Regionális vízellátás Magyarországon

Az előadások a következő témára: "Regionális vízellátás Magyarországon"— Előadás másolata:

1 Regionális vízellátás Magyarországon

2 Okok Vízigények növekedése, életforma váltás
Térben és időben Nagyvárosok, lakótelepek Iparvidékek Üdülőterületek Felszínközeli vízbázisok elszennyeződése Ammónium, nitrát EU követelmények Arzén, ammónium, vas, mangán, stb.

3 Következmények Ipari fejlesztési területek (Északmagyarország, Dunántúl) Nagyvárosok (Miskolc, Debrecen, Pécs) Üdülőterületek (Balaton, Dunakanyar)

4

5 ÉRV Rt. Mihálygerge Hasznos Lázbérc Köszörűvölgy Lázbérc Csórrét

6 ÉDV Rt.

7 DRV Rt.

8

9

10 Regionális vízközmű rendszerek tervezése

11 Regionális rendszerek tervezése
Célok Fogyasztói igények Ellátási kötelezettségek Költséghatékonyság Alapadatok Meglévő állapot Fogyasztási, terhelési trendek Módszerek Igény prognózis Szállítási útvonal alternatívák Műszaki megoldás az egyes alternatívákra A műszaki megoldások költségeinek meghatározása

12 Hosszútávú tervezés A tervezés céljai
Költéség hatékonyság (befektetés – eredmény) Beruházási költségek Üzemeltetési költségek Bevételek Megtérülés (+haszon !) A számítások problematikája abból adódik, hogy az egyes költségek és bevételek időben eltérő módon, illetve tendenciával jelentkeznek Vigyázzunk arra, hogy ezt különböző megközelítésből értelmezik Tulajdonos (minél olcsóbban) Üzemeltető (minél jobbat) Befektető (mindkettő) A tervező ezekhez képest elfogulatlan, kívülálló kell legyen A manipulációk és félreértések elkerülésére a számításokat mindig egy meghatározott időszakra, időtávlatra célszerű elvégezni !

13 Hosszútávú tervezés Alapadatok Meglévő állapot
Meglévő rendszerek állapotának felvétele Termelő-, Szállító-, Tároló kapacitások felmérése Üzemeltetési adatok, trendek elemzése Termelési adatok elemzése – évszakos változások Igényprognózisok alapadatai, fajlagos fogyasztások Fogyasztási adatok elemzése (díjszámlázás) Veszteség elemzés

14 Hosszútávú tervezés Távlati igények, igényprognózis
Település fejlesztési tervek Lakossági igények Lakosszám Fajlagos igény prognózis Ipar, nagyfogyasztók esetében egyedi prognózis Veszteség prognózis

15 Hosszútávú tervezés Igény trendek alapján termelési kapacitás fejlesztési alternatívák készítése

16 Hosszútávú tervezés Ellátási változatok
Vízigények (Qdmax, Qdátl, Qdmin) Betáplálási alternatívák (A,B,C) Szállítási útvonal alternatívák (1,2,3) Qdmax-A-1 Qdátl-A-1 Qdmin-A-1 Stb. Műszaki megoldás az egyes változatokra Azonos időhorizonthoz tartozó változatok A műszaki megoldások költségeinek meghatározása

17 Hegyköz

18 Működési séma

19 Vízkormányzási stratégiák

20 Hegyköz

21 Hidraulikai alapfogalmak
Folytonosság - Q = Ai * vi a vizsgált szakaszon folyadék nem keletkezik, vagy vész el, oldalról sem hozzáfolyás, sem elfolyás, valamint a szakaszon tározódás vagy ürülés nincsen. Az a folyadékmennyiség, azaz Q hozam, amely a szakaszra belép, azon végig is halad és onnan ki is lép. Bernoulli-egyenlet: A geodéziai és nyomásmagasság a mozgó folyadék helyzeti energiáját adja meg, míg a sebességmagasság a mozgási energiára utal. A geodéziai és sebességmagasság a mozgó folyadék saját energiája, míg a nyomásmagasság a környezetből származó külső, "kölcsönzött" energia. Ha a vizsgált szakasz mentén a meghatározzuk az összes energiatartalmat (Z+p/+v2/2g) összekötő vonalat, az energiavonalat kapjuk. Amennyiben ezen összegzésből a sebességmagasságot kihagyjuk, és csak a helyzeti energiára utaló Z+p/ tagokat vesszük figyelembe, a nyomásvonalat kapjuk

22 Hidraulikai alapfogalmak
Energiaveszteségek Surlódási veszteség Részben a mozgó folyadék és a csőfal közötti, részben a folyadék belső súrlódásából ered. Az áramlás teljes hossza mentén hat, nagysága a mozgás irányában fokozatosan nő. Helyi energia veszteség Az okozza, hogy valamely csőszerelvény lokálisan megváltoztatja az áramlás sebességének nagyságát vagy irányát, esetleg mindkettőt.

23 Hidraulikai alapfogalmak
Cső-surlódási tényező  Lamináris áramlás esetén =64/Re Turbulens áramlás esetén - Colebrook-White képlet Moody diagramm

24 Hidraulikailag hosszú és rövid csővezeték
Hidraulikailag hosszú csővezeték Ha egy csővezetéket jelentős hossz és viszonylag kevés szerelvény jellemez, a csőfal menti súrlódási veszteség nagyságrendekkel nagyobb lehet, mint a helyi veszteségek összege, hL,s >> hL,h. Ekkor a hL,h helyi veszteségek elhanyagolhatók, a cső hidraulikailag hosszúnak tekinthető. Ez esetben gyakran a sebességmagasság figyelembe vételétől is el lehet tekinteni. Hidraulikailag rövid csővezeték Ha a kétféle veszteség nagyságrendje közel azonos, hL,s  hL,h , a helyi veszteségek nem hagy­hatók figyelmen kívül.

25 Hidraulikai méretezés
Vezeték átmérők meghatározása Q – 20 órás szivattyúzással számított vízszállítás Tározók elhelyezése Nyomásigények meghatározása Szivattyú emelőmagasság meghatározása Fajlagos nyomásveszteség ~ 10m/km, vagy a ténylegesen számított érték Nyomásigény – Megengedett maximális nyomás

26 Esettanulmány A Hegyközi települések vízellátásának,
ivóvízminőség javításának megoldása regionális rendszer kiépítésével

27 Vízkormányzási stratégiák

28 Regionális vízellátó rendszerek kialakítása

29 Rendszer típusok Elemi
1-1.ábra 1 nyomásövezet, ellennyomó tárolóval 1-2.ábra 1 nyomásövezet, átfolyásos tárolóval

30 Rendszer típusok Összetett
2-1. ábra - 2 nyomásövezet sorba kapcsolt kialakítása

31 Rendszer típusok Összetett
2-2.ábra - 2 nyomásövezet párhuzamos kialakítása

32 Az általános eset - Több betáplálás - Több zóna
Rendszer kialakítás Az általános eset - Több betáplálás - Több zóna

33 A távvezetékek nyomvonala
A távvezetékek kötik össze víztermelő telepeket, a tározókat, az átemelő gépházakat és a fogyasztókat Vízszintes vonalvezetés Egyéb vonalas létesítmények, vízfolyások keresztezése Út, vasút Közmű vezetékek Vízfolyások

34 A távvezetékek nyomvonala
A nyomvonalnak lehetőleg jól megközelíthetőnek kell lennie (javítás, karbantartás) Szakaszolás Magassági vonalvezetés Magas pontokon légtelenítés Mély pontokon leürítés lehetőségének biztosítása

35 Tározás és szivattyúzás regionális vízellátó rendszerekben
Tározók és átemelők elhelyezés hegy- és dombvidéken Térszíni tározók (medencék) Ellennyomó és átfolyásos is lehet Az átemelő gépházakat érdemes a tározó mellé telepíteni Lásd pl. Hegyköz.

36 Hegyköz

37 Működési séma

38 Tározás és szivattyúzás regionális vízellátó rendszerekben
Tározók és átemelők elhelyezése síkvidéken Víztornyok (magaslat hiányában) Térszíni medencék inkább csak a víztermelő telepeken A víztornyok sok esetben a regionális gerincről való leágazáson találhatók, ellennyomó üzemmódnak megfelelően elhelyezve A nyomásfokozó gépház mellett az esetek többségében nincs térszíni szívó medence (csőből-csőbe)

39

40 Regionális vízellátó rendszerek kialakítása

41 Regionális vízellátó rendszerek kialakítása
Szivattyúzás, nyomásfokozás Hidraulikai alapok Centrifugál szivattyú működési elv Szivattyú jelleggörbe és jellemzők Q,H,hatásfok, NPSH, fordulatszám Csőhálózati jelleggörbék Szivattyú választás

42

43 Centrifugál szivattyú

44 Hidraulikai feltételek és hatások
Hálózati elemek (vezetékek, szerelvények, ….) Szívó és nyomóoldali tározók vízszintjei A táplált zóna aktuális fogyasztása Az azonos zónára dolgozó, vagy abból vételező gépházak Hsz = f(Qsz, Qf, Ht, Qb,…)

45 Csőhálózati jelleggörbe

46 Csőhálózati jelleggörbe sereg
Felső határoló Maximális emelőmagasság Alsó határoló Minimális emelőmagasság

47 Szivattyú kiválasztása
Vízszállítási igény meghatározása Vízkormányzási stratégiák alapján a mértékadó terhelés kiválasztása 20 órás szivattyúzás feltételezésével számított érték Nyomás igény meghatározása Szélső, határoló csőhálózati jelleggörbék előállítása a betáplálási, vagy átemelési pontra Beépítendő gépek számának meghatározása Energetikai szempontok … …

48 Mintapélda

49 Szivattyú választás

50 Gépházak kialakítása Épület illetve csarnok szerkezet a térszínen elhelyezve Felszín alatt aknában Száraz aknás Nedves aknás (búvár szivattyúk aknában, vagy medencében) Jellemző csővezeték elemek és szerelvények Szívó és nyomóoldali kollektor (gyűjtő) vezeték Párhuzamosan kapcsolt gépek esetében Elzáró szerelvények (szívó és nyomó oldalon egyaránt) Visszacsapó szelep (csappantyú) a nyomó csonkra szerelt elzáró után Szívó és nyomó oldali nyomásmérés Nyomóoldali vízhozam mérés (minimális távolság az utolsó szerelvénytől pl. a visszacsapótól min. 3D)

51 Gépházak szabályozása
Szívómedencével Fordulatszám szabályozás szívó oldali medence szintről Szívómedence nélkül (nyomásfokozó) Szívóoldali nyomás min 1 bar (10 mvo) Fordulatszám szabályozás szívó oldali nyomásról Nyomóoldali tározóval Fordulatszám szabályozás nyomó oldali tározó szintről Nyomóoldali tározó nélkül Fordulatszám szabályozás kimenő oldali nyomásra

52 Regionális vízellátó rendszerek kialakítása
Távvezetékeken fellépő nyomáslengések Hirtelen zárás és nyitás Szivattyú hirtelen leállása, vagy túl gyors indulása Vízszálszakadás, kavitáció

53 Hírtelen zárás esetén létrejövő nyomáslengés fázisai
(Forrás: Szlivka Ferenc: Vízgazdálkodás gépei p: 136.)

54 Tipikus helyek ahol tranziens jelenségek észlelhetőek
(Forrás: Bentley HAMMER V8i Edition p:901)

55 Példa 150 m hosszú (L), merev falú cső
A vezeték kezdő pontján a nyomás 5 bar (p1) A vezeték másik végén, egyenletes zárással, 5 m/s2-es lassítást (a) hajtunk végre A zárás helyén rövid időre kialakuló nyomás (p2):

56 Következmények Csőtörés nyomás maximumok esetén
Ha a vízszál megszakad, a kavitáció miatt fokozódhat a csőtörés veszélye Vákuum esetében a tömítetlenségeknél, talajvízben befertőződhet a hálózat Iránytöréseknél, elágazásoknál, kellő megtámasztás hiányában elmozdulás, kötések szétcsúszása Szerelvény károsodások (csappantyúk, szelepek,….)

57 Matematikai modell Alapok
Nyomáshullám terjedési sebessége rugalmas csőben Nyomásnövekedés ahol a - nyomáshullám terjedési sebessége V - vízsebesség D - vezeték átmérő e- cső falvastagság Ecső- cső rugalmassági modulusa Ev- víz térfogati rugalmassági modulusa

58 Számítás Klasszikus stacioner állapotra vonatkozó egyenletekkel nem határozhatók meg a szélsőértékek Közelítő módszerek (bizonyos jellemző értékeket jól közelítenek, teljes folyamat nem ismerhető meg): Matematikai egyenletekkel (Joukowski, 1898; Allievi, 1902). Grafikus, szerkesztő(Parmakian, 1963) Tervezési diagrammok (Fok, 1978; Fok, 1980; Fok et al., 1982) Laboratóriumi modellek Üzemi tesztekkel

59 Numerikus matematikai modell
A differenciál egyenletek numerikus megoldásával pontosabb képet kaphatunk a jelenség lefolyásáról, amennyiben a permfeltételeket, illetve kezdeti feltételeket jól határozzuk meg. Alapegyenletek: Anyagmegmaradás (folytonossági egyenlet) Energia megmaradás (impulzus/momentum egyenlet)

60 Megoldási módszerek Euler-féle közelítés: Lagrange módszer:
az események lefolyását rögzített, álló koordinátarendszerben vizsgáljuk Lagrange módszer: a koordinátarendszer együtt mozog az áramlással.

61 EULER Karakterisztikák módszere
Cél a csomópontokban adott időpillanatokban a nyomás, a vezeték szakaszokon a sebesség meghatározása Folytonossági egyenlet: Momentum egyenlet: ahol: g - gravitációs gyorsulás a - nyomáshullám terjedési sebessége V - vízsebesség f - Darcy-Weisbach csősúrlódási veszteség D - vezeték átmérő H - nyomásmagasság

62 Védekezés a káros nyomáslengések ellen
Gépházban Szivattyú fordulatszám szabályozása Kiegyenlítő medence, tartály Bypass, megkerülő vezeték beépített szeleppel (szabályozottan megkerüljük a szivattyút) Szivattyút lendítő kerékkel szereljük fel nagyobb tehetetlenségi nyomaték, lassaban pörög fel, illetve áll le Hasadótárcsa Többirányú energiabetáplálás

63 Védekezés a káros nyomáslengések ellen
Hálózatban Automata légtelenítő/légbeszívó szelep magas pontokon Állványcső alkalmazása távvezetéken (szabad vízfelszín) Elzáró szerkezetek lassú zárása tzárás>2La (vezetékszakaszra jellemző főidő)) zárási karakterisztika tűzcsapok is kritikusak lehetnek Kisebb sebesség a hálózatban, nagyobb csőátmérők. A hálózat anyagának helyes megválasztása rugalmasabb csövek kisebb nyomásváltozás Hálózati csillapítás A sok kifolyási pont, folytonossági hiba radikálisan csökkenti a hatást, ezért elosztóhálózatban kisebb a jelentősége.