Transcript Állapotértékelési módszerek új

Rekonstrukciós állapotértékelési
módszerek. Hálózati állapotfelvétel
készítése, hibastatisztika
Néhány érdekes számadat a nagyvilágból
• Európában 5 milliárd eurót költenek évente vízi közmű
rekonstrukcióra ami így is 0,5%-os felújítási arányt képvisel az
elvárt 2%-hoz képest
• USA-ban 77 milliárd dollárra becsülik azt az összeget, amit
felújítandó vezetékekre kell költeni az elkövetkező húsz évben
• Közmű vagyon kezelése, műszaki és gazdasági szempontból
egyaránt optimális felújítása az elmúlt években az egész világon
az érdeklődés középpontjába (CARE-W, CARE-S,…)
• Rekonstrukcióra érett vezetékhálózat aránya megközelítően
75%-os, ami mintegy 2000 milliárd Ft-nyi beruházási igényt
jelent 2009-es árszinten
A szolgáltatók fő célja és egyben
teljesítményük értékelési kritériuma
A hálózatban jelentkező
lehető legalacsonyabb
elfogadható szolgáltatási
mellett csökkentsék,
biztonságát növeljék.
negatív hatásokat a
költséggel, a még
színvonal fenntartása
illetve az ellátás
Felújításból származó alapvető előnyök
• a hálózati nyomás, amely a rendszer jobb
hidraulikai kapacitásából származik,
• fenntartási előny, amely fizikai állapotból
következik,
• üzemeltetői előny, amelyet a nagyobb hálózati
flexibilitás eredményez,
• a csőcserék következtében javuló vízminőség.
Döntéstámogató módszerek
Típusok:
• Egy-, illetve
• Többkritériumos(MCDM
Multiple-criteria
decision-making, illetve MCDA - Multiple-criteria
decision-aid) rendszerek
Jellemzően a többkritériumos rendszereket
szorzószámokkal visszafejtik egykritériumossá. A
döntéstámogató
rendszereknél
fontos
a
meghibásodások megbízható előrejelzése.
Meghibásodások hatásai
Közvetlenül jelentkezők:
• vízhiány,
• nyomás csökkenés,
• elöntés,
• helyreállítási költségek
Áttételes, közvetett hátrányok/károk (Ezeket a nehezen
számszerűsíthető közvetett hatásokat leginkább kár és más
költség szorzókkal veszik figyelembe):
• kellemetlenségek, esztétikai jellegű problémák,
• a forgalom akadályozása,
• közegészségügyi következménye,
• Politikai károk.
A vezeték rekonstrukció döntéstámogatásának elvi
sémája
Cél a csőcsere gazdaságilag optimális
időpontjának meghatározása
Vezetékek élettartam diagramja
3 fő szakasz:
A, Üzembe helyezési (beégetési)
B, Alacsony meghibásodási rátájú
C, Elhasználódási szakasz
Állapotértékelési módszerek
csoportosítása
Típusok
• Fizikai vizsgálatok
• Meghibásodás adatok statisztikai vizsgálata
Fizikai vizsgálatok típusa:
• Roncsolásos
• Roncsolás mentes
Fizikai vizsgálatok helye szerint
• Helyszíni
• Laboratóriumi
Fizikai tönkremenetel
2
 p   w
   
  1
 pc   wc 
ahol:
p - belső nyomás
pc csőre megengedhető maximális nyomásérték
w - csőre ható külső terhek
wc - a cső külső terhekkel szembeni ellenállása
Állapotértékelési módszerek
gravitációs vezetékek
• Vizuális vizsgálat
• Tükrözés
• Víztartáspróba (exfiltráció 2m-es
vízoszlopnyomás, infiltráció)
• Füstvizsgálat
• Kamera vizsgálatok
• MSZ
EN
13508-2:2003:
Települések
vízelvezetõ
rendszereinek állapota. 2. rész: A szemrevételezéses
felülvizsgálat kódrendszere,
• MSZ
EN
13508-1:2004:
Települések
vízelvezető
rendszereinek állapota. 1. rész: Általános követelmények
Állapotértékelési módszerek
• Infravörös képalkotás (talaj hőmérséklet-eloszlásának mintázatából
próbálnak következtetni. A vezeték meghibásodás helyét lehet
megmondani, a mértékét viszont nem. A külső hőmérséklet,
napszak befolyásolja a sikert. 12 méterig alkalmazható)
• Ultrahang olyan helyen alkalmazható ahol egy mérőkocsi a
vezetékbe helyezhető. A vizsgálat lényege, hogy az ultrahang a
különböző anyagokban más és más sebességgel terjed, ezért azok
határfelületein – ilyenek például a csatornafal anyagának esetleges
egyenetlenségein (inhomogenitásain) – visszaverődést szenvedhet.
• Talajradar észleli a csatornafal közelében az üregeket, a nagyobb
szikladarabokat, valamint (tömítetlenség esetén) a talaj vizes voltát,
de alkalmas betoncsövek hasadásának vizsgálatára is.
Állapotértékelési módszerek nyomás
alatti vezetékek
• Nyomáspróba
• Körzet zárás, vízveszteség elemzés
• Akusztikai vizsgálatok (vezeték anyag, falvastagság,
talajvíz helye, talaj fizikai jellemzői)
• Vezetőképességen alapuló vizsgálatok, (fémanyagú
csövek, csövön gerjesztés majd csillapodás és
fáziskésés érzékelésével mérés)
• Elektromágneses fluxus szivárgásvizsgálat (méret
alak, hely fém anyagú cső)
• Talaj letapogatás
Laboratóriumi vizsgálatok
Roncsolásos vizsgálatok
•
•
•
•
•
•
•
•
Teherbírás vizsgálatok(éltőrő teher, húzófeszültség),
Alak vizsgálatok (ovalitás)
Mikroszkopikus vizsgálatok (bemaródás)
Porozitás vizsgálatok (vízfelvétel, testsűrűség)
OIT vizsgálat
Oldószeres vizsgálatok
Hőmérséklet változásra alakváltozás
Belső nyomásállóság
Statisztikai kiértékelhetőség
homogén csoportok képzése
Környezeti tényezők vizsgálata (talaj, talajvíz):
–
–
–
–
–
–
talaj típusa
talajvíz a csőzónában
pH
szulfát,
klorid tartalom
vezetőképesség
Matematikai módszerek
• Regressziós modellek
• Sztochasztikus modellek
Jellemzőik:
• Érzékenyek a csoportbontásra, homogén csoportokat kell képezni (vezeték
típus, szállított közeg, talaj, talajvíz paraméterek) !!!
• Fontos a hálózat nyilvántartások megbízhatósága (meghibásodás, vezeték
adat)
• A matematikai modellek a meglévő meghibásodás adatokból jeleznek előre,
feltételezve, hogy a jövőbeni meghibásodások alakulása követi a múltbeli
szabályszerűséget.
• Valamennyi modellre jellemző, hogy az idő függvényében előrejelzést adnak
a meghibásodások várható számára, de a meghibásodások helyéről a vizsgált
objektumon belül nem képesek információval szolgálni.
Kád görbe (ROCOF)
A mérnöki rendszerek ebből a szempontból két csoportba, a javítható
és az eldobandó rendszerekbe sorolhatók. A 4. ábra a javítható
rendszerekhez tartozó kád görbét szemlélteti. Ide tartoznak a
vízelosztó hálózatok, illetve azok objektumai is. A javítható rendszerek
ismérve, hogy bármely meghibásodás után a kijavított objektum az
esemény előtti feladatát újra el tudja látni (Ascher és Feingold 1984).
Regressziós modellek jellemzői
• Az egyváltozós, vagy aggregált és a többváltozós regressziós
modellek az idő függvényében számítják a várható csőtörésszámot.
• Az aggregált modellek az öregedés ható tényezőit egy
váltózóba sűrítik, míg a többváltozósaknál lehetőség van
ezeket hatásuk szerint súlyozottan figyelembe venni.
• A regressziós modellek matematikai egyenletei általában 23 paramétert használnak a meghibásodás előrejelzésre.
• A leggyakoribb alapadat a vezeték életkora és a
meghibásodás idősora. A paraméterek meghatározásához a
vezetékekből homogén csoportokat képeznek.
Regressziós modellek
Lineáris:
N (t )  k0  t
Exponenciális:
N (t )  N (t 0 )  e A(t  g )
N (t ) - adott évben a meghibásodás szám (hiba/km)
N (t0 ) - építés évében a meghibásodás szám (hiba/km)
A
g
- meghibásodás növekedési ráta (év-1)
t
- előrejelezni kívánt idő (év)
- a vezeték életkora (év)
Regressziós modellek (McMullen, 1982)
T  65.78 0.028R- 6.338pH- 0.049rp
ahol:
• T: az első meghibásodásig eltelt idő
• R: telített talaj ohmikus ellenállása
• rp redox potenciál
Regressziós modellek (Shamir-Howard , 1979)
N (t )  N (t 0 )  e
Ahol:
N(t) N(t0) Att0 -
A(t t0 ))
adott évben a meghibásodás ráta (hiba/év/km)
a 0. évben, azaz a megfigyelés kezdeti időpontjában a
meghibásodás ráta (hiba/év/km)
meghibásodás növekedési ráta (év-1 ) (regresszió analízisből
származtatható érték)
a vizsgált év (év)
az üzembe helyezés éve, vagy az az időpont, amitől
meghibásodás adatok rendelkezésre állnak (év), vagyis a
megfigyelés kezdete
Valószínűségi modellek
A sztochasztikus (valószínűségi) alapú modellek három
csoportba sorolhatók:
• a meghibásodások időpontját leíró,
• a túlélés meghatározó,
• a számoló modellek
Az első két megközelítés az adott vezeték élettartamának
leírására szolgál. A számoló eljárások egy adott
időintervallum alatt bekövetkező meghibásodások
számának valószínűségére adnak előrejelzést. Emellett
feltételezik, hogy az adott objektum javítható.
Valószínűségi modellek általános
alapegyenlete (Cox 1972)
h(t , Z )  h0 (t )  e
bT Z
h0 (t )
- kiindulási meghibásodás függvény
Z
- kiindulási függvényt módosító együttható
b
- meglévő adatokból becsült együttható
Valószínűségi modellek időbeli Poisson folyamat
(Constantin és Darroch 1993)
e  t (t ) k
PN t  t   N (t ) 
k!
Ahol:
k - pozitív egész szám (hibaszám)
λ–
meghibásodás várható értéke