Nyomásmenedzsment alkalmazása vízveszteség csökkentésére

Mi a hálózati vízveszteség keletkezésének oka?

A hálózati vízveszteség definiálása különböző módon lehetséges. Az általánosan elfogadott számítási mód a következő: (előállított, és az értékesített víz különbsége /előállított ivóvíz) * 100 százalékosan kifejezve. Az említett képlet nem tesz különbséget a veszteségek különböző fajtáji között.

A vízveszteség adódhat:

1. vízlopásból
2. vízmennyiség mérők pontatlanságából
3. adminisztrációs hibákból
4. csőtörésből
5. technológiai folyamatokból (pl.: hálózat mosatás)
6. hálózat tömítetlenségéből

A fent említett okok némelyike nem is jelent valódi veszteséget, csak adminisztratív kimutatásokban jelentkezik, pl.: 3 pontban jelölt hibák.

A nyomásmenedzsment a felsoroltak közül elsősorban a hálózat tömítetlenségéből származó problémára jelent megoldást, valamint csökkentheti a csőtörések kialakulását is.

Az 1. ábrával azt szeretnénk érzékeltetni, hogy ez a probléma nem csak Magyarországon jelentkezik. Az európai országok összehasonlításából azonnal kitűnik, hogy hazánknak ezen a területen is rengeteg teendője van, az okok elemzésére most nem térünk ki, inkább egy lehetséges megoldást szeretnénk felvázolni.

1. ábra

Nyomás és a vízveszteség viszonya

A vízhálózat tömítetlensége azt jelenti, hogy a hálózaton lévő szerelvények, csövek, vízmennyiség mérők, valamint ezek csatlakozási pontjain át a víz a zárt hálózatból eltávozik. Az így elfolyó víz mennyisége gyakran nem is kerül tudomásunkra, mert az imént említett szerelvények föld alatt találhatóak, így az elfolyó víz kis mennyisége miatt a földben elszivárog anélkül, hogy érzékelnénk. Ilyenkor egyből arra gondolhatnánk, hogyha ilyen kis mennyiségről van szó, akkor kell-e egyáltalán foglalkozni a problémával…

Igen, kell! Egy ilyen szivárgás esetén valóban kis mennyiségű víz távozik, viszont, ha a rendszer több száz szivárgási hellyel rendelkezik, akkor ezek a vízmennyiségek összeadódnak, és az így keletkezett vízmennyiség már jelentős.

A hibahelyeket összegezve egy olyan hálózati modellt kapunk, ahol rendelkezésre áll egy adott nyomású rendszer, és egy a – hibahelyek összegzéséből adódó – nyílás a rendszeren. Könnyen belátható, hogy az általunk meghatározott elméleti résen eltávozó víz mennyisége csak a rendszerben uralkodó nyomástól függ.

A nyomásmenedzsment lényege, hogy a hálózatban uralkodó nyomást optimalizáljuk, ezáltal minimalizáljuk a rendszerből méretlenül eltávozó ivóvizet.

Nyomásmenedzsment

A Magyarországi vízművek többsége az általa felügyelt hálózatban állandó nyomást tart fenn. Az állandó nyomás által a hálózati veszteség a szivárgásokon, csőtöréseken keresztül folyamatosan jelentkezik. Vizsgáljuk meg tehát, hogyan lehet a nyomást mindig optimális értéken tartani.

Rendszerint a nyomást egy nyomáscsökkentő szelep állítja be egy állandó értékre. Ez a nyomáscsökkentő szelep a beszerelési ponton napszaktól és vízfogyasztástól függetlenül egy állandó nyomást tart. Kérdés az, hogy mi alapján határozzuk meg ezt a nyomást. Ennek természetesen több összetevője is van. Egy dolog azonban biztos, hogy a vízműnek szolgáltatni kell vizet a hálózatán lévő legtávolabbi és legmagasabban fekvő fogyasztójának is minden körülmények között. Nevezzük ezt a vízvételi pontot a kritikus pontnak és nézzük a 2. számú ábrát

2. ábra

A kritikus ponton a nyomás a nap folyamán folyamatosan változik, ha jól méreteztük a rendszert, akkor itt mindig meg lesz a szolgáltatáshoz szükséges minimális nyomás. Azonban ezen a ponton a nap folyamán több alkalommal is tartani fogunk indokolatlanul magas nyomásértéket. Különösen igaz ez az éjszakai időszakra.

Ezért már az is jelentős megtakarítást jelent, ha különböző nyomást tartunk éjszakai és nappali időszakban. A 3. számú ábra erre mutat egy alternatívát.

3. ábra

A 3. számú ábrán látható nyomáscsökkentő két szabályozóegységgel szerelt ezért ezt két különböző nyomás tartására lehet beállítani. Azt, hogy éppen melyik – előre beállított – nyomásértéken tartsa a hálózatot, egy elektromos jellel tudjuk kiválasztani. Ez a megoldás jól alkalmazható arra, hogy az éjszakai vízveszteséget minimalizáljuk.

Természetesen nem csak napszaknak megfelelően kapcsolhatjuk a nyomáscsökkentő szelepünket, hanem a térfogatáram függvényében is, így nem csak éjszaka, hanem nappali időszak fogyasztási minimumai alatt is érhető el megtakarítás.

Folyamatos vezérlés a térfogatáram függvényében

Az ideális megoldás az, ha mindig az aktuális térfogatáramnak megfelelő nyomásértéken tartjuk a hálózatot. Ehhez szükségünk van egy vízmennyiségmérő műszerre, ami információt ad nekünk az éppen aktuális térfogatáramról. Valamint egy olyan nyomáscsökkentő szelepre, ami fokozatmentesen tudja változtatni a kimenőoldali nyomásértéket.

A rendszer működése a 4. ábrán látható.

4. ábra

Az ábrából kiderül. hogy a berendezés a feladatát úgy látja el, hogy a nyomásérték a kritikus ponton mindig egy állandó minimális érték. A Modulo egységnek a feladata az, hogy a térfogatáram függvényében beállítsa azt az értéket amire a hálózatnak szüksége van, így a rendszerben mindig az éppen aktuális fogyasztásnak  megfelelő minimális nyomás uralkodik.

Előnyök és használhatóság:

A nyomásmenedzsment alkalmazásának előnyei:

1. Csökken a hálózati vízveszteség

Gyakorlati tapasztalatok azt igazolják, ahány százalékkal csökkentjük a nyomást, ugyanolyan százalékú ivóvíz megtakarítást tudunk elérni.

2. Csökken a hálózaton a csőtörések száma

10%-os víznyomás csökkenés Kb. 60%-al csökkenti a csőtörések valószínűségét, ezáltal életciklusa megnövekszik, karbantartására kevesebb pénzt kell költeni.

A nyomásmenedzsment nem mindenütt használható azonos hatékonysággal, hiszen az ivóvízhálózat kialakítása is befolyásolja a kiépíthetőséget, gondolok itt elsősorban azokra a hálózatokra, amelyek több betáplálással rendelkeznek, valamint a körhálózatokra. Természetesen mindenütt kialakítható a rendszer, bonyolultabb vízhálózat esetén több szelep összehangolt működésével lehet a kívánt hatást elérni.

Hazai példa a nyomásmenedzsment kialakítására

Borsod megyében egy 6500 lakosú település vízellátását a szomszédos vízműtől vásárolt ivóvízzel biztosítja.  A szolgáltatási területen folyamatosan növekvő arányú vízveszteség mutatható ki.

A vízveszteséget elsősorban a csőkötéseknél jelentkező hibák, korrózió okozta lyukadások, és szerelvényhibák okozzák. Nehezíti a helyzetet, hogy a terület földtani felépítéséből adódóan a földben jelentkező meghibásodások miatt bekövetkező vízelfolyások nem érzékelhetők, mivel a kiáramló vizet a homokos kavics rétegek elvezetik, így azok a felszínre nem kerülnek.

2007 évben az Arad Hungária Kft. javaslatára nyomáscsökkentő szelep került beépítésre a hálózati szivárgások csökkentése érdekében. A beépített szelep eredményességének vizsgálatára egy online távfelügyeleti rendszer kiépítése vált szükségessé. A rendszer segítségével folyamatosan figyelemmel lehet kísérni a vízfogyasztás, valamint a hálózati víznyomás alakulását.

A távfelügyeleti rendszer lehetővé tette a nyomásvezérlés vízfogyasztáshoz történő illesztését is, így 2006. október 8.-án az ARAD Hungária Kft. két nyomászónásra alakította át a szelepet, vagyis a szelepre másik vezérlőegység került, ami idővezérelten biztosította a különböző hálózati nyomásértéket, lehetőséget nyújtva ezzel a folyamatos vízveszteség csökkentésre, a vízfogyasztáshoz igazodó két érték beállításával. A nyomásszabályozó az éjszakai időszakban 23.30 – 5.00-ig   2,1 bar, a nap további részében 4,5 bar nyomást biztosít az ellátási területen. A távfelügyeleti rendszer kiépítését követően a rendszerben nyomon követhető volt az ivóvíz megtakarítás mértéke.

Az 5. számú ábrán látható az éjszakai, nyomáscsökkentés nélküli állapot. Az ábráról leolvasható a hálózati veszteség mértéke, az éjszaka folyamán sem csökkent 20 m³/h érték alá. A település alig iparosodott, ezért semmi sem indokolja az éjszakai 20 m³/h vízfogyasztást. Tehát a településen a hálózati szivárgásból eredő vízveszteség napi (24 * 20 m³/h) 480 m³.

A 6. számú ábrán látható, hogy az éjszakai nyomáscsökkentéssel a hálózati veszteség ezen idő alatt 50 %-kal, a felére csökkent. Nappali időszakban a magasabb nyomásérték miatt kisebb mértékű csökkenéssel számolhatunk.

2007.03.07. napi vízfogyasztás nyomásmenedzsment kikapcsolásával 731,8 m³

5. ábra

2007.03.09. napi vízfogyasztás nyomásmenedzsment bekapcsolásával 602,7 m³

6. ábra

2008.03.09. napi vízfogyasztás nyomásmenedzsment tartós működése után  519,7 m³

7. ábra

Összegzés

Az egyre növekvő energiaköltségeket figyelembe véve azt gondolom, hogy mindenképpen van létjogosultsága a nyomásmenedzsmentnek a hazai vízművek területén is. A megtakarítás mértéke természetesen minden vízmű esetében más, mely függ a kiinduló hálózati veszteség mértékétől, de a növekvő vízárak mellett minden esetben viszonylag gyors megtérülést kínál.  Különösen fontos itt megjegyezni, hogy a veszteség az ivóvízből keletkezik, tehát a víz már átesett több költséges technológián is (pl.: vas, mangántalanítás, fertőtlenítés stb.)

Településen egy kétzónás nyomáscsökkentő szelep elhelyezésével napi szinten közel  130 m³ ivóvíz megtakarítást értünk el. Megközelítő számításokkal a beruházás 1 – 1,5 hónap alatt térült meg.

Ezeknek a berendezéseknek a tervezésénél sem mindegy mekkora teljesítményre kell méretezni. Ezért ez a megtakarítás hatványozottan jelentkezik a vízelőállítás különböző fázisaiban.