KURZUS: Különleges ellátási rendszerek

MODUL: A vízellátás rendszere

3. lecke: A víz szállítása és elosztása

| Cél: A lecke célja, hogy a hallgató megismerje a víz szállításának és elosztásának sajátosságait, a fő topológiákat és szerkezeti elemeket, valamint a hálózati veszteség problémakörét és a vízellátási rendszerre gyakorolt hatásait
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes:
felismerni és ismertetni a vízelosztási rendszereket topológiájuk alapján jellemzői alapján meghatározni a hálózati veszteségek okait és fajtáit felsorolni a víz szállítási és elosztási infrastruktúrájának főbb elemeit
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 60 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak: Topológia, hálózati veszteség, igény vezérelt szabályozás
Tananyag
Jegyezze meg a jellemző vízelosztási rendszereket topológiájuk alapján!
A vízelosztó rendszer tulajdonképpen nem más, mint a szállító (vízvezetékek, szivattyúk), tározó (víztartály, medence, víztorony) és szabályozó elemek (szelepek) segítségével, a források és a fogyasztók között létesített kapcsolat. Fontos szerelvényezési feladat a hálózat szakaszos leürítésének biztosítása és kiemelt, magas pontokon a légtelenítés-, és levegőbeszívás biztosítása.
A víz nem transzformálható, nem összenyomható - a hálózat kiterjedését a megfelelő kitermelés, forrás elérése és a szállítási, elosztási, raktározási infrastruktúra kiépítésének és üzemeltetésének paraméterei határozzák meg. A nagyobb rendszer létesítési költsége természetesen magasabb, de a tartalékképzésnek köszönhetően az ellátásbiztonság is nagyobb (Ostfeld, 2001).
2.3. A Ábra: Elosztó-hálózati struktúrák (Cembrano et al, 2000. alapján):
Csillag topológia
Fa topológia
Kaszkád topológia
Háló (körvezetékes) topológia
Jegyzetfüzetébe gyűjtse ki a hálózati veszteségek okait és fajtáit!
A vízelosztási rendszer jellemzőinek vizsgálata kapcsán indokolt kitérnünk a hálózati veszteségek kérdésére. Ennek a veszteségnek az egyik fő forrását a vezeték-meghibásodások, szivárgások, és a felderítésükig tartó hosszú idő jelentik. A csővezeték-hibák oka sok esetben a hálózatban előálló nyomáslengés okozta mechanikai igénybevétel, ami rendkívüli mértékben károsíthatja a csővezeték anyagát vagy a szigetelés tömörségét. A vízhálózati nyomás alacsony értéken tartása hasznos mind a hálózat szolgáltatói, mind fogyasztói oldalán, utóbbi esetben az alacsonyabb vízfogyasztás elősegítője is lehet, a csaptelepek kifolyóin érvényesülő kisebb "hajtóerő". A hálózati vízveszteségeket meghatározó, főleg műszaki tényezők (csőcsatlakozások vízzárósága, vezeték kora, nyomásingadozások stb.) mellett német szakemberek kb. 800 vízellátó üzem tapasztalatai alapján a talajtípust is meghatározónak ítélik (EMM, 2013). A hálózati veszteség, vagyis a közüzemi vízvezeték hálózat veszteségei és mérési hibából eredő veszteségek meg kell említenünk a szolgáltatási veszteséget, vagyis a szolgáltatási célú vízfelhasználások vízigényét (ennek példája a csőhálózat öblítése).
A fenntarthatóság érdekében csökkentett vízfogyasztásnál potenciális vízmegtakarítást jelenthet a hálózati vízveszteség mérséklése, tekintve, hogy a kitermelt víz jelentős hányada nem jut el a fogyasztókhoz, illetve nem kerül részükre kiszámlázásra. A hálózati vízveszteség értéke Magyarországon 2010-ben 19,6% volt.
Ez a veszteség az 1980-as évek elejétől növekedett meg, amire magyarázatot jelenthet az a tény, hogy a vezetékhálózat számottevő része az 1950-es években került kiépítésre, és a csővezetékek meghibásodási aránya a Herz eloszlás alapján 30 év után kezd rohamosan nőni (Papp, 2007).
A hálózati ivóvízveszteség a hazai városi ellátórendszerekben 2010 (EMM, 2013)
2.3.B Ábra
Ezzel az értékkel Európa középmezőnyében helyezkedünk el. A vízellátó hálózatokban kialakuló szivárgások miatt egész bolygónk viszonylatában naponta 45 millió m3 vizet veszítünk el - ez hozzávetőlegesen 200 millió ember vízigényét tudná fedezni (Világbank 2006-os adat).
A nagy vagyoni értéket képviselő vízellátási hálózatban meghibásodott vagy elavult csővezetékeket a szakemberek célszerűen új, hosszú élettartamú elemekre cserélik, a megújulás azonban rendkívül lassú, mindeközben változatlanul jelentősek a hálózati veszteségek.
Az igény-vezérelt szabályozás a hálózati veszteségek csökkentése szempontjából is rendkívül előnyös, az alacsonyabb terhelésű éjszakai időszakokban ugyanis azonos nyomás mellett a veszteségek lényegesen nagyobbak (lásd a 2.3.C Ábrán).
A hálózati veszteségek alakulásának napi profilja állandó hálózati nyomás mellett (Obradovic, 2000)
2.3.C Ábra
A romániai Ploiesti városában, tíz évnyi rekonstrukciós munka eredményeként első lépcsőben - a szivattyúk cseréjének köszönhetően - 50%-ról 30%-ra csökkentek a hálózati veszteségek, majd az igény-vezérelt szabályozás megvalósításával további 7%-os veszteség-csökkenést értek el (a szabályozási célérték változtatásának hatását lásd a 2.3.D Ábrán zöld színnel jelzett profilokon).
Az igény-vezérelt szabályozás bevezetésének hatása, Ploiesti-RO (Grundfos Case Study, 2010)
2.3.D Ábra
A hálózati elemek minden városi vízellátási rendszerben rendkívül magas vagyoni értéket képviselnek. Karbantartásuk és felújításuk éppen ezért különösen gondos tervezést igényel (amit praktikusan a fenti példa szerint érdemes a szivattyú-telepek rekonstrukciójával kezdeni). Mindeközben az átalakítások során egyszerre kell biztosítani a megfelelő vízminőséget, a gazdasági érték megóvását, a veszteségek csökkentését, a megbízhatóság növelését (Engelhardt et al, 2000).
A tudományos szakirodalom sok irányból közelít az elosztási infrastruktúra hatékonyabb használatának kérdéséhez, számos törekvés irányul például a csúcsidőszak hálózati terhelésének csökkentésében új típusú, a hálózaton elosztott tárolók bevezetésére (Burn et al, 2002). Ezen a módon a hálózati vagyon igen jelentős részét képviselő csőhálózat karbantartása és felújítása során jelentős infrastrukturális költségek takaríthatók meg.
A vízelosztási rendszerekben egyre fontosabb szerepet játszanak a változtatható fordulatszám-tömegáram viszonyok között fokozatmentes szabályozással működtethető frekvenciaváltós szivattyús hajtások. Előnyük, hogy alkalmasan választott (változtatható) nyomás-szabályozási célérték esetén képesek a változó fogyasztói igények mellett is megfelelő mennyiségi (m3) és minőségi (bar, kPa) paramétereket biztosítani az adott hálózatrész vételezési pontjain.
Ezzel a módszerrel tároló elemeket, víztornyokat lehet kiváltani, melyeket korábban adott övezetben a megbízható nyomástartás érdekében létesítettek. Így a vízellátás rendszere, mint vezeték-logisztikai infrastruktúra az ellátási láncnak ebben a szakaszában a változó igényeket a szállított mennyiség dinamikus változtatásával biztosítja. Ezzel a korábban tisztán egyensúly-tartó készleteket (PI) tartalmazó rendszerben új agilis elem, változtatható teljesítménnyel működő szállító eszköz jelenik meg (PC).
Nyilvánvalóan egy frekvenciaváltós szivattyú hajtás megjelenése nem jár együtt víztornyok lebontásával, megszűntetésével. Rendkívül fontos azonban az elérhető infrastrukturális megtakarítás, hiszen lakóövezetek bővítésekor, adott esetben egy-egy üzemzavar esetén is egy ilyen hajtásnak számos előnye jól alkalmazható. A változó tömegáramok a szállító- és elosztó-rendszer több pontján sikerrel használhatók a pangó szakaszok felszámolására, valamint az igény-vezérelt nyomásviszonyoknak köszönhetően a hálózati veszteségek csökkentésére.
Olvassa el a "Győr vízellátó hálózata" című olvasmányt, s a szöveg alapján adja meg Győr városának elosztási topológiáját!
Győr vízellátó hálózata - Olvasmány
A győri vízellátó hálózat a beépített területen teljes, minden utcában üzemel vízvezeték.
A városi hálózat alapvetően körvezetékes módon épült ki, ezzel jó minőségű és biztonságos ivóvíz, és a keresztmetszeti túlméretezésnek köszönhetően kitűnő adottságú tüzivíz ellátást tudnak szolgáltatni (elsősorban ez volt a keresztmetszeti túlméretezés célja).
A külterületek felé kifutó utcáknál található néhány olyan ágvezeték is, amelyekben pangó vizes állapotok alakulhatnak ki, valamint a rekonstrukciós munkáknál és a csőtöréseknél sok ingatlan maradhat vízellátás nélkül. Több, a város szélén lévő településrész csak egy-egy kis átmérőjű betápláló vezetékkel van a nagy hálózati rendszerhez kapcsolva, amely a kettős betáplálás hiányában nem ad megfelelő biztonságú és színvonalú ellátást.
A vízellátó hálózat anyaga nem homogén, a vezetékek építésének idejétől függően más-más anyagú vezetékekből áll. A régi építésű belvárosi részeken még nagyon gyakoriak az igen jelentős korú öntöttvas vezetékek, ezek mindenképpen cserére szorulnak. A leggyakoribb vezetékanyag az azbesztcement, a hálózat legnagyobb része, és főleg a nagyméretű gerincvezetékek ebből épültek. Az újabban épített vezetékek már a korszerű műanyag csövekből épültek meg.
Néhány helyen lokálisan jelentkező, elsősorban a vezetékek elhasználódásából eredő üzemzavarok lépnek fel - ennek elsődleges oka, hogy a hiba bekövetkezésének valószínűsége az idősebb vezetékeken nagyobb.
A folyamatos hálózatrekonstrukció keretében mind ezek a hibák, mind a vízminőség romlásából eredő zavarok kiküszöbölhetők.

| Önellenőrző kérdések
1. Válassza ki az egyes képekhez tartozó vízelosztási topológiák helyes megnevezését! 1. Fa topológia 2. Háló (körvezetékes) topológia 3. Kaszkád topológia 4. Csillag topológia
2. Válassza ki a felsorolásból az igaz állításokat!
| a magas hálózati veszteség oka
| a vezetékek meghibásodása, repedése
| a tömítések szivárgása
| a hibák felderítéséig tartó hosszú idő
| a vízdombok megjelenése
| az éjszakai időszakban lecsökkenő víznyomás
3. Válassza ki a listából a frekvenciaváltós szivattyúk alkalmazásának előnyeit!
| Változó fogyasztói igények mellett is képesek az igénylet vízmennyiséget és hálózati víznyomást biztosítani
| Változó fogyasztói igények mellett is képesek kellő pH-jú vizet biztosítani
| Hosszú távon nagy infrastrukurális megtakarítás érhető el
| Elhanyagolhatóan alacsony beruházási és üzemeltetési költségek
| Gyors reakcióidő
| A korábban tisztán egyensúly-tartó készleteket (PI Protective inventory) tartalmazó rendszerben új agilis elem, változtatható teljesítménnyel működő szállító eszköz jelenik meg (PC Protective capacity)
| A korábban tisztán egyensúly-tartó készleteket (PC Protective capacity) tartalmazó rendszerben új lean elem, változtatható teljesítménnyel működő szállító eszköz jelenik meg (PI Protective inventory)