Като фирма за инженерни услуги, ИНЖЕНЕРИК успешно използва софтуерните инструменти Bentley WaterGEMS и Bentley Water Hammer за разработка на хидравлични модели на водни системи и оптимизиране на тяхната производителност от гледна точка на ефективното и устойчиво управление.
С помощта на Bentley WaterGEMS създаваме точни хидравлични модели, анализираме поведението на системата и оценяваме различни сценарии, за да оптимизираме работата на водоснабдителните и разпределителни мрежи. С този софтуер можем да идентифицираме неефективности, да намалим загубите на вода, да подобрим управлението на налягането и да гарантираме надеждно водоснабдяване на нашите клиенти. Чрез използване на WaterGEMS успяхме да оптимизираме водоснабдителните системи и да постигнем значителни подобрения в ефективността в процеса на управление и финансова такава.
Освен това, разчитаме на Bentley Water Hammer за анализ и справяне с преходни събития като хидравлични удари във водоснабдителните системи. Чрез моделиране и симулация на тези събития можем да идентифицираме потенциални проблеми и да предприемем мерки за предотвратяване на повреди на оборудването и неефективна работа на системата. Този превантивен подход ни помага да осигурим дълготрайност и устойчивост на управляваните от нас водни системи, намалявайки прекъсванията и разходите за поддръжка.
Обхватът, както е определен в изискванията на клиента, за проекта, в който използвахме и двата софтуерни инструмента Bentley WaterGEMS и Bentley Water Hammer, е следният:
- реконструкция на част от водопроводната мрежа в село Айдемир, с обща дължина от 10,31 км (с диаметри от DN90 до DN315), както и реконструкция и изграждане на 722 вътрешни връзки за сгради и 1 PRV (регулатор на налягането) камера. Конструкцията на тръбите, предназначени за реконструкция, е от полиетилен (HDPE) PN 10;
- реконструкция на част от водопроводната мрежа в село Калипетрово, с обща дължина от 10,19 км (с диаметри от DN90 до DN250), както и реконструкция и изграждане на 551 вътрешни връзки за сгради, 4 измерителни камери и 1 PRV (регулатор на налягането) камера. Конструкцията на тръбите, предназначени за реконструкция, е от полиетилен (HDPE) PN 10;
- реконструкция на довеждащи / захранващи водопроводи за агломерацията Силистра, която включва село Айдемир и село Калипетрово, с дължина от 8,04 км и диаметри от DN200 до DN500mm. В проекта се предвижда изграждането на 2 водомерни възела и три камери срещу хидравличен удар. Конструкцията на тръбите, предназначени за изграждане на водопроводната мрежа в този район, е от полиетилен (PEHD) PN 16/10.
Обхватът на проекта включва също различни дейности, свързани със следните съоръжения:
- Реконструкция на кладенец тип „Раней“ – 1, 4 и 5
- Реконструкция на помпена станция подем (ПС) II
- Реконструкция на напорен резервор 3000м3
- Реконструкция на напорен резервоар 400м3
- Реконструкция на водна кула (ВК)
Освен това, проектът включва и изграждането на нови станции за хлориране близо до сондажите Раней 4, 6, 8 и НС II.
Фигура 1. Генерален план на реконструкцията на водопроводната мрежа в агломерацията, включително основните водопроводни тръбопроводи.
В нашия проект сме разгледали важността на взаимовръзката между помпено-напорна тръбна/и система/и, за да се защитим от негативните влияния по време на хидравлични удари.
Хидравличен удар в помпено-напорна система.
Внезапното изключване на помпените агрегати генерира вълна с намалено налягане ψ. Налягането във всяка секция на тръбопровода зависи от взаимодействието на директни и отразени вълни при срещата им и се променя с течение на времето. Вълните на понижените вълни се генерират от помпата, която продължава да работи инерционно след внезапното прекъсване на захранването, постепенно намалявайки своят дебит и налягане. Когато помпата спре да снабдява вода в оригиналната посока, възвратния клапан, поставен в помпената станция, се затваря. В този момент отразените високонапорни вълни от резервоара се сблъскват със затварящото устройство и се отразяват обратно като високонапорни вълни.
В зависимост от специфичните условия на местността и параметрите на хидравличната система, може да се формира вакуум в секция по маршрута на налягателния тръбопровод поради намаленото налягане (в резултат от изключването на помпените агрегати). Когато вакуумът надвишава 8-9 м, водният струя може практически да преживее кавитация, която е изключително опасна за целостта на тръбопровода. Последователните срещи на кавитиращи водни стълбове генерират налягане значително по-високо от налягането в най-неблагоприятната секция при хидравлични удари без кавитация (които се появяват в гравитационни тръбопроводи).
Хидравният удар е най-опасен и значителен в дълги, прави тръбопроводи със съответни характеристики през цялата им дължина. В тръбопровод с различни характеристики или разклонения от основния тръбопровод, като отклонения с по-малък диаметър за различните улици, хидравният хидравличен удар намалява значително поради множествените частични отражения на ударните вълни в тези отклонения, които се взаимоотклоняват едно от друго.
По време на внезапно прекъсване на захранването (в случай на аварии), Q-H характеристиката на помпата се променя според закон, зависещ от вариацията на въртящата честота на агрегатите Ƞ.
Фигура 2. Преглед на резултати от Bentley Hammer за главен водопровод 1 (един от няколкото главни водопровода), без защита.
Чрез координиране на работата на помпата и нагнетателният тръбопровод, ние имаме за цел да намалим появата и силата на хидравния удар. Контролираните процедури за изключване и стартиране на помпата, заедно с подходящо отваряне и затваряне на клапани, играят ключова роля в намаляването на внезапните вариации на налягането и последващите ефекти от хидравния удар.
- Помпени агрегати с голяма инерция и честотно управление: Чрез включването на помпени агрегати с голяма въртяща инерция, заедно с механизми за честотно управление, внезапните промени в дебита и налягането могат да се минимизират. Честотното управление позволява постепенни корекции на скоростта на помпата, което намалява вероятността от поява на хидравен удар.
- Помпени агрегати с честотно управление: Помпени агрегати, оборудвани само с честотно управление, също могат да помогнат за ограничаване на хидравния удар. Възможността за регулиране на оборотите на помпата според изискванията на системата помага за поддържане на стабилен дебит и налягане, намалявайки риска от хидравен удар.
- Помпени агрегати с „soft starter“: Софт стартерите позволяват постепенното и контролирано ускорение на помпените агрегати, предотвратявайки получаването на рязки повишавания на вълните на повишено налягане, намалявайки хидравния удар. Чрез постепенно увеличаване на скоростта и дебита, вероятността от възникване на повреди, предизвикани от хидравен удар, се намалява значително.
Прилагането на тези подходи и използването на помпени агрегати със специфични характеристики като голяма инерция, честотно управление и софт стартери помага ефективно да се намали появата и интензивността на хидравните хидравлични удари в помпени станции и свързаните системи.
Фигура 3. Помпени агрегати с софт стартери
За да осигурим допълнителна защита, ние използваме различни техники, като пренасочване на водата обратно в резервоара чрез клапи / регулатори и въвеждане на въздух в системата чрез вакуум клапи. Тези мерки помагат да се облекчи повишеното и/или понижено налягане и да се разсее енергията, ефективно управлявайки ефектите на хидравния удар.
Фигура 4. Пренасочване на водата обратно в резервоара чрез регулатори на налягане
Допълнително, в един от няколкото главни налягателни тръбопроводи сме внедрили защитни мерки като съоръжения срещу понижено/повишено налягане, вакуум клапи и клапани за намаляване на налягането, разположени стратегически в системата. Тези компоненти помагат да се абсорбира излишното налягане, да се разсее енергията и да се осигури облекчение по време на хидравличен удар, защитавайки системата от потенциални повреди.
Bentley Water Hammer, като част от софтуерния пакет на Bentley, предлага ценен инструмент за анализ и намаляване на вакуумни условия в системата. Vacuum breker-ите играят решаваща роля в предотвратяването на образуването на опасни вакуумни налягания в тръбопроводната система.
Чрез включването на vacuum breakers в дизайна, системата се възползва от надеждно и ценово ефективно решение. Te са проектирани да освобождават въздух в системата, ефективно прекъсвайки вакуума и поддържайки равновесие на налягането. Това предотвратява появата на прекомерни вакуумни налягания, които могат да доведат до срутване на тръбопровода или отделяне на водната колона.
Фигура 4. Vacuum Breaker
Фигура 5. Транзиентен преглед от Bentley Hammer за водния тръбопровод 1 (един от няколкото тръбопровода) със защита.
Освен това, нашият екип използва напредничави софтуерни инструменти като Bentley WaterGEMS и Bentley Water Hammer, за да моделира и симулира хидравличното поведение на тръбопроводи в комбинация с вътрешната водоснабдителна тръбна система на двата обекта. Тези софтуерни решения ни позволяват точно да анализираме и прогнозираме потенциални сценарии на воден удар, което ни помага да оптимизираме дизайна, разположението и оперативните параметри на системата, за да намалим рисковете от воден удар в тръбопроводите и точките на включване във водоснабдителните мрежи, в анализираните две населени места, в рамките на конкретния проект.
Все пак, е от съществено значение да се справим и със защитата в точките на включване във водоснабдителните мрежи, в анализираните населени места. Тук, внезапните промени във скоростта на потока и налягането могат да повлияят на вътрешната водоснабдителна система, което може да доведе до повреди на тръбите, повреди и нарушения във водоснабдяването на жилищни, търговски и индустриални потребители.
За да се намалят негативните ефекти от хидравличния удар в точките на включване във водоснабдителните мрежи, бяха внедрени подходящи мерки за контрол на вълните на повишено и понижено налягане.