Ciekawostki ze Świata Wody

Jedną z częściej pojawiających się awarii sieci wodociągowej jest wyciek wody do gruntu. Jest to awaria powodowana najczęściej przez nieszczelność danej sieci. Może być ona wynikiem nie tylko wieku rurociągu, ale również korozji, pojawiającymi się wahaniami ciśnienia, mechanicznymi uszkodzeniami czy też niskimi temperaturami oraz niewłaściwymi warunkami gruntowymi. Każda z tych awarii może pojawić się na dowolnym odcinku. Największym problemem jest trudność ich zlokalizowania. Do tego celu powołuje się specjalne zespoły diagnostyczne, których zadaniem jest regularne monitorowanie wyznaczonych odcinków sieci wodociągowych i reagowanie na pojawiające się nieprawidłowości.
Systemem pozwalającym na ich lokalizację i naprawę jest samopływający system do lokalizacji wycieków oraz poduszek powietrznych. Jest on złożony z takich elementów jak: wewnętrzna kamera i sensory akustyczne, sensor do pozycjonowania, transponder akustyczny, procesor pamięci wraz z baterią, a także sprzęt do wprowadzania oraz wyprowadzania urządzenia z wybranego rurociągu i odpowiedni lokalizator.
Mechanizm jest wprowadzany do rurociągu pod ciśnieniem. Może przemieszczać się wzdłuż rurociągu niesiony przez wodę. W czasie drogi urządzenie zapisuje wszystkie szumy. Ewentualne wycieki rejestruje się w czasie analizy danych, które zostały zarejestrowane przez zamontowany w urządzeniu sensor, na koniec badania. Chcąc złapać urządzenie i wyciągnąć je z rurociągu, w którym przebywa stosuje się specjalną siatkę.
Długość rurociągu, która może być zbadana jednorazowo uzależniona jest od wartości osiąganego przepływu w rurociągu. Minimalna średnica analizowanego rurociągu to DN 150, przy zakładanej minimalnej prędkości przepływu na poziomie 1m/s. Konieczne jest tutaj wyznaczenie dwóch punktów dostępu, dzięki którym możliwe jest nie tylko wprowadzenie urządzenia, ale również wyciągnięcie go po zakończeniu badania. Miejsce powinno być wybrane w taki sposób, aby możliwe było bezproblemowe wyciągnięcie urządzenia – bez dodatkowego ryzyka ewentualnego uszkodzenia systemu.
Urządzenia te mogą być wykorzystywane w praktycznie każdym typie materiałów, z których została zbudowana dana sieć wodociągowa. Nie ma tutaj większych ograniczeń. Nawet w trudnych warunkach jest w stanie wykryć wyciek o wydatku do 6 dm/h. Cała dokładność danego urządzenia wynosi 3 m. Celem przeprowadzenia badań należy przede wszystkim zamknąć wszystkie przyłącza i występujące odejścia. W ten sposób możliwe jest odpowiednie nakierowanie sensora w konkretny rejon sieci wodociągowej. Dodatkowo również pozwala na określenie w jaki sposób będzie się on przemieszczał i jaki obszar będzie analizował.

Ciekawym rozwiązaniem technologicznym, które pozwala na wykrywanie awarii i pojawiających się wycieków w sieci wodociągowej jest stosowanie metody iniekcji gazu. Sprowadza się ona przede wszystkim do tego, że do rurociągu – pustego albo znajdującego się pod ciśnieniem wprowadzany jest gaz znacznikowy. Jeśli w sieci wodociągowej pojawiają się jakiekolwiek nieszczelności może wydostawać się na zewnątrz. Jednocześnie analizowane jest stężenie gazu przy użyciu analizatora używanego na trasie rurociągu. Należy podkreślić, że analizator używany jest na powierzchni gruntu.
Gazy znacznikowe, które wykorzystuje się do analizowania nieszczelności rurociągów muszą cechować się odpowiednimi właściwościami. Do najważniejszych z nich zalicza się przede wszystkim: stałą i niską koncentracją w atmosferze. Dodatkowo również muszą być zdecydowanie lżejsze niż powietrze i muszą charakteryzować się wysoką stałą dyfuzją i brakiem jednoznacznej aktywności fizjologicznej. Muszą również być zatwierdzone do możliwości kontaktu z wodą pitną. Musi być bowiem bezpieczny dla ludzi i nie powodować żadnych dodatkowych szkód czy problemów.
Na chwilę obecną, najczęściej, do tego celu stosuje się dwa gazy. Jeden z nich to wodór (z domieszką ok. 5% azotu) jak również hel. Należy tutaj podkreślić, że hel to nie gaz wybuchowy, dzięki czemu można stosować tutaj znacznie wyższe stężenia. To z kolei powoduje, że gaz znacznie dłużej utrzymuje się w gruncie, a tym samym oddziałuje na efektywność metody. W przypadku wodoru, który jest najlżejszym gazem mamy do czynienia z mniejszą lepkością. W ten sposób możliwa jest o wiele lepsza dyfuzja w rurociągu oraz w gruncie. Z uwagi na pojawiające się znaczne różnice w cenie najchętniej wykorzystywanym rozwiązaniem jest jednak wodór. Natomiast hel i możliwość lokalizowania wycieków w wodociągach w ten sposób jest usługą, którą najczęściej świadczy producent danej technologii.
Omówiony tutaj system może być wykorzystywany w odniesieniu do każdego typu wodociągu (niezależnie od materiału, z którego został wykonany) oraz każdej średnicy rurociągów (w tym również do sieci teletechnicznych). Należy tutaj jednak podkreślić, że w przypadku kiedy rurociąg ma średnicę większą niż 1000 mm metoda może być zdecydowanie mniej ekonomiczna. Wynika to z konieczności wtłoczenia znacznie większej ilości gazu. W technologii należy również znać kierunek przepływu wody. Ważne jest, aby oddzielić badany obszar od innych. Tylko poprzez odcięcie innych dopływów możliwe jest zagwarantowanie, by gaz nie przedostawał się w innych kierunkach.

Jednym z najczęściej stosowanych urządzeń pozwalających na wykrywanie awarii sieci wodociągowych takich jak wycieki są systemy stacjonarne. Urządzeniem takim są m.in. loggery szumu. Jest to urządzenie akustyczne, które umiejscowione jest na uzbrojeniu danej sieci wodociągowej, a które programuje się na rejestrowanie natężenia oraz częstotliwości pojawiających się szumów w godzinach, w których odnotowuje się najmniejsze rozbiory (zwykle jest to czas między 2 a 4 w nocy).
Można wyróżnić trzy zasadnicze rodzaje loggerów. Jednym z nich logger podstawowy. Jest on wyposażony jedynie w odpowiednią sygnalizację świetlną, która wysyła informację o możliwości wystąpienia (czy też zarejestrowaniu) szumów awaryjnych. Urządzenie to jest na tyle proste w budowie, że po wykryciu ewentualnej awarii nie ma możliwości żaden sposób wyeliminowania pojawiających się zakłóceń. Dlatego też konieczne jest przeprowadzenie dodatkowego osłuchu całego uzbrojenia celem przeprowadzenia weryfikacji zarejestrowanego szumu oraz pomiaru przeprowadzonego przy użyciu korelatora czy też geofonu, a który stosuje się na wybranym odcinku wodociągu, celem wskazania miejsca pojawienia się wycieku.
Drugi rodzaj loggera posiada funkcję weryfikacji. Dzięki temu, urządzenie może rejestrować poziom oraz częstotliwość szumu, przez co możliwe jest wyeliminowanie pojawiających się zakłóceń. Dochodzi tutaj jednak do konieczności przeprowadzenia domiaru, przy użyciu korelatora czy też geofonu. To pozwoli na doprecyzowanie miejsca pojawienia się wycieku.
Ostatni typ loggera wyposażony jest nie tylko w funkcję weryfikacji, ale również korelacji. Oznacza to, że po tym jak nastąpi weryfikacja zarejestrowanych szumów można przeprowadzić korelację między sąsiednimi loggerami. To z kolei pozwoli na precyzyjne określenie miejsca pojawienia się awarii. Nie trzeba tutaj stosować dodatkowo korelatora czy też geofonu.
W zależności od typu loggera może być on również wyposażony w możliwość komunikacji SMS, a także przesyłania zarejestrowanych danych przy użyciu 3G lub 4G czy też GPRS i Local Radio.
Rozwiązaniem najnowszym jest stacjonarny system przeznaczony do wykrywania wycieków na sieci wodociągowej (AMI). Składa się on nie tylko z loggerów szumu wyposażonych w funkcję korelacji i weryfikacji i moduł radiowy, ale również nadajnik, odbiornik i specjalne oprogramowanie pozwalające na przeprowadzanie analiz. Dzięki niemu wszelkie awarie wykrywane są niemal natychmiast po zlokalizowaniu szumów. Jednocześnie, system pozwala na precyzyjne określenie miejsca wystąpienia awarii.
Hydrofony to kolejna technologia, która wykorzystywana jest do usuwania awarii związanych z pojawiającymi się wyciekami w sieci wodociągowej.
Jest to urządzenie, które montuje się na hydrantach, a które w swoim działaniu wykorzystuje działanie echosondy. Wytwarzane przez urządzenie odpowiednie uderzenia hydrauliczne wprawiają w drgania rurociąg (powstaje tzw. rezonans). Instalacja powinna być wypełniona wodą, co oznacza, że nie trzeba przeprowadzać jej usunięcia czy zamknięcia całego kanału. Wygenerowana w ten sposób fala ciśnienia przesuwa się w ramach danego odcinka rurociągu. Następnie jest odbijana przez występujący w danym miejscu wyciek. Można go wyznaczyć w oparciu o odpowiednie zarejestrowanie czasu odbicia fali. Jeśli żadnego wycieku nie ma echo jest niewykrywalne.
W przypadku kiedy w danym odcinku rurociągu pojawia się wyciek, poza rezonansem pojawia się także dodatkowy impuls. Jest to wspomniane wcześniej echo z wycieku. Przemijający w ten sposób wyciek przemieszcza się wzdłuż rurociągu – na różne strony, aż do momentu jego całkowitego wygaśnięcia. Celem określenia konkretnego miejsca powstania wycieku kluczowe jest jednak wychwycenie pierwszego odbicia.
Omawiane tutaj urządzenie, najlepiej sprawdza się w przypadku rurociągów zbudowanych z różnego rodzaju tworzyw sztucznych, a także rurociągów magistralnych jak również przesyłowych, mających duże średnice. Dodatkowo również mogą być wykorzystywane na długich odcinkach, gdzie nie ma uzbrojenia czy też w miejscach, które cechują się występowaniem wysokiego natężenia szumu (który pochodzi z otoczenia). Doskonale zatem sprawdza się w dużych miastach, gdzie poziom zakłóceń zewnętrznych jest bardzo duży, a przez to znacznie trudniej jest zastosować inne rozwiązania. W ten sposób można przeanalizować większe odcinki danej sieci. Przekaz jest także znacznie czytelniejszy. Co więcej, dzięki temu, że może on działać w wodzie oznacza, że awaria może być wykryta przy jednoczesnym zminimalizowaniu ewentualnych utrudnień dla mieszkańców danego regionu i użytkowników sieci wodociągowej. Ten ostatni argument bywa często najważniejszy. Okazuje się bowiem, że wystąpienie takiej awarii oraz jej zlokalizowanie i usunięcie jest najbardziej obciążające dla użytkowników danej sieci, którzy muszą zmagać się z przerwami w dostawie wody. Te z kolei, mimo podjęcia odpowiednich środków zaradczych nie zawsze spełniają wszystkie oczekiwania i potrzeby. Dlatego też stosowanie rozwiązań pozwalających na minimalizowanie wszelkich niedogodności wydaje się jak najbardziej rozsądnym rozwiązaniem.