CC BY
64
Оригинальная статья / Original article УДК 628.218
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2917-2018-4-182-192
ОПТИМАЛЬНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ СЕТЕЙ И СООРУЖЕНИЙ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СОКРАЩАЮЩЕГОСЯ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ
© В.Р. Чупин3, И.В. Майзельь
Иркутский национальный исследовательский технический университет 664074, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
РЕЗЮМЕ: В последние годы за счет проводимой в стране энергосберегающей политики в городах и населенных пунктах отмечается стабильное снижение удельного водопотребления, которое уже стало значительно меньше, чем обозначенные цифры в действующем СП 31.13330.2012. Многие промышленные предприятия перешли на водосберегающие технологии и оборотные системы водоснабжения. Такая политика благоприятно сказывается на экологической безопасности территорий за счет уменьшения сброса сточных вод в водоемы и позволяет экономить электроэнергию на перекачку воды и стоков. Вместе с тем за счет уменьшение скорости движения воды ухудшается ее качественные показатели, и появляются застойные зоны, а за счет уменьшения расходов воды насосные станции стали работать в режимах с низкими КПД. Возникают дополнительные эксплуатационные затраты, которые увеличивают тарифы для населения и себестоимость выпускающей продукции на предприятиях. Избежать негативных факторов можно за счет изменения структуры сети и водопроводных сооружений. В статье предлагается решать данную проблему путем вывода из эксплуатации отдельных участков сети и сооружений, которые улучшают скоростной режим функционирования других трубопроводов и обеспечивают режимы работы насосных станций с наибольшими коэффициентами полезного действия. Для этой цели разработана методика оптимизации потоков в существующих системах водоснабжения и ее реализация в программном комплексе Trace - BK. Проведен расчет промышленной системы водоснабжения в условиях уменьшения потребления воды за 15 лет в три раза. Определены участки для их консервации. Итог - снижение эксплуатационных затрат в 4,5 раза. Предлагается новая методика оптимизации эксплуатационных затрат по системам водоснабжения в условиях уменьшения водопотребления. Эта методика позволяет выявить неэффективные участки сети и вывести их из эксплуатации и при этом улучшить скоростной режим функционирования других трубопроводных участков сети и вывести работу насосных станций в режим с наибольшим коэффициентом полезного действия.
Ключевые слова: системы водоснабжения, избыточная и транспортная схема, консервация участков сети, методы оптимизации потоков в существующих системах водоснабжения
Информация о статье: Дата поступления 30 августа 2018 г.; дата принятия к печати 21 сентября 2018 г.; дата онлайн-размещения 21 декабря 2018 г.
Для цитирования: Чупин В.Р., Майзель И.В. Оптимальная реконструкция сетей и сооружений систем водоснабжения в условиях сокращающегося водопотребления. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018;8(4):182-192. DOI: 10.21285/2227-2917-2018-4-182-192
OPTIMAL RECONSTRUCTION OF WATER SUPPLY NETWORKS UNDER CONDITIONS OF REDUCED WATER CONSUMPTION
Victor R. Chupin, Irina V. Maizel
аЧупин Виктор Романович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой городского строительства и хозяйства, e-mail: chupinvr@istu.edu
Victor R. Chupin, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Department of Urban Construction and Economy, e-mail: chupinvr@istu.edu
ьМайзель Ирина Витальевна, кандидат технических наук, доцент кафедры городского строительства и хозяйства
Irina V. Maizel, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Urban Construction and Economy
Irkutsk National Research Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk 664074, Russian Federation
ABSTRACT: In recent years, due to the energy conservation policy carried out in Russian cities and towns, there has been a steady reduction in specific water consumption, which has already become significantly less than the designated figures in the current SP 31.13330.2012. Many industrial enterprises have switched to water-saving technologies and circulating water supply systems. Such a policy favourably affects environmental safety by reducing wastewater discharges into water bodies and saves energy used for pumping water and wastewater. At the same time, due to a decrease in the speed of water movement, its quality indicators deteriorate and quiescent areas appear; due to a decrease in water consumption, pumping stations have begun to operate in low-efficiency modes. Additional operating costs arise which increase tariffs for the population and the cost price of output products in enterprises. Negative factors can be avoided by changing the structure of the network and waterworks. The article proposes to solve this problem by decommissioning certain sections of the network and facilities, which improve the functional capacity of other pipelines and allow pumping stations to operate in high-efficiency modes. For this purpose, a technique has been developed to optimise flows in existing water supply systems, which is implemented in the Trace - BK program complex. The industrial water supply system calculation was made under conditions of reduced water consumption by three times over 15 years. The areas for their conservation were identified. The result is a reduction in operating costs by 4.5 times. A new method of optimising operating costs for water supply systems under the conditions of decreasing water consumption is proposed. This technique makes it possible to identify inefficient sections of the network and take them out of operation while improving the functional capacity of other pipeline sections of the network and operating pumping stations in the highest efficiency mode.
Keywords: systems of water supply, redundant and transport scheme, conservation of network sections, flow optimization methods in existing water supply systems
Information about the article: Received August 30, 2018; accepted for publication September 21, 2018; available online December 21, 2018.
For citation: Chupin V.R., Maizel I.V. Optimal reconstruction of water supply networks under conditions of reduced water consumption. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2018;8(4):182-192. (In Russ.) DOI: 10.21285/2227-29172018-4-182-192.
Введение
В условиях развитого социализма считалось, что чем больше потребляет воды городское население, тем больше степень его благоустройства. Такая философия способствовала росту удельного водопотребления и в том числе нерациональной ее составляющей. К 2000 г. среднее водопотребление по стране составляло 400 л/чел. в сутки, а по отдельным городам и населенным пунктам оно доходило до 800 и более. С учетом растущего водопотребления увеличивались проектные нормы, которые для разработки стадии ТЭО доходили до 500-600 л/чел. в сутки и на основе их проектировались и сооружались новые трубопроводы, коллекторы, насосные станции, очистные сооружения. Начиная с 2000 г., удельное водопотребление стало уменьшаться. Причиной этому послужили следующие факторы:
- рационализация водопотребления;
- переход на водосберегающие технологии;
- внедрение оборотных систем водопользования;
- ликвидация водоемких технологий и предприятий.
Рационализация водопотребления стала одной из основных составляющих в политике Государства в области энерго-, и ресурсосбережения, которая закреплена в ФЗ-2611. Во многих городах ежегодно уменьшается потребление воды на 3-5%. И в недалеком будущем оно будет составлять 150 л/чел. в сутки, т.е. уменьшится в 2,5
1Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: федер. закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ. / About energy saving and about increase of power efficiency and about modification of separate legal acts of the Russian Federation: Feder. law of 23.11.2009 N 261-FZ.
раза. Такая ситуация благоприятно отражается на эффективности использования воды в промышленности и жилищном секторе. При этом значительно снижаются затраты электроэнергии на перекачку воды, уменьшается количество сточных вод. Однако при этом появляются негативные факторы, приводящие к увеличению эксплуатационных затрат. Эти факторы следующие:
- за счет уменьшения скоростного режима движения воды и стоков в системах водоснабжения появляются застойные зоны, приводящие к ухудшению качества воды и ее замерзанию в зимний период, для систем водоотведения увеличиваются отложения осадков и происходит зарастание трубопроводов, приводящие к увеличению внутренней коррозионной активности;
- за счет уменьшения расходов воды и стоков существующие насосные станции работают в нерациональных режимах с низким КПД, даже если они и оборудованы регулируемым электроприводом;
- концентрация сточных вод значительно увеличилась, что для многих КОС привело к нарушению технологических режимов и потребовало дополнительных затрат на реагенты и переустройство отдельных сооружений.
Более сложная обстановка наблюдается в сфере промышленности, особенно на предприятиях, которые в своей технологии использовали огромные водные ресурсы и за последние года перешли на безводные и оборотные системы водоснабжения (химическая, нефтехимическая, атомная, машиностроительная и др. отрасли). Тысячи км сетей и сооружений перестали работать или работают в не оптимальных и не рациональных режимах эксплуатации. При этом по указанным причинам эксплуатационные затраты возрастают, что и отражается на себестоимости продукции.
Предлагается решать данную проблему путем вывода из эксплуатации отдельных участков сети и сооружений, которые улучшают скоростной режим функционирования других трубопроводов и обеспечивают режимы работы насосных станций с наибольшими КПД. Вопрос лишь в том, какие участки и сооружения надо вывести из эксплуатации. Для этой цели исследуем эксплуатационные затраты и определим влияние на них режимных параметров систем водоснабжения.
Методы
Укрупненные эксплуатационные затраты для систем водоснабжения рассчитываются следующим образом2:
Э = С + С + С + С + С^ + С + С + С (1)
где ЭЗ - годовые эксплуатационные затраты (тыс. руб./год); Сам - амортизационные отчисления (принимается 0.05^ по трубопроводам, 0.09^ по насосным станциям и поверхностному водозабору, 0,14^ по скважинам и подземным водозаборам, К- единовременные капиталовложения в систему водоснабжения); Ск.р - затраты на
Рекомендации по нормированию труда работников водопроводно-канализационного хозяйства. Приказ Госстроя РФ от 22.03.1999. № 66. / Recommendations on the regulation of labor of workers of water supply and Sewerage sector. Order of Gosstroy of the Russian Federation dated 22.03.1999, no. 66.; Типовые нормативы численности работников по обслуживанию и эксплуатации зданий и сооружений. Мин. Труд. РФ от 24.01.2014 № 001 / Typical standards for the number of employees for the maintenance and operation of buildings and structures. Min. The labor of the Russian Federation dated 24 January 2014, no. 001;
Любанская З.Г., Осипов П.П. Экономика систем водоснабжения и водоотведения. Расчет эксплуатационных расходов в системах водоснабжения и водоотведения: методические указания и задания к выполнению контрольной работы для студентов специальности 270112.65 «Водоснабжение и водоот-ведение» и бакалавров по направлению «Строительство». Хабаровск: Изд-во Тихоокеанского государственного университета, 2012. 16 с. / Lubanskaya Z.G., Osipov P.P. Economics of water supply and sanitation systems. The calculation of operating costs in water supply and sanitation: guidelines and tasks to carry out control work for students majoring 270112.65 "Water supply and water-saving" and bachelors in the "Construction" sphere. Khabarovsk: Pacific National University Publ., 2012. 16 p.
капитальный ремонт (0,046*К), р./год; Ст.р - затраты на текущий ремонт (0,01*К), р./год; Сэлк - стоимость электроэнергии, тыс. руб./год:
Сэлк = 108 • z3 • H • х (2)
где г1Т( - единичная стоимость электроэнергии (руб. за кВт час), х - расход транспортируемой воды (м3/с), Н - напор насосной станции (м. в. ст.). Сф3п - фонд заработной платы обслуживающего персонала в расчете на 1 км длины водопровода:
СфЗП = 075 • ЗПСр • х0,3, (3)
где ЗПср - средняя прогнозируемая заработная плата по предприятию, тыс. руб./мес.; х - производительность системы, в м3/с. Ссв - состоит из страховых взносов в пенсионный фонд (0.22*СфЗП), фонда социального страхования (0.029*СфЗП) и фонда медицинского страхования (0.051*СфЗП); Снв - налог на воду (тыс. руб./год) определяется:
C = 31536 • С • х
^н.в w ' ^^^ ^н.ст
?
где Сн.ст - налоговая ставка в рублях за 1 м3 воды, забираемой из поверхностных и подземных источников, (в г. Иркутске в 2018 г. эта ставка составляет 0.122 рублей за 1 м3) ; Спр - прочие расходы, тыс. руб. /год, принимаются в размере 20 % от суммы амортизационных отчислений (Сам) и затрат на заработную плату обслуживающего персонала (Сфзп),
Спр = 02 (Сам + Сфзп), или Спр = 0,01 • К + 0,15 • ЗПср • х0,3
С учетом (2)-(3) эксплуатационные расходы будут следующими:
Эз = 0,116 • К + СЭЛк +1125 • ЗПср • х0,3 + 31536 • С^ • х (4)
Для конкретизации единовременных (капитальных) затрат воспользуемся информацией, приведенной в укрупненных нормативах цен строительства3. Для наружных сетей водопровода длиной в 1 км из полиэтиленовых труб, при разработке сухого грунта на глубину 3 м (что характерно для Иркутской области) не сложно получить следующую зависимость капиталовложений от диаметра трубопровода:
K = (27329- d2 + 7399,5 • d + 2537,9) • L, (5)
где К - капиталовложения, тыс. руб.; d - диаметр, м, который можно представить функцией:
d=Д, (6)
V Ttv
3
Где v - скорости, м/с и х - расхода в м3/с. С учетом (6)
K = (34796,4 • х • v 1 + 8346,6 • х05 • v-0,5 + 2537,9) • L (7)
Расчет затрат электроэнергии требует отдельного рассмотрения. В теории гидравлических цепей4 [1] закон сохранения энергии для произвольной гидравличе-
3НЦС 81-02-14-2017. Сборник № 14. Сети водоснабжения и канализации. Государственные сметные нормативы. Укрупненные нормативы цены строительства. Актуализация: 01.01.2018 / DPN 81-02-142017. Collection № 14. Nets of water supply and sewage. Government estimated standards. Integrated standards of construction prices. Updating: 01.01.2018
НЦС 81-02-19-2017. Здания и сооружения городской инфраструктуры / DPN 81-02-19-2017. Buildings and constructions of city infrastructure
водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения: справочник / под ред. Б.Н. Репина. М.: Высшая школа, 1995. 431 с. / Water supply and sanitation. External networks and structures: Handbook / ed. by B.N. Repin. Moscow: Higher school Publ., 1995. 431 p.
ской цепи формулируется следующим образом: «Вся привносимая энергия, за вычетом энергии на излив воды, тратится на преодоления сил трения»:
jTQj ■ Hj JQj ■ Pj ■ x, , (8)
j=i j=i i=i где J1 - множество узлов насосных станций, J2 - множество узлов потребления воды, Hj - пьезометрические напоры насосных станций, Pj - пьезометрические напоры воды у потребителей, в м. h, - потери напора по участкам водопроводной сети, x, - расход транспортируемой воды по участкам сети, Qj. - расход воды у потребителя j, м3/с.
Следовательно, годовые затраты электроэнергии по системе водоснабжения можно представить как сумму затрат электроэнергии по каждому участку сети:
Сэлк = 108 ■ Z3/1K ■ Э1 3i = hi ■ x,
, j
Для вычисления потерь напора по длине трубопровода воспользуемся формулой Ф.А. Шевелева для пластмассовых труб [3]:
Х 1J14
h; = 1,1 ■ Vi ■ Li , У, = 0,001052 ■ ,
di '
где У - гидравлический уклон; L, - длина участка сети, в м.
Х 2114
hi ■ Xi = 0,0011512 ■ Li ■ i4114 , или с учетом (6):
d-, '
hi ■ Xi = 0,000642 ■ Li ■ x°,3J8 ■ Vi2,381
Сэлк = 108 ■ 1элк (0,000642 ■ Xi0,381 ■ Vi2,381 ■ L, 1000), L в км.
В итоге получены зависимости эксплуатационных затрат как функции расхода и скорости транспортируемой воды, длины трубопровода и удельных затрат электроэнергии [4-6]:
Э3 = 0,116 ■ К +108 ■ Z,KK (0,000642 ■ x,0,381 ■ v 2,381 ■ L 1000)+
3 0 3 iii ) (9)
1,125 ■ ЗПср ■ х0,3 + 31536 ■ СНст ■ х
Зависимость эксплуатационных затрат от расхода и скорости воды в трубопроводе, а также их линейные аппроксимации Сэ= С' х представлены на рис. 1.
Подобные вычисления и преобразования можно сделать и для эксплуатационных затрат по водозаборным сооружениям, насосным станциям и очистным сооружениям. Зависимость эксплуатационных затрат по этим сооружениям от расхода, и их линейные аппроксимации представлены на рис. 2.
С учетом полученных зависимостей, можно сформулировать математическую постановку задачи минимизации эксплуатационных затрат в существующих системах водоснабжения как задачу поиска максимального потока минимальной стоимости [7-10]:
Q ■ Кобщ i ■ X ^mm, при < х <в,, Ах = q , (10)
^^; ^общ i при о. - Л; - в , -- "- — Чср
i=l
где п - количество участков сети; С/ - стоимость единицы потока.
Например, при скорости в 3 м/с для трубопроводных участков сети С = 2463,0 тыс. руб. за 1 м3/с на 1 км длины; для устройства подземного водозабора с водопроводными очистными сооружениями (удаление жесткости и железа) 16887,0 тыс. руб. за 1 м3/с; для насосных станций - 412,0 тыс. руб. за 1 м3/с. Ксбщ i - общий
коэффициент неравномерности на участке сети /, полученный на основании факти-
ческих или прогнозных графиков потребления воды; х - искомый поток на ветви избыточной или транспортной сети; в., в - нижние и верхние ограничения на поток х; А - матрица соединений узлов и ветвей сети; - вектор средних расходов потребления воды, м3/с.
Рис. 1. Зависимость эксплуатационных затрат от расхода и скорости воды в трубопроводе Fig. 1. Dependence of operating costs on the flow rate and speed of water in the pipeline
Рис. 2. Зависимость эксплуатационных затрат по водозаборным и очистным сооружениям и насосным станциям от расхода воды Fig. 2. Dependence of operating costs for water intake and sewage treatment plants and pumping
stations from water consumption
Для решения этой задачи в настоящей работе предлагается следующая методика, базирующаяся на работах [11-15]:
1. Формируется математическая модель существующей водопроводной сети, проверяется ее адекватность на основе гидравлических расчетов5 [16], определяются эксплуатационные затраты, выявляются участки с нарушением скоростного режима.
2. На основе модели существующей системы водоснабжения строится транспортная сеть. Для её построения все узлы-потребители воды замыкаются с помощью фиктивных ветвей на общий узел t - выхода потока, а узлы-источники воды, замыкаются на общий фиктивный узел входа потоков S. При этом для каждого участка транспортной сети назначаются ограничения на их пропускные способности (верхние и нижние). Для фиктивных ветвей входа потоков верхние ограничения соответствуют максимально возможной производительности водозаборов или насосной станции второго подъема, а для фиктивных ветвей выхода потоков верхние ограничения соответствуют потребностям населенных пунктов или абонентов в воде. Верхнее ограничение на потоки существующих участков сети определяется исходя из оптимальных значений скоростей движения воды:
- ж ■ d2
в = V„
(11)
Нижнее ограничение назначается согласно СП 31.133306, но не менее 0,7 м/с. По каждому участку сети определяется и назначается стоимость единицы потока -эксплуатационные затраты единицы потока.
3. С учетом построенной таким образом транспортной сети решается задача поиска максимального потока минимальной стоимости (9) и (10).
4. В итоге решения определятся участки, по которым поток не будет проходить. Эти участки и требуется вывести из эксплуатации.
Результаты и их обсуждение
В качестве примера рассмотрим промышленный водопровод, подающий воду в технологические цеха производства (см. рис. 3).
йсущ=710мм Стоим Ийт=21224,Щ=1065,63л/се К Дебет Ист=2000,00л/с Расход Ист=1400,(Х>л/с
Зсущ=500мм Эсу щ=334,38л/се к
□сущ=300мм Цсущ=70,13п/сек
□сущ=300мм □суид= 164,24п1 се к
Эсущ=200мм Зсущ=94,25л/сек
□сущ=200мм Осущ=б4.24л/се к
0сущ=630мм Qcy щ=753,57л/се к
Эсущ=300мм Осущ=212,06л,'сек
Осущ=ЗООмм Qcy щ=87,94л/сек
Зсущ=200мм1 Зсущ=94.25л/сек
□суш.=200мм Qcy щ=58,4 9л/сек
0сущ=500мм Qcy щ=441,51 л/се к
3сущ=300мм Осущ=212, Обл/сек
Dcyiu=20ÖMM Qcy щ=52,74л/сек
йсущ=250мм Qcy щ= 105,75л/се к
Зсущ=200мм Зсущ=94,25л/сек
□сущ=300мм Q сущ=1 Э4,2йл/сек
)сущ=250мм Осущ=147,26п/сек
Эсущ=200ММ Зсущ=94,25л/сек
□оущ=200мм Qcy щ=5&, 77 л/сек
Эсущ= 150мм Зсущ=5 3,01 л/сек
0сущ=150мм Qcy щ=48, 99л/сек
Рис. 3. Схема существующей системы водоснабжения Fig. 3. Scheme of the existing water supply system
5Алексеев М.И., Дмитриев В.Д., Мишуков Б.Г Эксплуатация систем водоснабжения и канализации: учеб. пособие. М.: Высшая школа,1993. 60 с. / Alekseev M.I., Dmitriev V.D., Mishukov B.G. Operation of water supply and Sewerage systems. Textbook. Moscow: Higher school Publ,1993. 60 p.
6СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Введ. 01.01.2013. М.: АО «Кодекс», 2013. / SP 31.13330.2012 Water supply. Pipelines and portable water treatment plants. Ent. 01.01.2013. Moscow.: JSC "Code" Publ., 2013.
Общая производительность составляет 0,14 м3/с. Гидравлический расчет показал, что в сети нет нарушений скоростных режимов. Эксплуатационные расходы составляют 40495,0 тыс. руб./г. В 2020 г. предполагается перевести четыре цеха на оборотное водоснабжение (на рис. 4 эти цеха обозначены синими узлами).
В результате оптимизации были удалены четыре участка, которые на рис. 4 показаны тонкими линиями. По оставшейся сети эксплуатационные затраты составили 28575,0 тыс. руб./г.
□сущ=710мм Стон м Ист=21224,ОШсрщ=735,76л/сек Дебет Ист=1000,00л/с Расход Ист=1000,00л/с
Эсущ=500мм Эсущ=264,24л/се к
Всущ=630мм Осущ=541,51л/сек
5сущ=ЗООмм Эсущ=В4,25л/сек
0сущ=500мм осущ=253,01л/сек
Осущ=300мм Осущ=153,01 л/сек
Эсущ=300мм 2сущ=188,50л/сек
Зсущ=200мм Зсущ=53,01 л/сек
ОСущ=ЗООмм □сущ=164.24л/сек
Эсущ=200мм Зсу ид=94.25п/сек
□сущ=250мм ' Осущ=94,25л/сек
Эсущ=200мм Эсущ=94:25л/сек
Рсущ=200мм Зсущ=94,25л/сек
Dcyiy=200MM 1 □сущ=64,24л/сек
□сущ=200мм 1 QCym=53,49л/сек
□сущ=200мм 1 ОСущ=52,74л/Сбк
0сущ=150мм С|су|ц=4б.9Эл/сек
Зсущв150мм Зсущ=йЗ, 01 л/се к
Дефицин=0,00л/с
Рис. 4. Схема отключения трубопроводов при суммарном расходе 0,1 Fig. 4. Disconnection of pipelines at the total consumption 0,1
В 2025 г. предполагается закрыть еще четыре цеха (на рис. 5 эти цеха обозначены синими узлами). В результате оптимизации были удалены еще пять участков, которые на рис. 5 показаны тонкими линиями. По оставшейся сети эксплуатационные затраты составили 18967,0 тыс. руб./г.
□Сущ=710мм Стоим Ист=2122410«йсрщ=500,00л/сек Дебет Исг=1000,00л/с Расход Ист=700,00л/с
□сущ=630мм (ЗСущ=400,00л/се к
)сущ=500мм Эсу щ=200,00л/се к
зсущ=зоомм Зсу щ=46,99л/се к
D сущ=500мм Осущ=253.01 л/сек
D сущ=300мм
Осущ= 153,01 л/сек
Зсущ=200мм Эсущ=53,01 л/сек
3сущ=300мм
Зсущ=100,00л/сек
Зсущ=200мм Эсущ=46,99л/сек
Зсущ= 150мм 3сущ=53,01 л/сек
(Зсущ=46,99л/сек
Рис. 5. Схема отключения трубопроводов при суммарном расходе 0,06 м /с Fig. 5. Disconnection of pipelines at the total consumption 0,06 m3/s
В 2030 г. предполагается перевести еще четыре цеха на оборотное водоснабжение (на рис. 6 эти цеха обозначены синими узлами). В результате оптимизации были удалены еще два участка, которые на рис. 6 показаны тонкими линиями. По оставшейся сети эксплуатационные затраты составили 9172,0 тыс. руб./г.
Dey щ=710мм Стоим Ист=21124,0®срц =300. ООл/сек Дебет Ист=300,00п/с Расход Ист=зоо,00л/с
0сущ=630мм Qcy щ=300,0Ол/сек
Зсущ-ЗООмм Эсу щ=46. 99 л/сек
0сущ=500мм Осущ=253,01 л/се к
йсущ-ЗОСмм Осущ= 153,01 л/се к
3 су ид=200 м м Эсущ=53,01 л/сек
Зсущ=200мм Э Су щ=45,99л/сек
)сущ= 150мм □сущ=53.01 л/сек
Dey щ =20 Омм Осущ=46,99п/сек
Dey щ=150мм Осущ=46,99л/сек
Рис. 6. Схема отключения трубопроводов при суммарном расходе 0,03 м /с Fig. 6. Disconnection of pipelines at the total consumption 0,03 m3/s
Таким образом, в результате отключения неэффективных участков эксплуатационные расходы можно сократить в 4,5 раза. Выводы
Предлагается новая методика оптимизации эксплуатационных затрат по системам водоснабжения в условиях уменьшения водопотребления. Эта методика позволяет выявить неэффективные участки сети и вывести их из эксплуатации и при этом улучшить скоростной режим функционирования других трубопроводных участков сети и вывести работу насосных станций в режим с наибольшим КПД. Разработанная методика и программный комплекс является эффективным инструментом при обосновании структуры сети и сооружений систем водоснабжения как в условиях уменьшения, так и увеличения водопотребления и могут быть полезны для лиц принимающим решения по оптимизации технологической структуры предприятия и перспективной схемы развития урбанизированных территорий. Предлагаемая методика также позволяет учитывать показатель надежности и экологической безопасности, приведенные в работах [16-18].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985. 278 с.
2. Шевелев Ф.А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. Изд. 5-е, доп. М.: Стройиздат, 1973.
3 Баженов В.И., Пупырев Е.И., Самбурский Г.А., Березин С.Е. Разработка методики расчета стоимости жизненного цикла оборудования систем и сооружений для водоснабжения и водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. 2018. № 2. С. 10-19.
4. Frenning L. The life cycle cost of the pump. Bryussel': Gidravlicheskiy institut Publ., 2001. 222 p.
5. Гогина Е.С., Гуринович А.Д. Применение методики LCC для оценки эффективности проектов сооружений очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 9. С. 36-41.
6. Чупин Р.В., Нгуен Т.А., Беликова Н.Б. Оптимизация систем водоотведения с учетом их надежности и сейсмостойкости // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 4. С.110-116.
7. Чупин Р.В., Нгуен Т.А., Н.Б. Беликова Оптимальное управление потоками сточной жидкости // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 9. С. 99-108.
8. Чупин Р.В., Майзель И.В., Душин А.С., Чупин В.Р. Нормирование расчетных удельных значений потребление воды и сброса стоков // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2015. № 4 (15). С. 171-191.
9. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978. 432 с.
10. Чупин Р.В. Оптимизация развивающихся систем водоотведения: монография. Иркутск: Изд-во Ир-ГТУ, 2015. 418 с.
11. Чупин Р.В., Майзель И.В. Инвестиции в развитие систем водоснабжения и водоотведения // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2013. № 1. (4). С. 126-133.
12. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. М.: Мир, 1990. 208 с.
13. Чупин Р.В., Мелехов Е.С. Развитие теории и практики моделирования и оптимизации систем водоснабжения и водоотведения: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. 323 с.
14. Мелехов Е.С., Чупин, В.Р. Оптимизация совместной работы канализационных насосных станций на общий напорный коллектор // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 2 (73). С. 114-118.
15. Чупин Р.В. Расчет систем водоотведения с замкнутыми контурами и разгрузочными коллекторами // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. № 1. С. 56-62.
16. Алексеев М.И., Ермолин Ю.А. Определение показателей надежности объекта при посезонно изменяющейся интенсивности отказов // Водоснабжение и санитарная техника. 2007. № 5. С. 11-13.
17. Алексеев М.И., Ермолин Ю.А. Оптимизация процесса водоотведения в крупных городах: Монография. М.: Изд-во АСВ, 2013. 184 с.
18. Алексеев М.И., Ермолин Ю.А. Использование оценки надежности стареющих канализационных сетей при их реконструкции // Водоснабжение и санитарная техника. 2004. № 5. С. 21-23.
REFERENCES
1. Merenkov A.P., Khasilev V.Ya. Teoriya gidravlicheskikh tsepei [Theory of hydraulic circuits]. Moscow: Nauka Publ., 1985. 278 p. Simonova A.A. Ekonomika sistem inzhenernogo oborudovaniya [Economics engineering systems]. Moscow: Stroiizdat Publ., 1990. 344 p.
2. Shevelev F.A. Tablitsy dlya gidravlicheskogo rascheta stal'nykh, chugunnykh, asbestotsementnykh, plastmassovykh i steklyannykh vodoprovodnykh trub [Tables for hydraulic calculation of steel, cast iron, and glass water pipes] Moscow: Stroiizdat Publ., 1973.
3. Bazhenov V.I., Pupyrev E.I., Samburskii G.A., Berezin S.E. Development of methodology for calculation of life cycle cost of equipment, systems and constructions for water supply and sanitation. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water supply and sanitary technique]. 2018, no. 2, pp. 10-19.
4. Frenning L. The life cycle cost of the pump. Bryussel': Gidravlicheskiy institute Publ., 2001. 222 p.
5. Gogina E.S., Gurinovich A.D. The use of LCC methods for assessing the effectiveness of projects of wastewater treatment. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika water [Supply and sanitary engineering]. 2016, no. 9, pp. 36-41.
6. Chupin R.V., Nguen T.A., Belikova N.B. Optimization of water disposal system with regard to their reliability and seismic stability. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2015, no 4, pp. 110-116.
7. Chupin R.V., Nguen T.A., Belikova N.B. Wastewater flow optimal control. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2015, no. 9, pp. 99-108.
8. Chupin R.V., Maizel' I.V., Dushin A.S., Chupin V.R. Calculation rating of specific values of water consumption and effluent discharge. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' [Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate]. 2015, no. 4 (15), pp. 171-191.
9. Kristofides N. Teoriya grafov. Algoritmicheskii podkhod [Graph theory. Algorithmic approach]. Moscow: Mir Publ., 1978. 432 p.
10. Chupin R.V. Optimizatsiya razvivayushchikhsya sistem vodootvedeniya [Optimization of developing water disposal systems]. Irkutsk: Irkutsk State Technical University Publ., 2015. 418 p.
11. Chupin V.R., Maizel I.V., Chupin R.V. Investments in development of water facilities and water disposal systems. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' [Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate]. 2013, no. 1 (4), pp. 126-133.
12. Mushik E., Myuller P. Metody prinyatiya tekhnicheskikh reshenii [Methods of technical decision-making]. Moscow: Mir Publ, 1990. 208 p.
13. Chupin R.V., Melekhov E.S. Razvitie teorii i praktiki modelirovaniya i optimizatsii sistem vo-dosnabzheniya i vodootvedeniya: monografiya [Development of theory and practice of modeling and optimization of water supply and sanitation systems]. Irkutsk: Irkutsk State Technical University Publ., 2011. 323 p.
14. Melekhov E.S., Chupin V.R. Optimization of sewerage pumping station combined operation for general pressure header. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2013, no. 2 (73), pp. 114-118.
15. Chupin R.V. Calculation of water disposal systems with closed circuits and discharge manifolds. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water supply and sanitary technique]. 2014, no. 1, pp. 56-62.
16. Alekseev M.I., Ermolin Yu.A. Determination of the reliability of the object when the seasons from changing failure rate. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water supply and sanitary technique]. 2007, no. 5, pp. 11-13.
17. Alekseev M.I., Ermolin Yu.A. Optimizatsiya protsessa vodootvedeniya v krupnykh gorodakh [Optimization
of process wastewater in large cities]. Moscow: ASV Publ., 2013. 184 p.
18. Alekseev M.I., Ermolin Yu.A. The Use of reliability evaluation of aging sewer networks during their reconstruction. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water supply and sanitary technique]. 2004, no. 5, pp. 21-23.
Критерии авторства
Чупин В.Р., Майзель И.В. имеют равные авторские права. Майзель И.В. несет ответственность за плагиат.
Contribution
Chupin V.R., Maizel I.V. have equal author's rights. Maizel I.V. bears the responsibility for plagiarism.
Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interests The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
