CC BY
34
УЕБТЫНС
мвви
УДК 628.12
Л.Г. Дерюшев, Фам Ха Хай, Н.Л. Дерюшева
ФГБОУВПО «МГСУ»
ФОРМИРОВАНИЕ НОРМАТИВНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМАМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ВЬЕТНАМА
Изложены предложения по совершенствованию требований нормирования надежности водопроводных сооружений Вьетнама как аналога строительных правил России СП 31.13330.2012. Предложено в качестве показателя надежности трубопровода принимать средний срок его службы. Долговечность, а не безотказность трубы обусловливает выполнение функций трубопровода. Обосновано, что за элемент трубопроводной системы необходимо принимать не удельную длину трубопровода, а ремонтный участок, который ограничивается с двух сторон запорной арматурой и полностью отключается на время восстановления.
Ключевые слова: системы водоснабжения, нормативные требования, показатели надежности трубопроводов, долговечность трубы, Вьетнам.
В последние годы в силу массовых зарубежных инвестиций во Вьетнаме развиваются прогрессивные направления по повышению санитарно-техниче-ского обслуживания населения и охране окружающей среды, совершенствуются нормативные требования по проектированию систем водоснабжения и водоотведения. За образец принимаются нормативные требования России [1, 2], которые по уровню систематизации и взаимосвязи правил проектирования объектов не имеют аналогов в мире.
Постановлением Правительства РФ от 18.05.2009 № 427 утверждено Положение о составе разделов проектной документации и требования к их содержанию [3]. Согласно этому нормативному документу надежность проектируемых и эксплуатируемых сооружений систем водоснабжения и водоот-ведения должна оцениваться количественно.
В действующих строительных правилах [1, 2] требования по оценке надежности водопроводных сооружений отсутствуют. Аналогично, в нормах Вьетнама [4] требование надежности сооружений рассматривается как абстрактное понятие, которое может трактоваться по усмотрению заказчика или проектировщика.
По определению, надежность — это свойство объекта выполнять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения. В зависимости от выполняемых функций надежность объекта характеризуется свойством безотказности, долговечности или ремонтопригодности, каждое из которых оценивается количественными показателями [5—10].
До последнего времени надежность трубопроводов оценивалась показателями безотказности: 1 — интенсивностью отказов, То — средней наработкой на отказ. Интенсивность отказов 1 трубопровода рассматривалась как коли-
чество отказов, которые приходятся на трубопровод удельной длины Ь = 1 км за интервал времени А^ = 1 год без привязки к моменту его монтажа и условиям повреждения [11]. Исследователи надежности трубопроводных систем не оговаривали понятий: элемент системы, условия отказа элемента. Якобы виртуально элемент трубопроводной системы существует, но представить его невозможно.
Интенсивность отказов трубопровода Л длиной Ь оценивалась по формуле Л = 1Ь. (1)
Чем больше Ь, тем выше Л — интенсивность отказов трубопровода. Допускалось, что отказы трубопровода носят чисто случайный характер и распределяются по показательному закону; поток отказов трубопровода обладает свойствами простейшего потока (стационарность, ординарность, отсутствие последействия), и для его описания можно использовать аппарат Марковских случайных процессов.
Такой подход к оценке надежности трубопроводной системы стал массовым и неоспоримым. Мол, все так делают и мы так делаем.
На первый взгляд удобно (или просто) моделировать последовательность событий возникновения отказов трубопровода Марковским потоком (потоком без последействия, у которого показательное распределение времени наработки на отказ и времени ремонта). Но тогда необходимо допускать, что вероятность отказа элемента (трубопровода) в будущем зависит только от его состояния в настоящий момент 1о и не зависит от того, сколько времени он проработал ранее на интервале (0—¿о). Если же допускать, что надежность трубопровода зависит от условия, насколько давно он эксплуатируется, т.е. зависит от предыстории, то и процесс отказов и восстановления трубопровода не будет марковским [9, 10]. Далее последует, что физика отказов трубопровода носит не чисто внезапный, а износовый характер, процесс его восстановления детерминирован (фактор участия людей), и применение системы дифференциальных уравнений для описания потоков отказов и восстановления сети в соответствии с моделью «гибели и размножения» не корректно (так как элементы могут находиться не только в состоянии работы или отказа, но и на профилактике или восстановлении). И это не только выкладки из теории надежности известных авторов [9, 10], но и выводы, которые следуют из анализа государственных стандартов [5—8] и норм амортизационных отчислений на восстановление основных фондов народного хозяйства страны [12] (табл.).
Табл. 1. Нормируемые сроки долговечности трубопроводов
Трубы Средний срок службы Тсл, год
Водопроводные сети Канализационные сети Илопроводы
Асбестоцементные 20 30 30
Железобетонные 30 20 —
Бетонные — 20 —
Керамические — 40 —
Кирпичные — 14,9 —
Чугунные 58,8 50 50
Стальные 20 25 20
Согласно этим нормативам [5—8, 12] надежность трубопровода должна оцениваться показателями долговечности. Показателем долговечности трубопровода может служить Тсл ~ средний срок службы.
При анализе данных, приведенных в [12], можно убедиться, что средние сроки службы трубопроводов (как совокупность труб, стыков, фасонных деталей и т.д., соединенных последовательно) изначально планировались вне зависимости от их протяженности. Приведенные доводы подтверждаются и статистическими данными о наработках на отказ трубопроводных участков систем водоснабжения (они многочисленны, а по условиям ограничения содержания статьи мы их не приводим здесь). По отчетным данным эксплуатации трубопроводной системы любого города можно убедиться, что количество повреждений n на участке не всегда прямо зависит от его длины L. Немало причин, обусловливающих повреждения трубопровода, связано с качеством труб, наличием агрессивных окружающих сред (блуждающие токи, агрессивные грунтовые воды, газы и т.д.), воздействием статических и динамических нагрузок на трубопроводы.
Известно, что для объекта подобного водопроводному или канализационному трубопроводу модель его «надежности» может разрабатываться с учетом теоремы [9]: если система из n элементов начала функционировать в бесконечно удаленный момент времени в прошлом (элементы системы не обязательно идентичны, но взаимно независимы; отказ каждого элемента приводит к отказу всей системы; в случае отказа каждый из элементов заменяется исправным; процесс поиска и обнаружения неисправностей и их последующего устранения практически не занимает времени), то количество отказов в интервале времени (0—tj зависит лишь от t а суммарный параметр интенсивности отказов Л остается постоянным при возрастании числа элементов n.
Исследуя только свойства, которые присущи трубопроводной системе, вполне логично допускать, что предельное состояние ее элементов наступает по причинам износа (старения материала, коррозии) или механического повреждения при статическом или динамическом воздействии грунта.
Доказано [9, 10], что у элементов с отказами износового характера значения
средней наработки на отказ и среднего срока службы совпадают, т.е. Т0 = Тсл. Период старения элемента объективно зависит от его качества. Выявленные при исследовании трубопроводов закономерности должны быть объективны. Кроме того, «оценивать степень надежности водопроводной сети исходя лишь из сопоставления количества повреждений на тех или иных трубопроводах, было бы неправильно. Многочисленная статистика повреждений на сетях Московского водопровода выявляет следующую закономерность (отмечает инженер Ю.А. Сконтников) — из общего числа повреждений аварии, в результате которых была прервана подача воды потребителям, в среднем составляет 12 %» [11]. Неоднократно данный вывод подчеркивался Н.Н. Абрамовым [13]. В целях упорядочения ведения отчетной документации и учета данных о надежности трубопроводов им была предложена форма, которая должна была быть принята всеми эксплуатирующими организациями трубопроводных систем. За элемент трубопровода предлагалось принимать — ремонтный участок. Но данное предложение никто не принял во внимание. По сей день, ос-
новным показателем надежности трубопровода принимается 1 с размерностью 1/(км/год). О парадоксальности такого подхода к оценке надежности трубопровода можно убедиться на следующем примере.
Пример. Стальной водовод длиной Ь имеет интенсивность отказов 1 = 0,5...0,93 1/(км/год). Если длина трубопровода Ь = 5 км, то Т = 1/1Ь =
Очевидно, значение средней наработки на отказ трубопровода длиной 5 и 1 м не может в сотни и более раз превышать аналогичный трубопровод длиной в 5 км. Срок службы любой трубы участка системы должен оцениваться допустимыми пределами:
где Тсл — нормируемый срок службы; — квантиль распределения Стьюдента; с — среднее квадратичное отклонение наработки на отказ; N — объем выборки наблюдений; N - 1 — число степеней свободы.
Поскольку основным показателем надежности трубопровода является долговечность, которая оценивается Тсл, интервалы функционирования Аг его элемента (трубы) при выполнении заданных функций, можно фиксировать только по периодам работы ремонтного участка трубопровода (с момента укладки до момента замены). Неисправность запорной арматуры или колодца не обуславливают отказ ремонтного участка или трубопровода, поскольку для их замены или восстановления не требуется времени более допустимого ^ х < тдоп. По условиям [1] допускается снижение подачи воды на время Тдоп < 3 сут.
За отказ трубопровода (ремонтного участка) следует принимать событие, связанное с отключением его из работы для замены труб, а не произвольное (любое) отключение трубопровода из работы — отключение на время I, допустимое условиями работы системы по СНИП [1], для устранения неисправностей (при профилактике запорно-регулирующей арматуры, пожарных гидрантов, колодцев, при выполнении врезок и т.д.). Смысл данного определения заключается в том, что при оценке надежности трубопровода необходимо оценивать качество конструкции, материалов, из которых он изготовлен, и изменение их свойств во времени при заданных условиях функционирования и эксплуатации системы водоснабжения.
Специалисты заводов-изготовителей труб констатируют [17, 18], что правильно смонтированный и эксплуатируемый трубопровод из любого материала может служить 50.200 лет и больше. Например, из правил Германской ассоциации газо- и водопроводов, а также Ассоциации санитарной инженерии исключены различия по материалам труб. Трубопровод из любого вида труб должен служить назначенный срок (Тсл > 50 лет [11, 17, 18]). Надежность трубопроводной сети целесообразно оценивать не по количеству суммарных повреждений в системе, а по наработке на отказ То каждого ремонтного участка сети с момента укладки труб до их отказа, т.е. на интервале (0 - ¿о).
Если труба используется в пределах интервала (0 - Т ), то ее надежность будет не ниже гарантированного уровня Я. Аналогичного уровня будет надежность и трубопровода длиной Ь = п1 ^ да, где п — количество ремонтных участков длиной. Дублированный трубопровод (два водовода работают одновременно) будет иметь надежность:
= 0,4.0,2 года; при Ь = 5 м То = 400.215 лет; при Ь = 1 м То = 2000.1075 лет и т.д.
(2)
R — R + R — R R ,
сист 1 2 1 27
если водоводы одинаковые, то R — 2 R - R2;
если три одинаковых водовода, то R — 3R - 3R2 + R3 и т.д.
На интервале времени (0 - Dt) > Тсл надежность трубопровода не нормируется.
Выводы: 1) надежность трубопроводов необходимо оценивать долговечностью; 2) элементом трубопроводной системы является ремонтный участок, а не совокупность труб и оборудования длиной в 1 км; 3) заводы изготовители труб должны указывать в сопроводительных документах не только срок службы изделий, но и уровни гарантийных сроков.
Библиографический список
1. СП 31.13330.2012. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения «Актуализированная редакция СНиП 2.04.02—84» (утв. Приказом Минрегиона России от 29.12.2011 № 635/14). М., 2012.
2. СП 32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения. «Актуализированная редакция СНиП 2.04.03—85» (утв. Приказом Минрегиона России от 29.12.2011 № 635/11). М., 2012.
3. Постановление Правительства РФ от 16.02.2008 № 87 (ред. от 08.08.2013) «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию» (с изм. и доп., вступающими в силу с 01.01.2014).
4. TCVN Vietnam 33—2006. Water Supply — Distribution System and Facilities — Design Standard.
5. ГОСТ 27.002—89. Надежность в технике. Термины и определения. М., 1989.
6. ГОСТ Р 53480—2009. Надежность в технике. Термины и определения. М., 2009.
7. ГОСТ 27.003—83. Выбор и нормирование показателей надежности. М., 2009.
8. МУ 3-69. Методика выбора номенклатуры нормируемых показателей надежности технических устройств. М., 1970.
9. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М. : Наука, 1965.
10. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. М. : Советское радио, 1969. С. 36—37.
11. Скотников Ю.А. Статистика повреждений водопроводных сетей // Проблемы надежности систем водоснабжения : Тезисы докладов Всесоюзн. конф. по надежности систем водоснабжения. М., 1973. С. 53—60.
12. Нормы амортизационных отчислений на полное восстановление основных фондов народного хозяйства СССР : Постановление Совета Министров СССР 22.10.1990 г. № 1072. Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_ LAW_1927/?frame—2. Дата обращения: 15.11.2013.
13. ASTM D2992—96. Standard Practice for Obtaining Hydrostatic or Pressure Design Basis for Fiberglass (Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin) Pipe and Fittings. Режим доступа: http://www.astm.org/DATABASE.CART/HISTORICAL/D2992-96E1.htm. Дата обращения: 20.11.2013.
14. Абрамов Н.Н. Надежность систем водоснабжения. М. : Стройиздат, 1979.
15. Дерюшев Л.Г., Минаев А.В. Оценка надежности систем водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 1988. № 11. С. 4—5.
16. Дерюшев Л.Г. Показатели надежности трубопроводных систем водоснабжения и водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. 2000. № 12. С. 6—9.
17. Херц Р.К. Процесс старения и необходимость восстановления водопроводных сетей // АКВА. 1996. № 9. C. 6—8.
18. Хевиленд Р. Инженерная надежность и расчет на долговечность. М. : Энергия, 1966.
Поступила в редакцию в ноябре 2013 г.
Об авторах: Дерюшев Леонид Георгиевич — кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)183-36-29, Derjushev13@mail.ru;
Фам Ха Хай — аспирант кафедры водоснабжения, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, vivmgsu_pham@mail.ru;
Дерюшева Надежда Леонидовна — аспирант кафедры водоотведения и водной экологии, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)183-36-29, vita_ nadezhda@mail.ru.
Для цитирования: Дерюшев Л.Г., Фам Ха Хай, Дерюшева Н.Л. Формирование нормативных требований к системам водоснабжения Вьетнама // Вестник МГСУ 2014. № 1. С. 125—132.
L.G. Deryushev, Pham Ha Hai, N.L. Deryusheva
DEFINING REGULATORY REQUIREMENTS FOR WATER SUPPLY SYSTEMS
IN VIETNAM
In the article the authors offer their suggestions for improving the reliability of the standardization requirements for water supply facilities in Vietnam, as an analog of building regulations of Russia 31.13330.2012. In Russia and other advanced countries the reliability of the designed water supply systems is usual to assess quantitatively. Guidelines on the reliability assessment of water supply systems and facilities have been offered by many researchers, but these proposals are not officially approved. Some methods for assessing the reliability of water supply facilities are informally used in practice when describing their quality. These evaluation methods are simple and useful. However, the given estimations defy common sense and regulatory requirements used by all the organizations, ministries and departments, for example, of Russia, in the process of allowances for restoration and repair of water supply facilities. Inadequacy of the water supply facilities assessment is shown on the example of assessing the reliability of pipeline system. If we take MTBF of specific length of the pipeline as reliability index for a pipeline system, for example, 5 km, a pipeline of the similar gauge, material and working conditions with the length of 5 m, according to the estimation on the basis of non-official approach, must have a value of MTBF 1000 times greater than with the length of 5 km. This conclusion runs counter to common sense, for the reason that all the pipes in the area of 5 km are identical, have the same load and rate of wear (corrosion, fouling, deformation, etc.). It was theoretically and practically proved that products of the same type in the same operating conditions (excluding determined impact of a person), work as an entity, which MTBF is equal to the average lifetime. It is proposed to take the average service life as a reliability indicator of a pipeline. Durability, but not failsafety of the pipe guarantees pipeline functioning. It is proved that not a specific pipeline length should be taken for an element of a pipeline system, but the repair area, which is in two sides limited by isolation valve and is completely disconnected for the time of recovery or any other need.
Key words: water supply system, regulatory requirements, reliability index of pipelines, pipeline durability, Vietnam.
References
1. Regulations 31.13330.2012. Vodosnabzhenie. Naruzhnye seti i sooruzheniya «Aktu-alizirovannaya redaktsiya SNiP 2.04.02—84» (utv. Prikazom Minregiona Rossii ot 29.12.2011 № 635/14) [Water Supply. External Supply Lines and Constructions "Revised Edition of Con-
struction Regulations 2.04.02—84" (Approved by the Directive of the Ministry of Regional Development of Russia 29.12.2011 № 635/14]. Moscow, 2012.
2. Regulations 32.13330.2012. Kanalizatsiya. Naruzhnye seti i sooruzheniya. «Aktual-izirovannaya redaktsiya SNiP 2.04.03—85» (utv. Prikazom Minregiona Rossii ot 29.12.2011 № 635/11) [Conduit. External Supply Lines and Constructions "Revised Edition of Construction Regulations 2.04.02—85" (Approved by the Directive of the Ministry of Regional Development of Russia 29.12.2011 № 635/11). Moscow, 2012.
3. RF Government Regulation from 16.02.2008 # 87 (Edition from 08.08.2013) «O sos-tave razdelov proektnoy dokumentatsii i trebovaniyakh k ikh soderzhaniyu» (s izmeneniyami i dopolneniyami, vstupayushchimi v silu s 01.01.2014) [On the Composition of the Chapters of Planning Documentation and Requirements to their Content].
4. TCVN Vietnam 33—2006. Water Supply — Distribution System and Facilities — Design Standard.
5. GOST 27.002—89. Nadezhnost' v tekhnike. Terminy i opredeleniya [All Union State Standard 27.002—89. Reliability of Technology. Terms and Definitions]. Moscow, 1989.
6. GOSTR 53480—2009. Nadezhnost' v tekhnike. Terminyi opredeleniya [All Union State Standard R 53480—2009. Reliability of Technology. Terms and Definitions]. Moscow, 2009.
7. GOST 27.003—83. Vybor i normirovanie pokazateley nadezhnosti [All Union State Standard 27.003—83. Choice and Standardization of Reliability Index]. Moscow, 2009.
8. Methodical Guidelines 3-69. Metodika vybora nomenklatury normiruemykh pokazateley nadezhnosti tekhnicheskikh ustroystv [Choice Procedure of the List of Standardized Reliability Index of Technical Devices]. Moscow, 1970.
9. Gnedenko B.V., Belyaev Yu.K., Solov'ev A.D. Matematicheskie metody v teorii nadezhnosti [Mathematical Methods in the Reliability Theory]. Moscow, Nauka Publ., 1965.
10. Barlou R., Proshan F. Matematicheskaya teoriya nadezhnosti [Mathematical Reliability Theory]. Moscow, Sovetskoe radio Publ., 1969, pp. 36—37.
11. Skotnikov Yu.A. Statistika povrezhdeniy vodoprovodnykh setey [Statistics of Water Supply Systems Damages]. Problemy nadezhnosti sistem vodosnabzheniya: Tezisy dokladov Vsesoyuznoy konferentsii po nadezhnosti sistem vodosnabzheniya [Problems of Water Supply Systems Reliability: Reports of All-Union Conference on Water Supply Systems Reliability]. Moscow, 1973, pp. 53—60.
12. Normy amortizatsionnykh otchisleniy na polnoe vosstanovlenie osnovnykh fon-dov narodnogo khozyaystva SSSR: Postanovlenie Soveta Ministrov SSSR 22.10.1990 g. № 1072 [Norms of Amortization on Full Recovery of the Main Funds of National Economy of the USSR from 22.10.1990 № 1072]. Available at: http://www.consultant.ru/document/cons_ doc_LAW_1927/?frame=2. Date of access: 15.11.2013.
13. ASTM D2992—96. Standard Practice for Obtaining Hydrostatic or Pressure Design Basis for Fiberglass (Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin) Pipe and Fittings. Available at: http://www.astm.org/DATABASE.CART/HISTORICAL/D2992-96E1.htm. Date of access: 20.11.2013.
14. Abramov N.N. Nadezhnost' sistem vodosnabzheniya [Reliability of Water Supply Systems]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1979.
15. Deryushev L.G., Minaev A.V. Otsenka nadezhnosti sistem vodosnabzheniya [Reliability Estimation of Water Supply Systems]. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water Supply and Sanitary Engineering]. 1988, no. 11, pp. 4—5.
16. Deryushev L.G. Pokazateli nadezhnosti truboprovodnykh sistem vodosnabzheniya i vodootvedeniya [Reliability Index of Water Supply and Water Disposal Systems]. Vo-dosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water Supply and Sanitary Engineering]. 2000, no. 12, pp. 6—9.
17. Herz R.K. Protsess stareniya i neobkhodimost' vosstanovleniya vodoprovodnykh setey [Ageing Processes and Rehabilitation Needs of Drinking Water Distribution Networks]. AKVA Publ., 1996, no. 9, pp. 6—8.
18. Haviland R.P. Inzhenernaya nadezhnost' i raschet na dolgovechnost' [Engineering Reliability and Long Life Design]. Moscow, Energiya Publ., 1966.
About the authors: Deryushev Leonid Georgiyevich — Candidate of Technical Sciences, Associated Professor, Department of Water Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; Derjushev13@mail.ru; +7 (499) 183-36-29;
Pham Ha Hai — postgraduate student, Department of Water Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; vivmgsu_pham@mail.ru;
Deryusheva Nadezhda Leonidovna — postgraduate student, Department of Water Disposal and Aquatic Ecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; vita_nadezhda@mail.ru; +7 (499) 183-36-29.
For citation: Deryushev L.G., Pham Ha Hai, Deryusheva N.L. Formirovanie norma-tivnykh trebovaniy k sistemam vodosnabzheniya V'etnama [Defining Regulatory Requirements for Water Supply Systems in Vietnam]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 1, pp. 125—132.
