відповідно внутрішній і зовнішній діаметри труби (рис. Д7-1).

Рис. Д7-1

Зміна товщини труби ∆h=h-h1 під впливом внутрішньої та зовнішньої корозії

Враховуючи показники ґрунту, в якому прокладено труби, і води, яка тече у трубах, а також відповідні температури, дату початку експлуатації тієї чи іншої ділянки мережі, або її найбільш «слабкої» ланки, а також максимально припустиме сумарне зменшення товщини труби Δh_{max max} і відповідне погіршення структури металу труби, можна передбачити час, коли характеристики міцності, пов’язані із зменшенням товщини стінок труби з-за корозії, а також з погіршенням структурних характеристик металу труби, дійдуть межі Δh_{max max}, за якою може (за наявністю тих чи інших перехідних процесів у системі) відбутися розрив труби. Ця модель повинна також враховувати коливання тиску (у тому числі динамічні удари) і швидкості руху. Для розробки моделі і, головним чином, для вибору параметрів моделі необхідно ретельно вивчати усі випадки прориву труб з тим, щоб підібрати відповідні осереднені значення тих, чи інших констант, а також параметрів моделі. Отже, приймаючи рішення щодо модернізації тієї чи іншої структури (мережі) варто оцінити витрати на модернізацію та супутні витрати з оцінкою ризику у разі відмови від модернізації з-за відсутності коштів. Може статися, що вигідніше знайти кредит (навіть не дуже вигідний), ніж ризикувати.

Окремо слід зупинитися на аваріях трубопроводів, обумовлених вібраціями і динамічними ударами. Досить часто під час відкриття кранів (або за умов дії якоїсь іншої причини різкої зміни витрат носія у мережі) можна спостерігати скрегіт, завивання або й торохкотіння на зразок гуркоту мотоциклетного двигуна. Ці звуки обумовлені погано налаштованими засувками, невдалим виконанням трас, наявністю перешкод усередині патрубків (частковим блокуванням траси або її відгалуження відламками конструкцій і іншими предметами, які випадково могли потрапити у магістраль) тощо. Вібрації, які й спричиняють гуркотінню, з одного боку, призводять решт-у-решт до катастрофи, тобто до розриву труб в наслідок частотних знакозмінних (динамічних) навантажень, але з іншого – є сигналом про негаразди у системі і необхідність термінового втручання персоналу з метою виправлення ситуації. Отже на такі вібрації варто негайно реагувати, що дозволить уникнути серйозних аварій.

Ще однією проблемою, яка може призвести до аварії, є стале підвищення гідравлічного опору магістралі за рахунок, з одного боку, приєднання усе нових споживачів (внаслідок будівництва житлових та інших будівель), а також (з іншого) утворення перешкод, обумовлених неякісним ремонтом або використанням невідповідного устаткування, неякісних засувок тощо. Підвищення опору призводить до того, що для забезпечення споживачів водою приходиться підвищувати тиск у магістралі. А це створює умови для прориву труб, у першу чергу тих, які вичерпали свій ресурс у зв’язку з корозією. Тому треба обов’язково ввести поріг максимального тиску в магістралі, перевищення якого може спричинити до прориву труб, що знаходяться на межі ресурсу міцності і зробити відповідне оцінювання ризиків.

Нарешті, досвід Дніпропетровська засвідчив, що ризики, пов’язані з газопостачанням, не тільки існують, але й мають свою значну ціну. Тому слід не тільки регулярно контролювати усе газове обладнання (особливо середнього тиску), але й мати певні оцінки ризику, пов’язаного із терміном експлуатації устаткування в певних несприятливих умовах і імовірністю важких аварій протягом зазначеного часового інтервалу.

Нажаль, оцінка ризику VaR, що часто використовується, не є панацеєю. Справа у тому, що не усі VaR, що визначаються, є адитивними, тобто VaR(А+В) > VaR(А) + VaR(В). Оцінювання когерентного (сполученого) ризику є більш складним завданням і тут не розглядається.

На завершення необхідно відзначити, що визначення ймовірностей подій, які зустрічаються, на щастя, досить рідко, вимагає велику кількість даних. Так, для визначення імовірності того, що випадок може статися протягом року, необхідно вивчити дані за інтервал 4-5 років. Крім того, для визначення VaR припускають нормальний розподіл, у той час, як частота подій є невизначеною. Але лише використання моделей поведінки об’єктів ЖКГ та оцінювання ризиків є шляхом попередження техногенних катастроф та мінімізації їхніх можливих наслідків.

У бетонних склепінь самопливних колекторів міської каналізації свої проблеми. Мікробіологічна корозія бетону внаслідок біогенної кислотної агресії (під впливом сірчаного водню H₂S, що виходить у підсклепіння колектору) знижує ресурс цих об’єктів у 3,3-5 разів (тобто з 50 до 10-15 років). До 74% аварій на залізобетонних трубопроводах систем водовідведення викликано саме цим видом корозійного руйнування. Бетон, звичайно, захищається гідроізоляційними антикорозійними покриттями. Але й вони не повністю виконують свою захисну функцію, головним чином, з-за наявності мікротріщин. Концентрація сірчаного водню С_H2S (мг/м³) у плівковій конденсатній волозі на поверхні бетону споруди, яка підпадає під вплив біогенної сірчанокислої агресії і за якої покриття ще зберігає свої властивості, може бути визначена за такою емпіричною формулою:

де t_real – реальна тривкість покриття (доби), t_demand – необхідна тривкість покриття (доби). Треба відзначити, що стандартне відхилення концентрації С_H2S від математичного очікування цієї концентрації у атмосфері реальних об’єктів каналізації складає величину σ = ±50%, що за умов наближеного до нормального закону розподілу значень концентрації відповідає ширині смуги невизначеності даних близько 33%. Отже періодичне вимірювання концентрації С_H2S та порівнювання її з отриманою згідно вищезазначеної формули дозволить визначити межу, до якої припускається експлуатація об’єкту без зміни покриття, тобто з мінімальним ризиком.

Поиск по сайту: