Przy ogromnym rozwoju technologii istnieją duże możliwości w zakresie eksploatacji sieci wodociągowych i kanalizacyjnych, jednak mimo to, nie jesteśmy w stanie uniknąć awarii. Niemniej rozsądne działanie pomoże ograniczyć jej straty.

Nie ma w Polsce miast, które w 100% wymieniły sieci, których okres zakładanej żywotności technicznej wynosi średnio 50 lat. Zmiany w prawie, nakazujące większą kontrolę parametrów jakościowych wody pitnej, umożliwiły głębszą analizę jej wpływu na przebieg procesów inkrustacji danego wodociągu. Ogromne znaczenie ma tu parametr pH, dwutlenek węgla, tlen, wapń i substancje rozpuszczone, które stanowią o korozyjności wody oraz mają wpływ na tworzenie się odpowiedniego środowiska dla mikroorganizmów, mogących być przyczyną jej skażenia. Jednakże powstałe na wewnętrznych ściankach rurociągu osady bardzo często są ?zrywane? w czasie zmian prędkości przepływu lub w momencie jego odwrócenia i powodują uszkadzanie armatury oraz urządzeń zamontowanych na rurociągu.

Mając leciwą infrastrukturę, należy zastanowić się nad tym, jak można zminimalizować wszelkiego rodzaju zaburzenia przepływu oraz uderzenia hydrauliczne. Pierwszym krokiem do osiągnięcia tych założeń była wymiana armatury w sieci wskutek wystąpienia awarii. Głównie dotyczyło to terenu, gdzie średnia wieku rurociągu wynosiła ok. 100 lat i po pobraniu wycinków z sieci okazywało się, że na ściankach wewnętrznych występowały grube warstwy osadów, powstałe w wyniku długookresowego procesu inkrustacji.

Działanie wody wywołało korozję, a ta spowodowała ograniczenie pełnej funkcjonalności armatury wodociągowej. Chodzi zwłaszcza o zasuwy starszego typu z tzw. gniazdem, w których odkładały się migrujące w wodociągu zanieczyszczenia. Przekładało się to na brak możliwości zamknięcia zasuwy, dzięki czemu np. w czasie wystąpienia awarii powiększał się obszar miasta odcięty od wody. Rosły też jej straty. Zastosowanie odpowiedniej klasy zasuw i łączników umożliwi niezawodne działanie urządzeń i zapewni oszczędności wody, wynikające z odcięcia wybranego odcinka sieci wodociągowej. Dobrze dobrana armatura powinna cechować się przede wszystkim wysokiej jakości materiałem, z którego została wykonana. Większość producentów oferuje odlewy z żeliwa sferoidalnego GGG 40, obecnie najbardziej niezawodnego stopu. Kolejnym elementem, istotnym przy zabudowie na starych sieciach, jest równoprzelotowość i miękkie uszczelnienie, które zagwarantują możliwość odcięcia dopływu cieczy bez względu na jego zanieczyszczenie. Powłoki antykorozyjne epoksydowe spiekane fluidyzacyjnie powinny mieć grubość minimum 250 ?m i posiadać certyfikat GSK RAL, co zagwarantuje odporność na takie czynniki, jak korozyjność, występujące w otoczeniu armatury, czyli w glebie. Uszczelnienia na trzpieniu zasuwy powinny być odizolowanie od cieczy, ważna jest także ich ilość, gdyż gwarantują one uniknięcie wycieku przez ten element zasuwy. Trzpień główny winien być wykonany ze stali nierdzewnej, natomiast klin zasuwy musi być w całości ogumowany powłoką z EPDM, przeznaczoną do kontaktu z wodą pitną.

W wielu przedsiębiorstwach czy zakładach wodociągowych stosuje się materiały tanie, a co za tym idzie gorszej jakości, co bardzo często przekłada się na krótką żywotność takiej armatury. Niejednokrotnie prowadzone analizy ekonomiczne udowodniły, że koszt zakupu i montażu zasuw najlepszej jakości jest o wiele mniejszy niż w przypadku kolejnej wymiany armatury gorszej jakości. W takiej sytuacji trzeba mieć świadomość tego, iż przy działającej prawidłowo armaturze mamy możliwość testowania sieci. Warunkiem jest posiadanie urządzenia pomiarowego na wyjściu z ujęcia wody. Najlepszym okresem na testowanie są pory nocne, zwłaszcza pomiędzy godziną 1 a 4, kiedy to występują najniższe pobory wody. Dzięki działającym zasuwom możemy sprawdzać odcinek po odcinku i analizować pobory wody dla poszczególnych części sieci wodociągowej. Jest to najtańszy sposób jej oceny, jednakże bardzo trudny do zrealizowania w dużych aglomeracjach, chyba że posiadają wydzielone strefy pomiarowe.

Problem powietrza

Istotna kwestia, na którą trzeba zwrócić szczególną uwagę, a która jest często bagatelizowana przez eksploatatorów sieci wodociągowych i kanalizacyjnych, to problem powietrza w rurociągu. Większość przedsiębiorstw wodociągowych uważa hydrant za urządzenie odpowietrzające sieć. Jest to bardzo mylne podejście do sprawy, choć przy odpowietrzeniach odcinków nowych lub uprzednio opróżnionych z cieczy hydrant może częściowo spełnić taką funkcję (oczywiście w sieci wodociągowej). W wielu miastach zaczęto likwidować wieże ciśnień, które odgrywały rolę odpowietrznika sieci, tak naprawdę bardzo prostego i niezawodnego. Dzięki takim obiektom sieć była również zabezpieczona przed uderzeniami hydraulicznymi oraz stanowiła zasobnik wody w razie wystąpienia awarii. Niestety, brak należytej dbałości o takie obiekty, doprowadził do ich zniszczenia i wyłączania z eksploatacji. Odpowietrzenia sieci kanalizacyjnych ciśnieniowych wyglądają nieco inaczej ze względu na brak takich urządzeń jak np. hydranty. Zaczęto więc stosować zawory odpowietrzające, gdyż nie było innej możliwości odpowietrzenia takiej sieci. Zawory używane do tego rodzaju cieczy bardzo często nie spełniają wymagań, co skutkuje awariami. System pracy układów ciśnieniowych kanalizacyjnych jest odmienny od układów wodociągowych, szczególnie ze względu na funkcjonowanie pomp, które załączają się okresowo, każdorazowo powodując uderzenia hydrauliczne wraz ze zjawiskiem sprzężenia powietrza będącego w sieci, czyli tworzenia tzw. poduszek powietrznych. Przy dostępnych na rynku rozwiązaniach możemy dziś dobrać zawory najlepszej jakości, które zagwarantują nam szybkie napowietrzenie i odpowietrzenie sieci. Wykorzystanie zaworów dwustopniowych napowietrzająco-odpowietrzających zagwarantuje nam również oszczędności energii elektrycznej, która w wielu przypadkach zużywana jest do ?przepchnięcia? powietrza znajdującego się w układzie.

Zawory napowietrzajaco-odpowietrzające

Powietrze przede wszystkim znajduje się w formie rozpuszczonej w cieczy, a ta sytuacja dotyczy głównie sieci wodociągowych, ponieważ w takich układach w trybie ciągłym utrzymywane jest zadane ciśnienie. Trzeba zwrócić uwagę na ?krążące? po sieci powietrze, które ma bardzo zły wpływ na rury, zwłaszcza stalowe, w szybszym tempie ulegające pod jego wpływem korozji. Zastosowanie zaworów napowietrzająco-odpowietrzających w sieciach wodociągowych pozwoli również uniknąć odkształceń osiowych podciśnieniowych, które mogą powstać w trakcie odwadniania rurociągu. Następstwami obecności powietrza w rurociągu są zakłócenia w przepływie, spadki ciśnienia, kawitacja, zakłócenia pracy urządzeń pomiarowych oraz nieprawidłowa praca pomp. Wskutek zawartości powietrza dochodzi do zrywania zanieczyszczeń wtórnych, pochodzących z procesu inkrustacji.

Powietrze może dostawać się do instalacji poprzez nieszczelności w rurociągu, komory pomp czy też przez uszkodzone zawory powietrzne.

Zastosowanie odpowiednich urządzeń napowietrzająco-odpowietrzających pozwoli na uniknięcie wielu awarii spowodowanych przez złe odpowietrzenie sieci, a jest to najtrudniejszy do przewidzenia i kosztochłonny element eksploatacji.

 

Temp.

oC

Procentowa objętość powietrza

%

Procentowa objętość tlenu

%

Temp.

oC

Procentowa objętość powietrza

%

Procentowa objętość tlenu

%

0

2,918

1,019

16

2,014

0,689

1

2,842

0,991

17

1,975

0,675

2

2,769

0,964

18

1,938

0,661

3

2,699

0,939

19

1,902

0,648

4

2,632

0,914

20

1,868

0,636

5

2,568

0,891

21

1,834

0,623

6

2,506

0,868

22

1,801

0,611

7

2,447

0,847

23

1,769

0,6

8

2,39

0,826

24

1,738

0,588

9

2,336

0,806

25

1,708

0,578

10

2,284

0,787

26

1,679

0,567

11

2,234

0,769

27

1,65

0,557

12

2,187

0,752

28

1,621

0,546

13

2,141

0,735

29

1,592

0,536

14

2,097

0,719

30

1,564

0,526

15

2,055

0,704

 

Tab. Rozpuszczalność tlenu i powietrza w wodzie

Montaż tego typu urządzeń na projektowanych sieciach wodociągowych i kanalizacyjnych nie jest skomplikowanym procesem. Problem pojawia się wtedy, kiedy chcemy taki system zamontować na wieloletniej sieci, której to trasy znamy, ale bez wartości zagłębień. W takiej sytuacji potrzebne jest doświadczenie i prowadzenie rzetelnej dokumentacji, np. dotyczącej awarii, dzięki czemu można zmierzyć zagłębienie rurociągu względem istniejącego terenu. Taka analiza konieczna jest w przypadku sieci wodociągowych. Sieci kanalizacyjne ciśnieniowe stosowane są od niedawna, więc o nich możemy posiadać o wiele więcej informacji. Dokładna znajomość sieci umożliwi dokładniejsze wytypowanie newralgicznych punktów. Powietrze w rurociągu gromadzi się głównie w najwyższych punktach sieci i w załamaniach, np. w kolanach oraz na łukach. Podczas montażu należy pamiętać o możliwości odcięcia dopływu do zaworu napowietrzająco-odpowietrzającego przez zamontowanie (w zależności od medium i średnicy) zaworu, zasuwy lub zasuwy nożowej, co znacznie ułatwi późniejszą eksploatację, np. demontaż w celu okresowego przeglądu i czyszczenia zaworu.

Podczas dobierania zaworu musimy zwrócić uwagę na kilka podstawowych elementów. Materiał, z którego zbudowany jest korpus zaworu, musi być odporny na warunki środowiska pracy. Ważna jest zasada działania pływaka, która zapewni nam niezawodność i zamykanie zaworu wyłącznie pod wpływem medium, a nie pod wpływem powietrza. Konstrukcja zaworu winna umożliwiać jego samooczyszczanie poprzez odwrócenie przepływu, bez konieczności rozkręcania urządzenia. Najważniejszym elementem jest szybkość napowietrzania i odpowietrzania, która zapewnia prawidłową pracę układu. Podstawowy element to pole powierzchni dyszy w fazie automatycznej i w kinetycznej, a co za tym idzie, ich zdolność do napowietrzania i odpowietrzania. Aspektem konstrukcyjnym jest uszczelnienie dyszy, które zazwyczaj wykonuje się z EPDM. Poza tym zdolność do samooczyszczenia zapobiega ?zacięciu się? dyszy. W fazie kinetycznej wartości napowietrzania i odpowietrzania powinny być duże, gdyż na tym etapie (opróżniania ? napełniania rurociągu) ilość powietrza ma bardzo znaczący wpływ na zakłócenie pracy układu hydraulicznego, co może skutkować awarią. Faza automatyczna powoduje ciągłe odpowietrzanie ułamkowych ilości powietrza w sieci i bierze znikomy udział w procesie napowietrzania. Znaczenie czysto montażowe ma masa takiego zaworu oraz jego wysokość, zwłaszcza przy montażu na starych sieciach, gdzie nie zawsze istnieje odpowiednie zagłębienie.

Ważny każdy element

Jak się okazuje. każdy element sieci, zwłaszcza jeśli chodzi o starsze instalacje, ma bardzo duże znaczenie dla ciągłości pracy danego układu ? nawet śruba złej jakości może spowodować jej zakłócenie. Warto więc zastanowić się, czy stosowanie tanich materiałów tak naprawdę jest opłacalne. Lepszej jakości materiały pozwalają na dłuższą ich eksploatację, a tym samym gwarantują zadowolenie odbiorców usług. Rozwój technologii i techniki przynosi bardzo ciekawe rozwiązania, takie jak zawory napowietrzająco-odpowietrzające, które pozwalają zaoszczędzić czas, wodę i energię. Mają też bardzo duży wpływ na mniejsze zużycie elementów układów hydraulicznych, takich jak pompy, uszczelnienia itd. Często nie są one brane pod uwagę podczas projektowania wodociągowych sieci rozdzielczych, nie mówiąc już o renowacji starych sieci. Problem może wynikać z braku świadomości odnośnie ilości powietrza zawartego w wodzie. Możemy to zaobserwować, jeżeli posiadamy punkty pomiarowe na sieci wodociągowej z możliwością próbkowania parametru ciśnienia co 1 sekundę. Pozwoli to odnotować chwilowe skoki ciśnienia, które świadczą o zawartości powietrza.

Dziś wszyscy dążymy do obniżania kosztów eksploatacji w dużym stopniu wysłużonych już układów hydraulicznych, więc trzeba zastanowić się nad tym, za pomocą jakich materiałów i produktów usuwamy awarie, a także z czego budujemy nowe sieci. Przecież po nas też ktoś będzie musiał zajmować się tymi sieciami. Warto zatem pozostawić po sobie dobrze wykonane zadanie.

Wiesław Połczyński, Politechnika Koszalińska, ZWIK Darłowo