Лекции — Противопожарное водоснабжение — файл.
3.1 Классификации систем водоснабжения.
^ Система водоснабжения — комплекс взаимосвязанных устройств и сооружений, обеспечивающих потребителей водой в требуемом количестве и заданного качества. Система водоснабжения включает в себя устройства и сооружения для забора воды из источника водоснабжения, ее транспортирования; обработки, хранения, регулирования подачи и распределения между потребителями.
^ Схема водоснабжения — последовательное расположение этих сооружений от источника до потребителя, взаимное расположение их относительно друг друга.
Системы водоснабжения должны проектироваться в соответствии с требованиями по проектированию наружных сетей и сооружений водоснабжения, а также других нормативно-технических рекомендаций и требований, предъявляемых к воде потребителями. При этом необходимо учитывать местные условия, многообразие которых приводит к тому, что система водоснабжения любого объекта по-своему уникальна и неповторима.
Все многообразие встречающихся на практике систем водоснабжения классифицируется по следующим основным признакам.
— по назначению: хозяйственно-питьевые; противопожарные; производственные; сельскохозяйственные. Перечисленные типы систем могут быть как самостоятельными, так и объединенными. Объединяют системы в том случае, если требования, предъявляемые к качеству воды одинаковые или это выгодно экономически.
— по характеру используемых природных источников: системы, получающие воду из поверхностных источников (реки, озера, водохранилища, моря, океаны); системы, забирающие воду из подземных источников (артезианские, грунтовые); системы смешанного питания (при использовании различных видов водоисточников.
— по территориальному признаку (охвату): локальные (одного объекта) или местные; групповые или районные, обслуживающие группу объектов; внеплощадочные; внутриплощадочные.
— по способам подачи воды: самотечные (гравитационные); напорные (с механической подачей воды с помощью насосов); комбинированные.
— по кратности использования потребляемой воды (для предприятий): прямоточные (однократное использование); с последовательным использованием воды (двух-трехкратное); оборотные (многократное использование воды, осуществляемое по замкнутой, полузамкнутой схеме или со сбросом части воды — продувкой); комбинированные.
— по видам обслуживаемых объектов: городские; поселковые; промышленные; сельскохозяйственные; железнодорожные и т.д.
— по способу доставки и распределения воды: централизованные; децентрализованные; комбинированные.
Системы водоснабжения в населенных пунктах предусматривают, как правило, централизованными. При этом в зависимости от местных условий и экономической целесообразности они могут быть раздельными — с собственными источниками водоснабжения для каждой из зон (селитебной или производственной) — или объединенными — с общим источником водоснабжения для обеих зон (рис. 3.1.
Рисунок 3.1 – Системы водоснабжения: а — централизованная раздельная; б — централизованная объединенная; в — комбинированная: 1 — водозаборное сооружение; 2 — насосная станция НС-1; 3 — очистные сооружения; 4 — резервуары чистой воды; 5 — НС-Н; 6 — водонапорная башня; 7 — водоводы; 8 — распределительная водопроводная сеть; 9 — населенный пункт; 10 — производственная зона.
Децентрализованные (местные) системы водоснабжения строятся для отдельных удаленных локальных потребителей или группы зданий, а также поселков, намеченных к переселению.
По надежности или по степени обеспеченности подачи воды централизованные системы водоснабжения делятся на три категории (табл. 3.1.
Таблица 3.1 — Категория надежности подачи воды.
Численность населения, тыс.чел.
Системы водоснабжения (водопроводы), используемые одновременно для хозяйственно-питьевого и (или) производственного водоснабжения и для тушения пожаров, или специальный противопожарный водопровод могут быть низкого или высокого давления (рис. 3.2.
а) с подачей воды из водопроводной сети через гидранты низкого давления (при наличии пожарного депо необходимый напор обеспечивается с помощью пожарных автомашин или мотопомп.
б) при отсутствии пожарного депо напор создается стационарными пожарными насосами, установленными в насосных станциях, при этом трубы сети должны быть выбраны с учетом повышения давления при пожаре.
Рисунок 3.2 – Схемы тушения пожара из водопровода: а — низкого давления; б — высокого давления.
Специальный противопожарный водопровод может устраиваться с подачей воды непосредственно из противопожарных резервуаров или естественных водоемов (рек, озер, прудов); необходимый напор обеспечивается пожарными автомашинами или мотопомпами.
В населенных пунктах с числом жителей более 5 тысяч человек противопожарный водопровод должен быть низкого давления. Противопожарное водоснабжение поселков с числом жителей до 5 тысяч человек допускается также из естественных или искусственных водоемов или резервуаров с забором воды из них пожарными автонасосами или мотопомпами. В этом случае требуемое число водоемов или резервуаров определяют исходя из того, что радиус их действия не должен превышать при тушении пожара: автонасосами — 200 м, мотопомпами — 100-150 м. Объем каждого резервуара должен быть рассчитан на расход воды, необходимый для тушения пожара в течение 3 часов. Пополняют противопожарные резервуары из хозяйственно-питьевого водопровода. Выбор системы противопожарного водоснабжения обосновывают технико-экономическими расчетами. Для поселков с числом жителей до 50 человек при застройке одно-двухэтажными зданиями, а также для отдельно стоящих производственных зданий I и II степени огнестойкости объемом до 1000 м 3 противопожарное водоснабжение можно не предусматривать.
Примерная схема водоснабжения населенного пункта представлена на рис. 3.3.
Рисунок 3.3 – Схема водоснабжения населенного пункта при использовании поверхностного водоисточника: 1 — источник водоснабжения; 2 — водозаборное сооружение; 3 — насосная станция 1-го подъема; 4 — водоочистная станция; 5 — резервуар чистой воды (РЧВ); 6 — насосная станция II-го подъема; 7 — напорно-регулирующее сооружение (водонапорная башня); 8 — распределительная сеть населенного пункта; 9 — самотечные водоводы; 10 — напорные водоводы, 11 — всасывающие водоводы, 12 — напор насосов I подъема, 13 — напор насосов I подъема, 14 — линия свободных напоров в разводящей сети.
^ 3.2 Водопроводы для наружного пожаротушения.
Схемы водопроводов выполняют в зависимости от характера водопровода, который должен обслуживать пожарные нужды, и его назначения.
По способу создания напоров противопожарные водопроводы бывают.
1) высокого давления . которые делятся на.
а) водопроводы постоянного высокого давления.
б) высокого давления, повышаемого только во время пожара. В этом’ случае давление в водопроводной сети достаточно для непосредственной подачи воды для тушения пожаров от гидрантов, установленных на сети (без помощи привозных насосов.
2) низкого давления (подача воды для тушения от привозных насосов.
^ Противопожарный водопровод постоянного высокого давления устраивают редко вследствие больших материальных затрат на создание водопроводной сети, обслуживающей только пожарные нужды, и необходимости устройства высокой водонапорной башни или отдельной пневматической установки.
^ Противопожарный водопровод высокого давления, повышаемого только во время пожара . устраивают главным образом на писчебумажных комбинатах, крупных нефтеперерабатывающих комплексах и других промышленных объектах, характеризующихся высокой пожарной опасностью.
Противопожарный водопровод высокого давления, повышаемого во время пожара, объединяется с хозяйственно-питьевым водопроводом промышленных предприятий. Напор для пожаротушения увеличивается только в хозяйственно-питьевой сети, в промышленном водопроводе напор в это время остается без изменения, поэтому при пожаре не нарушаются производственные процессы, требующие наличия постоянного давления в сети. Строительство противопожарных водопроводов, объединенных с хозяйственно-питьевыми, целесообразно также потому, что хозяйственная сеть, как правило, является более разветвленной, чем производственная, и охватывает наибольшую часть территории объекта. При таких водопроводах наружное пожаротушение может производиться непосредственно от гидрантов без привозных насосов, а внутреннее противопожарное водоснабжение обеспечивается устройством в здании пожарных стояков с пожарными кранами. При этом водонапорную башню устраивают высотой, достаточной для самотечной подачи воды для тушения пожара от внутренних пожарных кранов (в начальной стадии пожара). Бак водонапорной башни во время пожара после пуска пожарного насоса выключается с помощью автоматического приспособления, так как напор, развиваемый пожарным насосом, превышает высоту водонапорного бака.
Противопожарный водопровод высокого давления, объединенный с производственным водопроводом, устраивают в редких случаях, когда при пожаре приходится подавать под высоким давлением все количество воды, необходимой для производственных нужд (как правило, это количество бывает зпачительиым.
^ Противопожарный водопровод низкого давления . объединенный с хозяйственно-питьевым водопроводом, рассчитывают таким образом, что во время пожара увеличивается только количество подаваемой воды, напор же в сети поддерживается не ниже 10 м. При водопроводах низкого давления выключать водонапорную башню или контррезервуар во время пожара не требуется. Такие водопроводы широко распространены в городах и поселках, где других сетей, кроме хозяйственных, не бывает. Отбор воды для тушения пожаров из таких водопроводов производят с помощью привозных пожарных насосов (автонасосов, мотопомп и др.
Противопожарный водопровод низкого давления, объединенный с производственным водопроводом, устраивают на производствах, где пожарный расход, по сравнению с производственным, невелик и не влияет на напор производственного водопровода. Однако если для пожарных нужд необходим пуск добавочного насоса, возможно понижение напора в сети, что не всегда допускается требованиями технологии. При рассматриваемой схеме водопровода отбор воды на наружное пожаротушение производится от сети объединенного производственно-противопожарного водопровода низкого давления, а внутреннее пожаротушение — от внутренних хозяйственно-производственных водопроводов. Такая схема рациональна, потому что внутренняя сеть в этом случае подает воду как на хозяйственно-питьевые нужды, так и на нужды внутреннего пожаротушения.
Противопожарный водопровод объединяют иногда одновременно с хозяйственно-питьевым и производственным водопроводами. В этом случае водопроводная сеть получается единой, и водопроводы могут быть высокого и низкого давления.
Приведенные схемы противопожарных водопроводов применяют в разнообразных комбинациях. Выбор той или иной схемы зависит от характера производства, занимаемой им территории, характеристики пожарной огнеопасности производства, дебита источников водоснабжения и технико-экономических показателей, а также местных условий рассматриваемого объекта.
При больших производственных расходах воды более рациональной в ряде случаев оказывается схема противопожарного водопровода высокого давления, объединенного с хозяйственно-питьевым водопроводом.
Если для объекта допустим пожарный водопровод низкого давления, то он может быть объединен с производственным при условии достаточного охвата водопроводной сетью зданий и сооружений на территории объекта.
На выбор схемы водопровода оказывают влияние характеристики внутреннего противопожарного водопровода, спринклерно-дренчерного оборудования, а также стационарных установок пожаротушения. Кроме того, при выборе противопожарного водопровода необходимо учитывать, имеется ли на объекте или вблизи него пожарная команда.
Водопроводы низкого давления можно сооружать лишь при наличии на объекте или в непосредственной близости от него пожарных команд с передвижными пожарными насосами. Водопроводы высокого давления целесообразно устраивать при отсутствии пожарной команды или при недостатке передвижных пожарных насосов для подачи на тушение пожара полного расчетного количества воды (например, на отдаленных от населенных пунктов объектах). При выборе схемы водоснабжения необходимо учитывать технико-экономические показатели варианта технического решения, включающие капитальные вложения и издержки эксплуатации системы водоснабжения.
В таблице 3.2 даны характеристики противопожарных водопроводов, отражающие преимущества и недостатки вариантов при выборе рациональной схемы.
Таблица 3.2 – Преимущества и недостатки вариантов схем противопожарного водопровода.
продолжение таблицы 3.2.
^ 3.3 Внутренний противопожарный водопровод.
Внутренний водопровод должен обеспечивать подачу воды для образования струй, необходимых при тушении пожара. Для этого требуются устройство водонапорной башни с определенным запасом воды, непрерывная работа насосов, или устройство пневматического водоснабжения, заменяющего водонапорную башню.
Влияние требований внутреннего противопожарного водопровода на выбор схемы наружного водопровода можно показать на примере. Предположим, что противопожарный водопровод можно выполнить по схеме низкого давления и объединить с производственным водопроводом, подающим неочищенную воду (не пригодную для хозяйственно-питьевых нужд) Возникает вопрос: к какому водопроводу можно присоединить внутреннюю противопожарную сеть.
В случае объединения внутренней противопожарной сети с производственной необходимо учесть влияние увеличения напора в сети на эксплуатацию наружного производственного водопровода, исходя из условия тушения пожара от внутренних пожарных кранов. Если требуемый напор для производственною водопровода невелик, а расход велик и напор для тушения через внутренние краны больше производственного напора, то объединять внутренний противопожарный водопровод с производственным нецелесообразно.
^ 3.4 Спринклерное и дренчерное оборудование.
Спринклерное оборудование предназначено для автоматической подачи сигнала о пожаре и его тушения. Оборудование состоит из труб, проложенных внутри помещения под потолком. На трубах установлены спринклеры, которые автоматически открываются при повышении температуры в помещении до заданного предела и подают в очаг горения воду в виде капельных водяных струй Спринклерная система постоянно находится под давлением воды, чтобы обеспечить ее подачу к месту пожара при открывании замка спринклера. Водоисточником спринклериого оборудования служит хозяйственно-противопожарный, производственно-противопожарный и другие водопроводы, а также естественные водоисточники и искусственные водоемы.
В зависимости от вида водоисточника выбирают тип водопитателя. Обычно спринклерное оборудование имеет два водопитателя: вспомогательный (автоматический) и основной. Автоматический водопитатель (водонапорный бак, гидропневматическая установка, водопровод) подает воду и установку до момента включения в работу основного водопитателя. В качестве основного водопитателя используют насосно-силовое оборудование, водопроводы и запасные емкости. Трубопроводы спринклерного оборудования в режиме ожидания заполняют водой или воздухом в зависимости от температуры воздуха в помещении. Распределительные сети спринклерного оборудования подразделяются на самостоятельные секции (обычно секция защищает помещение или этаж здания) с тупиковой или кольцевой разводкой трубопроводов. Капельные водяные струи образуются при выходе воды из спринклера при напоре не менее 5 м.
^ Дренчерное оборудование предназначено для автоматического или ручного тушения пожара в помещениях путем орошения капельными водяными струями на расчетной площади здания. Дренчерное оборудование используют также для создания водяных завес в проемах дверей или окон, орошения отдельных элементов технологического оборудования и т. п. Такое оборудование применяют для пожароопасных объектов, где возможно быстрое распространение огня. При горении легковоспламеняющихся веществ и жидкостей дренчерное оборудование локализует пожар (сдерживает развитие очага пожара), позволяет пожарным приблизиться к очагу горения и предотвращает возможность распространения огня на соседние объекты. Устройство дренчерного оборудования схоже со спринклерным, только вместо спринклеров на распределительной сети установлены дренчеры (спринклеры без легкоплавкого замка) и автоматическое включение подачи воды осуществляется по команде пожарного извещателя, реагирующего на один из факторов, сопутствующих пожару (теплота, дым, пламя.
^ Стационарные установки локального действия используют для тушения загораний на отдельных участках технологических установок особо высокой пожарной опасности, когда применение спринклерно-дренчерного оборудования неэффективно. Эффект тушения в данном случае достигается мгновенной подачей большого количества воды в очаг пожара за короткий промежуток времени. Тушение пламени твердых горючих материалов и жидкостей в данном случае достигается в результате подачи распыленных или туманообразных водяных струй. Для образования таких струй используют специальные оросители, в которые вода подается под высоким давлением (до 1 МПа.
^ Установки водопенного пожаротушения применяют для тушения пламени легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. Наибольшее распространение эти установки получили в системах противопожарной защиты химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, где добывают и перерабатывают нефть и природный газ. Огнетушащим средством в таких установках является пена, которая получается из 4—6%-ного водного раствора пенообразователей. Пенные установки имеют спринклерное или дренчерное исполнение. По своему устройству они аналогичны стационарным установкам водяного пожаротушения. Отличие состоит в том, что спринклеры заменены оросителями пены, а дренчеры — генераторами пены. Кроме того, водопитатели пенных установок дополнительно оборудуют дозаторами для введения требуемого количества пенообразователя в поток воды.
^ 3.5 Установки лафетных стволов.
Лафетные установки применяют для подачи и управления водяными или пенными струями большой мощности. Для этой цели пожарные лафетные стволы большой производительности (до 100 л/с) устанавливают на специальных вышках, кровле зданий или площадках и подключают к специальному противопожарному водопроводу высокого давления.
Лафетные установки предназначены для тушения пожаров в складах лесо-, пиломатериалов, на технологическом оборудовании большой высоты (например, ректификационных и вакуумных колоннах нефтеперерабатывающих заводов), а также складах со сжиженным горючим газом. Для оперативной работы лафетного ствола предусматривается быстродействующая арматура включения и выключения подачи жидкости из водопровода.
Лафетные установки бывают с ручным и автоматизированным приводом. Приведенные выше схемы определяют лишь состав и взаимное расположение элементов системы водоснабжения. Размеры отдельных сооружений и установок, число и мощность насосов, вместимость резервуаров, высоту и вместимость водонапорных башен, диаметры труб рассчитывают в зависимости от расхода подаваемой воды и намеченного для них прогнозом режима работы.
Основным фактором, определяющим параметры работы элементов системы водоснабжения, является режим расходования воды потребителями, которых эта система обслуживает. В отличие от многих инженерных систем, рассчитываемых но заранее известным и заданным нагрузкам, системы водоснабжения должны учитывать непрерывно меняющийся режим водообеспечения, поэтому при проектировании систем водоснабжения необходимо точное прогнозирование водопотребления.
Для промышленных предприятий расходы воды на производственные нужды задают в соответствии с технологическим регламентом потребления воды. Сложнее прогнозировать водопотребление в населенных пунктах, так как расходование воды населением определяется рядом факторов, связанных с укладом жизни и трудовой деятельностью людей.
^ 4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НадежностИ работы систем противопожарного водоснабжения.
Надежная работа многофункциональных систем водоснабжения является важным условием бесперебойного водообеспечения пожарной техники и снижения ущербов от пожаров.
Многофункциональная система водоснабжения с точки зрения выбора номенклатуры показателей и оценки надежности является сложной технической системой. Эта система представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов, обеспечивающих выполнение заданных функций несколькими различными способами, отличающимися уровнями качества функционирования системы. Такими элементами в многофункциональной системе водоснабжения являются: водоисточник; станция водоочистки, насосные, подающие воду в водопроводную сеть, резервуары для храпения и регулирования подачи воды; водоводы и водопроводная сеть. Возможно и дальнейшее членение системы на детали, узлы, агрегаты, приборы и т. п. Однако приведенные деления системы на элементы в зависимости от способа выполнения заданной требованиями задачи в полной мере определяют состав элементов, одновременно выполняющих поставленную цель.
В результате отказов элементов системы ухудшается характеристика качества функционирования и соответственно снижается выходной эффект (полезный результат) системы, поэтому задачи надежности сводятся к выявлению влияния отказов элементов на качество функционирования и выходной эффект системы водоснабжения.
^ 4.1 Показатели оценки надежности системы водоснабжения.
Надежность системы водоснабжения характеризуется безотказностью — сохранением непрерывного состояния работоспособности в определенных условиях водообеспечения потребителей, ремонтопригодностью — приспособленностью системы водоснабжения к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов; долговечностью — продолжительностью сохранения состояния работоспособности с возможными перерывами на ремонт.
Рассчитать надежность противопожарного водоснабжения- это значит определить количественные показатели, характеризующие уровень качества бесперебойного водоснабжения потребителя системой. Для оценки надежности используют следующие показатели.
— вероятность безотказной работы (безотказного водоснабжения) за время ? — R ?.
— интенсивность отказов ?.
— интенсивность восстановления ? (показатель не учтен ГОСТом.
— наработку на отказ Т (средняя продолжительность безотказного водоснабжения.
— среднюю продолжительность восстановления ? в.
— параметр потока отказов ?.
а также коэффициенты готовности K г . простоя К п (показатель не учтен ГОСТом), технического использования К и . неисправности p=?/? (показатель не учтен ГОСТом) и некоторые другие.
Таким образом, показатели надежности различны: одни из них характеризуют состояние системы в определенный момент времени (вероятности безотказной работы), другие- в интервале времени (среднее число отказов за ресурс), одни — размерные (наработка на отказ), другие — безразмерные (коэффициент готовности.
Задачи надежности в зависимости от поставленных целей бывают двух типов. Первый тип задач — определение количественных характеристик надежности на основе технических показателей элементов систем и функциональных связей между ними, а также требований потребителей к качеству бесперебойного водообеспечения. Задачи этого тина ставят при оценке надежности на различных этапах проектирования, при сравнительной оценке вариантов систем или проверке обеспечения требуемого уровня надежности.
Второй тип задач представляет собой анализ надежности, который проводят для установления количественных показателей, оценивающих влияние отдельных факторов на комплексный показатель надежности системы. Исходные данные для расчета включают помимо данных, используемых в решении задач первого типа данные о приоритете водообеспечения отдельных объектов и показатели ущерба из-за ненадежности системы. В результате решения этой задачи возможна проверка обеспечения требуемого уровня надежности или обоснование его экономической целесообразности, а также выявление возможности оптимизации системы с учетом ее развития или изменения уровня бесперебойного водообеспечения.
Надежность системы определяют не только показатели надежности входящих в нее элементов и схема их соединения, но и наличие резерва функционирования. Важным вопросом при решении задач надежности является правильность деления системы на элементы с точки зрения соответствия тем функциям, которые они должны выполнять. Надежность системы водоснабжения определяется надежностью входящих в нее элементов, схемой их соединения, наличием резервных элементов, качеством строительства и эксплуатации системы. Применение высококачественных материалов и оборудования, качественное строительство и соответствие характеристик построенных сооружений характеристикам проектной документации обеспечивают надежность на стадии строительства.
В процессе эксплуатации надежность достигается своевременным текущим контролем за работой системы, правильным уходом за оборудованием, своевременным обнаружением, ликвидацией неисправностей и т. д. Для этого используют оптимальные методы технического обслуживания и ремонта, разработанные на основе анализа и обработки данных о надежности изделий по результатам эксплуатации. В процессе эксплуатации выявляют также ошибки и просчеты, допущенные во время проектирования и реализации проекта.
При проектировании систем необходимо проверять показатели надежности, для определения которых важно сформулировать требования, выбрать параметры и установить нормы заданного уровня качества бесперебойного водообеспечения. Работоспособность — состояние системы, при котором она способна обеспечивать заданный уровень качества бесперебойного водоснабжения потребителей, установленный требованиями или критическими условиями водообеспечения расчетных моделей.
Требования СНиП не устанавливают показателей надежности и не используют понятия и характеристики (выходные параметры) систем, дающие возможность перейти на показатели надежности. В то же время косвенными характеристиками для определения показателей надежного водообеспечения потребителей служат: нормы водообеспечения, суммарная производительность водопитателя, требования к бесперебойности подачи воды по водоводам и водопроводным сетям, требования к дублированию источников энергоснабжения насосных агрегатов, резервирование элементов сооружений, срок службы системы и т. п.
Говоря о «надежности противопожарного водообеспечения», имеют в виду не какую-то абстрактную надежность, а надежность водоснабжения потребителей во время пожара. В результате можно дать следующее определение надежности системы водоснабжения, представляющей собой комплекс водопроводных сооружений — это способность (вероятность) обеспечения бесперебойной подачи требуемого количества воды потребителю (близкого к оптимальному) с заданным напором в течение заданного срока службы. Надежность следует понимать в двух аспектах: качественном — свойство системы, включающей сооружения и потребителей (характер водообеспечения), и количественном — мера суждения об определенном состоянии системы водоснабжения (характеристика этой меры — показатель надежности.
Под «заданными функциями» в общем случае понимают регламентированные требования потребителей к бесперебойности водообеспечения. Когда эти функции выполняются системой по отношению к конкретному потребителю i . считается, что система находится в работоспособном состоянии (состоянии работы) по отношению к i . Следует отметить, что службы эксплуатации не осуществляют строгого контроля за соблюдением норм отбора воды для тушения пожаров, на которые рассчитана система. В результате чрезмерного отбора воды на противопожарные нужды отмечаются нарушения водоснабжения других потребителей или разрушение водопроводных труб из-за недопустимого повышения давления при гидравлических ударах, возникающих в результате повышенной водоотдачи водопроводной сети во время работы пожарных автонасосов. Таким образом, система в одном и том же состоянии может быть работоспособной по отношению к потребителю i и неработоспособной по отношению к потребителю j (состояние отказа по отношению к потребителю j ). Недостаточная надежность системы в этом случае приводит к ухудшению или нарушению нормального хозяйственно-питьевого водообеспечения, необходимого для естественного потребления воды и создания комфортных условий для населения. При рассмотрении вопросов надежности важным является понятие «состояние отказа», определяющего уровень качества бесперебойного водообеспечения и выход его за допустимый предел.
^ 4.2 Отказы систем водоснабжения.
Состояние отказа характеризует частичную или полную утрату качества функционирования. Система водоснабжения может находиться е состоянии полного или частичного отказа. Отказ — событие, при котором технологические показатели работы системы водоснабжения выходят за пределы сформулированного понятия работоспособности. Полный отказ — отказ, в результате которого система становится неспособной выполнять заданные функции Частичный отказ — отказ элементов системы, после которого система еще способна выполнять заданные функции.
К отказам относятся недопустимые отклонения параметров от требуемых значений водообеспечения, временные нарушения водообеспечения системой или выход системы из строя с полным прекращением подачи воды. Требуемое водообеспечение в данном случае представляет собой значение, минимизирующее приведенные капиталовложения, издержки эксплуатации и затраты на возмещение последствий от пожаров, вызванных нарушением бесперебойного водообеспечения за нормативный (заданный) срок службы системы. Видимо, оптимальному значению водообеспечения отвечает определенная вероятность или допустимый риск. Состояние отказа для систем водоснабжения может быть сформулировано как.
— любой кратковременный перерыв в подаче воды для тушения пожара; нарушение режима водообеспечения, заданного нормами расхода и напора воды, подаваемой для противопожарных нужд.
— перерыв в водоснабжении хотя бы одного потребителя.
— перерыв в водоснабжении части потребителей.
— полное прекращение водоснабжения потребителей.
— перерыв в водоснабжении на время, превышающее регламентированное для данной группы потребителей, и др.
В коммунальных системах водоснабжения отказы некоторых элементов не приводят к потере работоспособности системы в целом, но иногда являются заранее «запланированным» событием (профилактический плановый ремонт участков водопроводной сети; замена насосно-силового оборудования после установленного срока службы и т. п.
Таким образом, за меру надежности системы принимается вероятность случайного события, в результате которого за установленный срок эксплуатации не произойдет ни одною отказа. Отказы, вызывающие нарушение заданного режима водообеспечения при тушении пожаров (например, отказ пожарного гидранта, разрушение участка водопроводной сети и др.), могут произойти не только в результате аварий и повреждений отдельных элементов самой системы («внутренние» отказы водоснабжения — рис. 4.1, а), по и в результате воздействия внешних факторов («внешние» отказы водоснабжения — рис. 4.1, б.
Рисунок 4.1 – Схема отказов водопроводной сети.
а — «внутренний» отказ; б—«внешний» отказ.
1 — нарушение подачи воды при выходе из строя пожарного гидранта.
2 — нарушение водоснабжения при аварии участка сети.
3 — нарушение водообеспечения жителей города из-за снижения напора при чрезмерном отборе воды для тушения пожаров.
4 — нарушение санитарно-гигиенических условий водоснабжения (образование инфильтрации, вызванной разрежением в сети) в результате отбора воды при тушении пожаров.
За отказ системы водоснабжения на стадии ее расчета и проектирования понимается состояние, которое не может отвечать заданным требованиям, формализуемым с помощью критических условий водообеспечения на основе расчетных моделей. Вероятность отказа в этом случае является вероятностью выхода (выброса) за некоторый допустимый уровень. В системе водоснабжения, работающей в режиме пожаротушения, появление независимого события (отказа) характеризует вероятность того, что фактические параметры водопотребления превышают расчетные, определяемые требованиями нормативов. К этим параметрам относятся: расход воды для тушения пожара, продолжительность отбора в процессе тушения, продолжительность восстановления израсходованного при пожаре неприкосновенного запаса воды, одновременное число отборов при пожаре, график неравномерности водоотбора потребителей.
При рассмотрении сложного вероятностного процесса отбора воды для тушения пожаров важно установить оптимальную норму водообеспечения потребителя или отвечающий ей размер риска ? . Значение ? изменяется в пределах доверительного интервала, тем большего, чем менее точен прогноз капитальных затрат, издержек эксплуатации и возмещения ущербов от пожаров. Кроме того, значение ? меняется со временем. Состояние, характеризующее нарушение расчетною водообеспечения конкретного потребителя, может быть представлено следующим образом. Пусть система водоснабжения обеспечивает потребителей водой в соответствии с заданными графиками режима потребления воды по часам суток, дням недели и сезонам года и находится в N различных состояниях. Множество состояний N разобьем на два подмножества Подмножество N Ri — совокупность состояний, в которых потребитель i имеет связь хотя бы с одним источником системы (система связана в данном состоянии), а подмножество N Qi —совокупность состояний, в которой таких связей нет (система не связана). Состоянию системы в точке i соответствует определенная водоотдача Ф( q ij ) . характеризующая в данной точке качество бесперебойного водообеспечения, которое зависит от пропускной способности элементов изменения напора воды в водопроводной сети и подачи водоисточника в данном состоянии. В некоторых случаях на качество бесперебойного водообеспечения значительно влияет процесс водопотребления более ответственными потребителями системы, чем потребитель i.
В общем случае характеристика качества бесперебойного водообеспечения имеет следующий вид.
В коммунальной системе водоснабжения возникновение отказов даже достаточно большого числа элементов или значительные отклонения эксплуатационных показателей от заданных (например, снижение напора в водопроводной сети, уменьшение запасов воды в резервуарах, авария на отдельных участках сети и др.) не должны приводить к полному выходу ее из строя, а лишь к снижению уровня качества бесперебойною водообеспечения.
