Планирование восстановления трубопроводов городской водопроводной и канализационной сети.

Годы реформ, проводимых в последние годы в России коснулись всех сфер хозяйства, в том числе и инженерной инфраструктуры городов Российской федерации и ее наиболее уязвимой и функционально значимой части - трубопроводов и оборудования сетей водоснабжения и канализации.

Московский водоканал эксплуатирует крупнейшие в Европе, (а также и одни из старейших) городские системы централизованного водоснабжения и канализации. Расчеты показали, что если темпы обновления, например, трубопроводов городской водопроводной сети останутся на прежнем уровне, то к 2020 г. более 72 % трубопроводов будут самортизированы.

В этой связи отмечается высокий уровень повреждаемости трубопроводов, что в значительной степени влияет на стоимость эксплуатации, надежность водоснабжения и водоотведения, экологию и комфортность городской среды.

Последние годы потребовали интенсификации работы аварийно-восстановительных служб Московского водоканала - ежегодно на трубопроводах и оборудовании городской водопроводной сети фиксируется более 10 тыс. различных аварий и повреждений, причем для устранения около 50% из них требуется проведение раскопочных работ. Велико число участков трубопроводов, на которых возникают в течение года две и более аварии, для ликвидации которых необходимы также раскопочные работы.

Число засоров на трубопроводах канализационной сети города составляет около 10000 случаев в год, разрушений — порядка 70-80 в год. Отмечается высокая интенсивность засоров трубопроводов укладки 1970-х годов и укладки 1996-2000 гг.

Обработка статистики засоров канализационных трубопроводов показала, что в целом риск засоров керамических и чугунных трубопроводов значительно выше, чем из других материалов, а с уменьшением диаметра интенсивность засоров значительно увеличивается. Отмечено, что вероятность появления засоров канализационных трубопроводов весьма мала для трубопроводов из всех материалов и сетей любого года постройки для диаметров более 300 мм.

Учитывая сложившееся состояние и уровень надежности трубопроводов как водопроводной, так и канализационной сети г. Москвы, очевидна актуальность разработки научно и практически обоснованной стратегии восстановления и обновления трубопроводов, использующей современные информационные технологии и модели старения трубопроводов.

Для долгосрочного прогноза объема восстановления и обновления трубопроводов городской водопроводной сети использована математическая модель старения и восстановления трубопроводов. Концепция модели основана на вероятностном подходе к процессу старения трубопроводов, при этом общая потребность в восстановлении и обновлении трубопроводов определяется протяженностью трубопроводов водопроводной сети города, чей полезный срок службы заканчивается в конкретно взятом году.

При таком подходе полезный срок службы трубопровода определяется возрастом или сроком, при наступлении которого трубопровод не обеспечивает требуемого (заданного) уровня надежности, его эксплуатация экономически нецелесообразна и необходимо принимать меры по восстановлению его работоспособности.

С помощью математического моделирования выполнен прогноз требуемой интенсивности обновления стальных трубопроводов Московского водопровода Согласно полученному прогнозу требуемый объем восстановления только стальных трубопроводов Московского водопровода должен составить к 2015 г. 2363 км.

Очевидно, что потребность восстановления трубопроводов в перспективе должна быть намного выше, чем сегодня. Ежегодно необходимо перекладывать (или санировать) около 270 км трубопроводов городской водопроводной сети Москвы, т. е. необходимо будет наверстывать объем работ по восстановлению и обновлению трубопроводов.

Следует иметь в виду, что в условиях сложившегося на сегодняшний день ограничения финансовых ресурсов на реновацию сети практически невозможно в полной мере обеспечить выполнение объема требуемых работ по восстановлению и обновлению трубопроводов. Для оптимизации определения ежегодных объемов перекладки и санации как водопроводных, так и канализационных трубопроводов, нами разработан алгоритм выбора объектов восстановления. Он основан на ранжировании трубопроводов в зависимости от факторов, дестабилизирующих их надежность, значимости трубопроводов и реального технического состояния. Алгоритм состоит из двух этапов:

• определение потенциальных объектов восстановления - участков трубопроводов, ограниченных двумя колодцами - на основе выделения и количественной оценки базового (основного) фактора, которым служит уровень надежности трубопроводов;

та восстановления на основе комплексной оценки и ранжирования значительного количества, дестабилизирующих и косвенных факторов, влияющих на надежность и экологическую безопасность участков трубопроводов в реальных условиях эксплуатации.

Для реализации алгоритма (в части планирования восстановления водопроводных сетей) разработано соответствующее программное обеспечение автоматизированной информационно-технической системы АИТС - «Санация», включающее в себя электронные базы данных по паспортизации трубопроводов и их аварийности; информационно-поисковые системы выбора потенциальных и первоочередных объектов санации трубопроводов (программы «SAN» и «RANGE»).

Критериями выбора потенциальных объектов восстановления трубопроводов городской водопроводной сети являются не возраст труб, а уровень их аварийности (интенсивность отказов более двух в год на участке сети, ограниченном двумя колодцами) и окончание полезного срока службы трубопровода.

Для выбора первоочередных (из числа потенциальных) объектов восстановления трубопроводов заполняются паспорта ранжирования. В итоговой таблице (распечатке ЭВМ) приводятся списки участков трубопроводов - приоритетных объектов восстановления.

Очевидно, что в настоящее время необходимо не только качественно и своевременно в требуемом объеме проводить работы по восстановлению трубопроводов, но и планировать мероприятия, направленные на предупреждение аварийности. И в первую очередь это касается канализационных трубопроводов. Потенциальная опасность и экологические последствия загрязнения окружающей среды при авариях на трубопроводах канализационной сети значительно выше, чем у трубопроводов водопроводной сети.

В этой связи в МУП «Мосводоканал» для оценки и контроля показателей надежности трубопроводов канализационной сети создана система автоматизированного учета и анализа засоров и разрушений на участках трубопроводов, проводится компьютерная паспортизация и инвентаризация сети, созданы программные модули для обработки статистики засоров.

Необходимым условием снижения числа засоров канализационных трубопроводов является увеличение объема и качества профилактических работ с учетом переориентации эксплуатационных служб с аварийного режима на режим адресного профилактического обслуживания.

При таком подходе проблема планирования профилактических работ рассматривается в комплексе, т.е. с учетом численных показателей надежности (интенсивность засоров и вероятность их возникновения) и взаимного влияния множества факторов, дестабилизирующих надежность труб.

Для практической реализации этой методики совместно с МУП «Мосводоканал» разрабатывается программное обеспечение, которое состоит из следующих функционально связанных блоков:

• блок первичной информации - база данных по техническим и паспортным данным трубопроводов (программа «Паспорт»); регистрация и ввод в электронном виде данных об адресах устраненных засоров (программа «Диспетчер РКС»);

• блок аналитической информации - оценка и прогноз показателей надежности - определение интенсивности засоров трубопроводов в распределении по диаметрам и материалам труб и классификация сетей с различной засоряемостью (программа «Надежность»); классификация и ранжирование сетей по заданному количеству повторных засоров, выбор потенциальных объектов профилактической прочистки (программа «Эксплуатация КС»);

• блок оптимизации –

а) Формирование плана предупредительного ремонта сетей: отбор трубопроводов, у которых число засоров не снижается после адресной прочистки, выбор первоочередных объектов профилактической прочистки трубопроводов на основе ранжирования трубопроводов по бальной системе оценки приоритетности прочистки (программа «RANGE - «Прочистка»);

б) Формирование плана санации - выбор объектов и технологий восстановления трубопроводов (программы RANGE - «Санация», «Ремонт»; алгоритм программ RANGE - «Прочистка», «Санация» и «Ремонт» разработан профессором В.А. Орловым, МГСУ).

Программы являются советчиком для специалистов МУП «Мосводоканал». Окончательное решение о формировании конкретного плана профилактического ремонта и санации трубопроводов принимают специалисты МУП «Мосводоканал», на основе результатов технического осмотра, диагностики и анализа эффективности повторных прочисток.

Опытная проверка работоспособности системы показала, что предложенный способ позволяет сэкономить время и эффективно использовать средства, затрачиваемые на поиск и восстановление сети за счет более точного и аргументированного отбора объектов профилактической прочистки и ремонта.

Проведенные исследования позволили определить основные критерии повышения надежности трубопроводов городской водопроводной и канализационной сети.

Они основаны, прежде всего, на внедрении в практику эксплуатации МУП «Мосводоканал»:

• нормативов, технических условий и регламентов эксплуатации, учитывающих особенности устройства и эксплуатации Московской канализации и фактор надежности трубопроводов. (В настоящее время ГУП «МосводоканалНИИпроект» совместно с МУП «Мосводоканал» и МГСУ разработаны «Регламенты эксплуатации водопроводной сети и напорной канализации города», учитывающие особенности их эксплуатации и современный уровень автоматизации и механизации производственных процессов. Регламенты являются единым документом, обеспечивающим специалистов предприятия необходимыми рекомендациями, нормами и нормативами на все основные этапы эксплуатации этих систем. Кроме того, разработано и утверждено Госстроем России «Положение о санации водопроводных и водоотводящих сетей», подготовлено «Руководство по использованию пластмассовых труб для санации трубопроводов»);

• информационных технологий с использованием геоинформационных систем для контроля и управления эксплуатацией сетей водоснабжения и канализации;

• новых методов повышения конструктивной и санитарной надежности водопроводной и канализационной сети (а это и новые бестраншейные технологии санации трубопроводов, использование новых высоконадежных труб и оборудования, современная теледиагностика, усиление технического оснащения и повышение квалификации работников служб эксплуатации, оптимизация планово-предупредительного ремонта трубопроводов и др);

• увеличение объемов восстановления и обновления трубопроводов и внедрение современных организационно-экономических моделей управления системой канализации города.

Следует отметить, что автоматизированный учет, контроль и грамотная организация и планирование эксплуатации сетей привели к первым результатам - стабилизации уровня надежности трубопроводов. В настоящее время ставится задача кардинального снижения числа отказов трубопроводов и оборудования, в первую очередь тех, которые приводят к изливу воды. На это направлены разработанные МУП «Мосводоканал» «Программы модернизации водопроводных и канализационных сетей». Основу для их реализации должен составить автоматизированный мониторинг технического состояния и надежности трубопроводов и оборудования городских канализационных и водопроводных сетей.

В заключении хотелось бы выразить признательность АУ «Мосводопровод» и ПАУКС за предоставленный статистический материал и сотрудничество.

Храменков С.В., генеральный директор МУП «Мосводоканал», канд. техн. наук; Примин О.Г., д-р техн. наук, ГУП «МосводоканалНИИпроект»; Орлов В.А., канд. техн. наук, Московский государственный строительный университет