ECHNICKÝ AUDI VODÁRENSKÝCH DISRIBUČNÍCH SYSÉMŮ Ig. Ladislav uhovčák, CSc. 1), Ig. omáš Kučera 1), Ig. Miroslav Svoboda 1), Ig. Miroslav Šebesta 2) 1) 2) Vysoké učeí techické v Brě, Fakulta stavebí, Ústav vodího hospodářství obcí Žižkova 17, Bro, e-mail: tuhovcak.l@fce.vutbr.cz Stavoreal s. r. o. Brěská 270, 669 42 Bro ABSRAK říspěvek popisuje implemetaci metody FMEA při techickém auditu jedotlivých subsystému dopravy vody u veřejých vodovodů. Jedá se o čerpací staice, vodojemy a vodovodí řady. V příspěvku budou prezetováy i kokrétí příklady implemetace této metody. MEODA FMEA Obecě platí, že poruchy aebo způsoby poruch libovolého prvku egativě ovliví fukci systému. Všeobecě je FMEA (Failure Mode ad Effects Aalysis) metodou aalýzy spolehlivosti, která umožňuje idetifikaci poruch s výzamými důsledky ovlivňujícími fukci systému a jeho prvků. FMEA je jedou z metod používaých i při aalýze rizik. Jde o strukturovaou kvalitativí aalýzu sloužící k idetifikaci způsobů poruch systémů, jejich příči a důsledků. ři aalýze metodou FMEA jsou způsoby poruch klasifikováy, kdy klasifikace může mít charakter prostého výčtu ejobecějších způsobů poruch, které umožňují zařazeí téměř každého způsobu poruchy do jedé ebo ěkolika málo kategorií. K provedeí techického auditu (A) metodou FMEA je uté staovit techické ukazatele (U) pro jedotlivé subsystémy zásobováí vodou (vodovodí řady, vodojemy, čerpací staice). ro každý techický ukazatel jsou podrobě defiováy postupy jeho staoveí, vstupí data, fyzikálí rozměr a způsob prezetace. Každý ukazatel je prostředkem k moitorováí a vyjádřeí (vyčísleí) jeho provozí účiosti, efektivity, resp. techického stavu. Na základě dosažeých a vypočteých hodot techických ukazatelů je provedeo zatříděí posuzovaých prvků sítě do jedotlivých kategorií. ro každý ukazatel lze pro potřeby srovávací aalýzy astavit ásledující kategorie jeho hodoceí: K1 (velmi dobrá) optimálí stav příslušého ukazatele, evyžaduje žádá opatřeí vedoucí ke změám hodot tohoto ukazatele, K2 (dobrá) ízká míra rizika příslušého ukazatele techického stavu a rověž evyžaduje žádá zásadí opatřeí; K3 (průměrá) jedá se o průměré hodoty příslušého ukazatele, které evyžadují okamžitá řešeí; K4 (kritická) kritické hodoty příslušého ukazatele. o zameá, že by měla být realizováa případě pláováa opatřeí a řešeí tohoto stavu; K5 (evyhovující) ežádoucí stav, který vyžaduje dle možostí provozovatele okamžité řešeí, které povede k dosažeí lepších hodot příslušého ukazatele. 173
VODOVODNÍ ŘADY ři hodoceí vodovodích řadů je vhodé, pokud to provozí evidece a stávající dokumetace vodovodu umožňuje, vyčleit a samostatě hodotit hlaví distribučí systém (gravitačí i výtlačé přiváděcí a zásobí řady) HDS a rozvodou síť RS. U velkých vodáreských systémů se doporučuje rozdělit RS a meší prvky (samostatý vodovod, tlakové pásmo, měřící okrsek). Každý z těchto prvků je hodoce za využití avržeých techických ukazatelů. y se volí s ohledem a rozsah a dostupost potřebých podkladů. ro hodoceí techického stavu HDS avrhujeme ásledující techické ukazatele: U 1 - stáří trubího materiálu vodovodího řadu U 2 - hydraulická kapacita U 3 - vliv a kvalitu vody U 4 - protirázová ochraa řadu ro hodoceí techického stavu RS avrhujeme ásledující techické ukazatele: U 5 - stáří trubího materiálu vodovodí sítě U 6 - poruchovost vodovodích řadů U 7 - ztráty vody U 8 - tlakové poměry U 9 - vliv a kvalitu vody ro jedotlivé ukazatele jsou avržey tabulky s vymezeím mezí jedotlivých kategorií. Hodota techického ukazatele pro daý celek je pak porováa s avržeými hodotami mezí z čehož vyplye ohodoceí daého prvku. Souhré hodoceí je přehled hodoceí jedotlivých přiváděcích řadů HDS a jedotlivých zásobích pásem RS. řitom je možo staovit i jedié souhré hodoceí techického stavu S posuzovaé části distribučího systému podle vztahu S = U. (1) 1 i Wi že kde - celkový počet použitých ukazatelů, U i - je hodota v rozmezí 1 až 5 dle hodoceí příslušého techického ukazatele U, (1 pro hodoceí K1, 5 pro hodoceí K5) W i - je váha přiřazeá příslušému ukazateli U i a přitom platí, 1 W = 1 (2) i říklady možého souhrého hodoceí techického stavu jedotlivých zásobích pásem RS jsou uvedey v ásledující tabulce č.1. Obdobě se postupuje i při hodoceí hlavího distribučího systému HDS. 174
ab. 1 říklad souhrého hodoceí techického stavu RS Ozačeí a popis vodovodí sítě Celková délka sítě (m) U 5 U 6 U 7 U 8 U 9 stáří poruchovost ztráty vody tlakové kvalita poměry vody váha ukazatele Wi 0,2 0,2 0,2 0,2 0 Výsledé hodoceí techické ho stavu K4 K2 K3 K4 N/A K3 K4 K3 K4 K5 N/A K4 K2 K2 K2 K1 N/A K2 Hodoceí N/A zameá, že ohodoceí podle tohoto ukazatele ebylo realizováo. VODOJEMY ro hodoceí techického stavu vodojemů, byla v rámci diplomové práce [3] vytvořea softwarová aplikace AWA.xls (echical Audit of WAter aks) v programu Microsoft Excel. rogram obsahuje 11 barevě odděleých pracovích listů. Návod pro uživatele je uvede a prvím z listů. Samotému hodoceí pak předchází systematické utříděí vstupích dat, které je provedeo a druhém až čtvrtém listu. Jedá se o tzv. idetifikačí údaje IÚ (viz. tabulka č. 2). átý až desátý list provádí hodoceí techických ukazatelů. echické ukazatele hodoceí techického stavu vodojemu jsou rozděley do skupi rovozích ukazatelů echických ukazatelů stavu stavebích částí vodojemu A echický ukazatel stavu akumulačích ádrží M echický ukazatel stavu armaturí komory U Celkový stav vodojemu Každý ukazatel se skládá z ěkolika dílčích ukazatelů, pro které jsou podrobě uvedey postupy jejich staoveí, fyzikálí rozměr a způsob prezetace. Na závěr je a základě avržeé metodiky uvedeo celkové hodoceí vodojemu (U). odle metodiky FMEA je každý ukazatel rozděle opět do pěti kategorií K1 až K5 o hodotách h j j =1, 5, a proto se musí určit meze podle ichž se bude přiřazovat každému ukazateli ohodoceí příslušou kategorií. yto meze mohou být popsáy matematicky ebo slově. Dále je možo každému ukazateli přiřadit váha (důležitost) W i i = 1, za podmíky, že součet těchto vah bude rove 1. Jedotlivým provozím ukazatelům i, kde i = 1,., se přiřadí váha W i, kde i = 1,. a zařadí se do kategorie K1 až K5 o hodotách h ij,. ak pro výsledou hodotu posuzovaého provozího ukazatele H musí platit: H 1 = ij 1, h * Wi (3) Wi = 1 (4) 175
Výsledá hodota Hp se posoudí s ohledem a avržeé meze jedotlivých kategorií a výsledem je fiálí hodoceí příslušého ukazatele s uvedeím hodotící kategorie, apř. K2. Stejé vzorce platí i pro ukazatele H A, H M. ro H pak platí: H = H W + H W (5) A A M M W W A + W = 1 (6) = M A pro výsledé celkové hodoceí techického stavu vodojemu pak platí: H U = H W + H W (7) W W + W = 1 (8) = Idetifikačí údaje - IÚ Slouží jako základí iformace o hodoceém vodojemu, ale i jako zdrojová data pro vlastí výpočet ebo vyjádřeí provozích ukazatelů. Dostupost a spolehlivost těchto dat ovlivňuje počet a věrohodost staoveých provozích ukazatelů posuzovaého vodojemu. Sezam základích idetifikačích údajů I je uvede v ab. 2 ab. 2 Idetifikačí údaje vodojemu oz. zkratka ázev idet. udaje vyjádřeí jedotky I 1 Ac Celkový využitelý objem vodojemu - m 3 I 2 Ah rovozí zásoba vodojemu - m 3 I 3 Ap ožárí zásoba vodojemu - m 3 I 4 Ar Zásoba pro případ poruchy - m 3 I 5 Spa ůdorysá plocha akumulačích ádrží - m 2 I 6 Hmax Maximálí hladia - m..m. I 7 Hmi Miimálí hladia - m..m. I 8 Hpmax Maximálí provozí hladia - m... I 9 Hpmi Miimálí provozí hladia - m..m. I 10 Qpr růměrá ročí spotřeba - m 3 /d I 11 Qmax Maximálí deí spotřeba - m 3 /d I 12 Qmi Miimálí deí spotřeba - m 3 /d I 13 p lak v ejižším bodě sítě - Mpa I 14 pv lak v ejvyšším bodě sítě - Mpa I 15 pd lak v ejvzdáleějším a ejvýše položeém bodě - Mpa I 16 tč Doba čerpáí (přítoku) do vodojemu - hod. I 17 r Rok dokočeí výstavby vodojemu - rok 176
rovozí ukazatele - Hlavím cílem ávrhu těchto ukazatelů je schopost vypovídat o provozích stavech ve vodojemu, které mohou ovlivit jak dodávku vody do spotřebiště, a ztráty vody, tak áklady a provoz vodojemu. Na základě vyhodoceí těchto ukazatelů může provozovatel avrhout potřebá opatřeí. ab. 3 Ukázka hodoceí provozích ukazatelů kokrétího VDJ oz. ázev vyjádřeí jedotky váha hodoceí 1 rovozí zásoba vodojemu ku Q max 108,48 % 0,15 K5 2 Maximálí doba zdržeí při Q mi 99,05 hod 0,13 K5 3 Doba zásobeí při požáru 1,94 hod 0,13 K2 4 Miimálí doba zásobeí při poruše 7,98 hod 0,13 K2 5 růměrá doba zásobeí při poruše 9,58 hod 0,13 K3 6 osouzeí max. tlaku v ejižším bodu v síti 0,50 Ma 0,13 K1 7 osouzeí mi. tlaku v ejvyšším bodu v síti 0,16 Ma 0,04 K3 8 osouzeí mi. tlaku v ejvzdáleějším bodu v sítě 0,10 Ma 0,04 K4 9 Celková zásoba vodojemu ku Q max 165,08 % 0,11 K5 10 Miimálí doba zdržeí 39,62 hod 0,02 K5 11 Miimálí hodiový odtok ku Q pr - % 0 - VDJ Horka 2x/100 m 3 max.hl. 432,00 rovozí ukazatel stavu vodojemu K4 echické ukazatele stavu stavebích částí vodojemu Hlavím cílem těchto ukazatelů je prezetace a ohodoceí techickém stavu stavebích částí vodojemu ( armaturí komora, akumulačí ádrže). Součástí tohoto hodoceí může být i vložeá fotodokumetace, popřípadě vyjádřeí statika ebo jiých odboríků a jedotlivé stavebí části. ro každý avržeý ukazatel je uvede popis každé z pěti kategorii, který eí pro uživatele závazý, ale apovídající pro jeho zařazeí. Vždy se může libovolě rozhodout o přiřazeí té či oé kategorie podle kriterií pro ěj ejdůležitějších. ab. 3 říklad hodoceí stavu akumulačí ádrže techickými ukazateli A oz. ázev vyjádřeí jedotky váha hodoceí A 1 Stav stropí kostrukce - - 0,156 K3 A 2 Stav stěových kostrukcí - - 0,133 K3 A 3 Stav da - - 0,111 K4 A 4 Stav střeší kostrukce - - - - A 5 Stav potrubí - - 0,133 K3 A 6 Stav odvětráí - - 0,156 K3 A 7 Stav bezpečostího přepadu - - 0,111 K2 A 8 Stav vstupu do akumulačí ádrže - - 0,044 K3 A 9 Stav žebříku v akumulačí ádrži - - 0,089 K1 A 10 Stav kalové jímky - - 0,067 K2 A VDJ Horka 2x/100 m 3 max.hl. 432,00 echický ukazatel stavu akumulačí ádrže K3 177
Celkový stav vodojemu U ab. 4 říklad celkového hodoceí techického stavu vodojemu U Celkové hodoceí vodojemu VDJ Horka 2x/100 m 3 max.hl. 432,00 váha hodoceí rovozí ukazatel stavu vodojemu 0,45 K4 echický ukazatel stavu stavebí části VDJ 0,55 K3 váha hodoceí A echický ukazatel stavu akumulačí ádrže 0,5 K3 M echický ukazatel stavu armaturí komory 0,5 K3 U Celkový stav vodojemu K3 ČERACÍ SANICE Hodoceí čerpacích staic se skládá ze strukturovaého slovího popisu a kriteriálího hodoceí. Strukturovaý popis čerpací staice se provádí pomocí tzv. katalogového listu. eto dokumet je vytvoře pro přehledý zázam získaých dat o posuzovaé čerpací staici. Dělí se a šest částí. V prví části jsou uvedey základí iformace o čerpací staici z pohledu zařazeí do systému zásobováí vodou. Druhá část se týká popisu stavebího objektu a vybaveí čerpací staice. řetí část popisuje techologické vybaveí čerpací staice (čerpadla, potrubí, ) a systém řízeí ČS. Ve čtvrté části jsou prezetováy základí charakteristiky istalovaých čerpadel. V páté části je možost vložeí schematu systému zapojeí čerpadel, která je většiou převzata z dispečiku. osledí část se týká fotodokumetace. Kriteriálí hodoceí je založeé opět a metodě FMEA, prováděé pomocí zvoleých techických ukazatelů (U), které jsou voley s ohledem a dostupost potřebých podkladů. Navrhovaé ukazatele jsou uvedey v tabulce č. 5. ab. 5 echické ukazatele pro hodoceí čerpacích staic U1 Stáří stavebího objektu U6 Stáří trubího materiálu U2 osouzeí stavu objektu U7 racoví bod čerpadla U3 Opotřebeí čerpadla U8 Stáří armatur U4 Účiost čerpadla U9 Řízeí čerpadel U5 Doba čerpaí ostup hodoceí je obdobý jako u vodojemů. ro každý ukazatel jsou staovey meze podle ichž je přiřazeo hodoceí daému ukazateli. Celkové hodoceí čerpacích staic je provedeo podle stejého matematického postupu jako v případě techického hodoceí vodovodích řadů. Na ukázku byl zvole ukazatel U4 účiost čerpadla. Vstupími daty pro teto ukazatel je dopravovaé možství a dopraví výška čerpadla. Hodoceí tímto ukazatelem je založeo a ověřeí účiosti jedotlivých čerpadel. rotože účiost jedotlivých čerpadel se liší, jsou meze vyjádřey procety z účiosti. Například: kategorií K1 jsou hodocea čerpadla jejichž účiost při reálém pracovím bodu čerpadla se pohybuje ad 95% teoretické maximálí účiosti čerpadla uváděé výrobcem. Na obrázku č.1 je zázorě příklad rozložeí mezí pro ukazatel účiost čerpadla. 178
25 70 η max K1 20 K4 K3 K2 60 K5 50 15 40 H [bar] 10 30 η [%] 20 5 10 0 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Q [l/s] Q-H hraice mezí olyomický (účiost) Obr. 1 Rozložeí mezí pro ukazatel účiost čerpadla ZÁVĚR ředložeá metodika hodoceí techického stavu vodovodů a jeho jedotlivých základích prvků umožňuje uživateli provést ohodoceí jedotou, jedoduchou a prezetačě srozumitelou metodou. Umožňuje provést základí srováí techického stavu více vodovodů provozovaých jedím provozovatelem a může být základím podkladem při rozhodováí o kokrétích provozě techických opatřeích a prioritách při tvorbě pláů obovy a rekostrukcí. LIERAURA [1] UHOVČÁK, L., KUČERA,., RUČKA, J., SVOBODA, M.: Geerel zásobováí města lzě pitou vodou, Vysoké učeí techické v Brě, Bro, 2005 [2] ČSN IEC 812, Metoda aalýzy spolehlivosti systému ostup aalýzy způsobů a důsledků poruch (FMEA) [3] Šebesta, M.: Metodika hodoceí techického stavu vodáreských distribučích systémů, diplomová práce a ÚVHO FAS VU v Brě, 2006, Bro [4] Vodojemy 2006, sborík příspěvků, koferece Vodojemy 2006, 21. září ve Vyškově [5] ump Life Cycle Costs. Hydraulic Istitute, Europump, U.S. Departmet of Eergy s Office of Idustrial echologies, 2001. 179