Τμήμα Αυτοματισμού. ΤΕΙ Πειραιά Σ.Τ.ΕΦ. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΔΙΑΡΡΟΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ. Επιβλέπων καθηγητής: Κων/νος Αλαφοδήμος ΠΤΥΧΙΑΚΉ ΕΡΓ ΑΣΙΑ

Transcript

1 ΤΕΙ Πειραιά Σ.Τ.ΕΦ. Τμήμα Αυτοματισμού ΠΤΥΧΙΑΚΉ ΕΡΓ ΑΣΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΔΙΑΡΡΟΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΥΔΡΕΥΣΗΣ-ΑΡΔΕΥΣΗΣ Σπουδαστής: Αναγνωστόπουλος Θεόδωρος Επιβλέπων καθηγητής: Κων/νος Αλαφοδήμος 1

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Σκοπός της πτυχιακής άσκησης είναι η ανάδειξη της σημασίας που έχει η ανίχνευση και ο έλεγχος των διαρροών στα δίκτυα ύδρευσης - άρδευσης και η ενσωμάτωσή της στα συστήματα διαχε ίριση ς υδάτινων πόρων, που ε ίναι με ίζονο ς σημασία ς στις μ έ ρ ες μα ς. Στην αρχή θα αναλυθούν οι μέθοδοι ανίχνευσης διαρροών με έμφαση στους πιο αποτελεσματικές και σε αυτές που μπορούν να ενσωματωθούν σε συστήματα παρακολούθησης των δικτύων ύδρ ευση ς - άρδ ευση ς. Έπειτα θα γίνει ανάλυση στο πως μπορούμε να αξιοποιήσουμε τα δεδομένα που μας προσφέρουν οι παραπάνω μέθοδοι και πως μπορούμε να τα ενσωματώσουμε επιτυχημένα σε ολοκληρωμένα συστήματα διαχείρισης υδάτινων πόρων, με σκοπό την β ελτιστοποίηση τη ς αποτ ελεσματ ικότητα ς του ς. Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να πω ότι πραγματοποίησα την πρακτική μου άσκηση και συνεχίζω να εργάζομαι σε μια εταιρία η οποία έχει σαν τομέα δραστηριότητας την Διαχείριση Εκσυγχρονισμό και Αυτοματοποίηση Δικτύων Ύδρευσης, κάτι το οποίο με ώθησ ε να αναπτύ ξω το συγκ εκριμένο θ έ μα και παράλληλα μου δίνει την πρόσβαση σε ρεαλιστικές - εφαρμόσιμες πρακτικές. 2

3 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή... 6 Κεφάλαιο 2 - Μέθοδοι Ανίχνευσης Διαρροών Αναγνώριση και ποσοτικοποίηση διαρροών Διαχωρισμός περιφερειακών π ε ριοχών μ ε μ ετρητή.μ ε εσωτερικές βαλβίδες (Τεχνικές βηματικού ελέγχου) Η μέθοδος απομόνωσης Η μέθοδος κλεισίματος και ανοίγματος Χαρακτηριστικά του Θορύβου των Διαρροών Νερού Ακουστική καταγραφή (Καταγραφή θορύβου) Αρχές της ακουστικής καταγραφής Η χρήση ακουστικών καταγραφέων στο σύστημα διανομής Αναγνώριση πιθανής διαρροής Τακτική ή τυχαία ακρόαση Τεχνικές Ακουστικού Εντοπισμού Διαρροών... : Άμεση ακρόαση και έμμεση ακρόαση Εξοπλισμός ο οποίος χρησιμοποιείται κατά την ακρόαση Βασική ράβδος ακρόασης και Ηλεκτρονική ράβδος ακρόασης Το γαιόφωνο Η αρχή της συσχέτισης θορύβου διαρροής Μη ακουστικές τεχνικές εντοπισμού διαρροών Γεωραντάρ (GPR) Αέριο ανίχνευσής Υπέρυθρη Θερμογραφία Εντοπισμός διαρροών σε κύριους αγωγούς ή αγωγούς μεταφοράς ~ Περπάτημα και ακρόαση

4 2.4.2 Συ σχετ ιστ ές θ ορύ βου δ ια ρροώ ν Α κουστική τ εχνολογία μέσα σ ε σωλήν ες Άλλες μέθοδοι εντοπισμού διαρροών σε κύριους αγωγούς Κεφάλαιο 3 - Ανάλυση της μεθόδου συσχετισμού του ήχου διαρροή ς Μετάδοση του ήχου σε αγωγούς ύδρευσης Ο ή-χο ς τη ς διαρροή ς Η μέθο δ ο ς συσ-χετ ισμού tου ή-χου δ ιαρροή ς Χρησιμοποιούμενος ακουστικός εξοπλισμός Διάταξη για την εφαρμογή τη ς μεθόδου Περιγραφή τη ς μεθόδου συσ-χετισμού του ή-χου διαρροής Το μέγιστο της ετεροσυσχέτισης Παράμετροι Ο αναλογικός συσχετιστής... ~ Ο ψηφιακός συσχετιστής Συσχετιστέ ς θορύβων διαρροών διαφορετικών επιπέδων Χρήση του συσχετιστή θορύβου διαρροών Ο Ο ψηφιακός καταγραφέας συσχέτισης Κεφάλαιο 4. Συλλογή και Αποθήκευση Δεδομένων (Data Logging) Γ ενικά Data Logger Αισθητήρια Λήψη και Διευθέτηση Σημάτων Συνδεσμολογία Αισθητηρίων Χαρακτηριστικά Αισθητηρίων... _ Data Logging στα Δίκτυα Ύδρευσης

5 Κεφάλαιο 5 Ενσωμάτωση και Αξιοποίηση δεδομένων σε Συστήματα Παρακολούθησης Δικτύων 'Υδρευσης Η αρχιτεκτονική του συστήματος SCADA Πρωταρχικά καθήκοντα του συστήματος SCADA σε ένα σύστημα διανομής νερού Εξειδικευμένα Λογισμικά αποκλειστικά για Δίκτυα 'Υδρευσης Κεφάλαιο 6. Συμπεράσματα..... : Β ιβλιογραφία

6 1. ισαγωγή Ένα από τα μεγάλα παγκόσμια προβλήματα, που εμφανίζεται όλο και πιο έντονα με το π έ ρασμα των ετών, είναι η ανη χη τι ή μεί η τ ν ιαθ ' ι μ. ν υδάτινων π ' ν. Την τελευταία δεκαετία εμφανίζονται όλο και πιο συχνά. π ε ριστατικά λειψυ δ ρίας σ ε πολλές χώ ρ ες τη ς υφηλίου, ακό μα κα ι σ ε αυ τ ές π υ ανή κουν στον λεγ ό μεν ο «αναπτυγμ ' ν κόσμο». Οι παράγοντες που συμβάλλουν σε αυτό είναι αρκετοί. Η κλιματική αλλαγή με τις παρατεταμένες περιόδους ξηρασίας δυσχε ραίν ε ι την αναν έωση των υδάτινων πόρων. Η πληθυσμιακή αύ ξηση, ιδιαίτερα στα αστικά κέντρα, αυξάνει σημαντικά την κατανάλωση των τοπικά διαθέσιμων υδάτινων πόρων, δημιουργώντα ς προβλήματα ακόμα και σ ε π ε ριοχές που θεωρούνται πλούσιες σ ε αυτούς. Όλα τα παραπάνω κάνουν το έργο των επιχειρήσεων ύδρευσης ήδη αρκετά δύσκολο. Τα προβλήματα όμως δεν σταματούν εδώ. Η αναγκαία συντήρηση, αναν έωση και επέκταση των δικτύων ύδρευσης απαιτεί οικονομικούς πόρους, οι οποίοι είναι αρκετά δυσ εύρετοι στην σημερινή οικονομική πραγματικότητα. Η συντήρηση μάλιστα είναι πρωτεύουσας σημασίας σ ε ένα σύγχρονο δίκτυο ύδρευσης, αν αναλογιστεί κανείς το δύσκολο περιβάλλον στο οποίο λειτουργεί. Το διαβρωτικό περιβάλλον, η κίνηση του εδάφους, η μεταβαλλόμενη ροή νερού, τα μεγάλα κατά περιόδους φορτία κίνησης και οι δονήσεις, υποβαθμίζουν με την πάροδο του χρόνου την ποιότητα του δικτύου, την συντήρηση μια συνεχή και σημαντική ανάγκη. κάνοντας Στα παραπάνω προβλήματα έρχονται να προστεθούν και τα αποτελέσματα ερευνών, που δείχνουν ότι σε ένα δίκτυο ύδρευσης η απώλεια νερού αγγίζει το 20 με 30ο/ο, με κύρια αιτία τις διαρροές ύδατος.σε κάποια δίκτυα μάλιστα οι απώλειες αγγίζουν το 50%! 6

7 Το γεγονός αυτό οδηγεί σε σημαντικές απώλειες στους τόσο πολύτιμους σήμερα υδάτινους και οικονομικούς πόρους. Οι διαρροές όμως αυτές δημιουργούν και δύο επιπρόσθετα προβλήματα. Πρώτον, δημιουργούν σημαντικές δευτερεύουσες οικονομικές απώλειες με την μορφή των ζημιών που δημιουργούνται, τόσο στο ίδιο το δίκτυ~, λόγω της τοπικής καταστροφής των αγωγών. και της αυξημένης διάβρωσης λόγω του νερού, όσο και στα θεμέλια των δρόμων και των κτιρίων. Δεύτερον, κάθε σημείο διαρροής δημιουργεί κίνδυνο για την δημόσια υγεία, καθώς αποτελεί ένα εν δυνάμει σημείο εισόδου μολυντικών παραγόντων, σε περίπτωση πτώσης της πίεσης του δικτύου. Η ύπαρξη διαρροών είναι δεδομένη για ένα δίκτυο ύδρευσης και πρακτικά αδύνατο να εξαλειφθούν διατήρηση τους σε ανεκτό επίπεδο. Ι 00%. Το θέμα είναι η Μέχρι σήμερα ο τρόπος επέμβασης και αντιμετώπισης των διαρροών είναι παθητικός, δηλαδή υπάρχουν συνεργεία ελέγχου διαρροών τα οποία επεμβαίνουν στο δίκτυο αφού έχει αναφερθεί βλάβη ή εμφανής διαρροή.. Σε αυτό το σημείο είναι πια προφανής η ανάγκη σχεδίασης και κατασκευής συστημάτων που να ανιχνεύουν την ύπαρξη και θέση διαρροών στο δίκτυο ύδρευσης. Οι μέθοδοι που έχουν χρησιμοποιηθεί είναι αρκετές και μπορούν να χωριστούν σε άμεσες και έμμεσες. Στις άμεσες μεθόδους συγκαταλέγονται ακουστικές (καταγραφείς ήχου, χρήση απλών ακουστικών συσκευών, συσχετισμός του ήχου διαρροής κ.α) και μη (θερμογραφία, γεωδιεισδυτικά ραντάρ κ.α). Στους έμμεσους τρόπους ανίχνευσης διαρροών ανήκουν η διαχείριση της πίεσης σε ένα δίκτυο και η χρήση εξελιγμένων λογισμικών (softwares), τα οποία μέσω της συλλογής δεδομένων από το σύνολο των αισθητηρίων - οργάνων που έχουν τοποθετηθεί σε στρατηγικά σημεία του δικτύου, εξάγουν 7

8 συμπ ε ράσματα για την συνολική κατάσταση του δικτύου καθώς και για την ύπαρ ξη πιθανών διαρροών. Η δοκιμή κα ι σύγχρονη τάση αντιμ ετώπισης του προβλήματο ς, σαν γ ε νική στρατηγ ική, είναι η κατά προτ ε ρα ιότη τα κα ι όχι απλώς παράλληλα εφαρμογή Προγράμματος διαχε ίρισης των πιέ σεων για τον περιορισμό των απωλειών του νερού για τη δ εδομένη κατάσταση των δικτύων. Αυτό επιτυγχάν εται, όπως θα αναλυθεί παρακάτω, με έμμεσους κ~ι άμεσους τρόπους ανίχν ευση ς διαρροών και με την εξάλε ιψη των άσκοπων υπ ε ρπι έσεων τις νυχτε ριν έ ς ώ ρ ες που είνα ι τ ο κύ ριο α ίτ ιο των θραύσεων και των αφανών διαρροών. Η παρούσα πτυχιακή εργασία ασχολείται με την εφαρμογή της μεθόδου του συσχετισμού του ήχου διαρροής (leak noise correlation) κατά κύριο λόγο σαν άμε ση και αποτ ελεσματική μ έθο δ ο ς ανίχν ευση ς διαρροών (τοπικ ά) και μετ έπ ε ιτα μ ε την διαχείριση των δεδομένων από τις μεθόδους ανίχνευσης διαρροών γ ενικά, άμεσες ή έμμεσες, από ολοκληρωμένα συστήματα εποπτικού ελέγχου των δικτύων ύδρευσης και άρδευσης. 8

9 2. Μέθοδοι Ανίχνευσης Διαρροών Σε αυτήν την ενότη τα θα δοθ ε ί μια σύντο μη πε ριγρ αφή των διαφόρων μεθόδων που χρησιμοποιούνταtγια την ανίχν ευση διαρροών σε δίκτυα ύδρευσης. Η δραστηριότητα που είναι γνωστή ως Ανίχνευση Διαρροών ορίζεται ω ς «ο π ε ριορισμό ς» ή ο εντοπισμός μια ς διαρροή ς ή δ ιαρροών σ ε ένα συγκεκριμένο τμήμα μια ς σωλήνωση ς σ ε ένα σύστημα διανομής. Σε πολλές περιπτώσεις, αυτό μπορεί να είναι ένας ολόκληρος δρόμος. Οι ειδικοί στον έλεγχο απωλειών νερού συμφωνούν ότι η εν ε ργό ς διαχε ίριση τη ς πίεσης αποτελεί τη βάση μιας αποτ ελε σματική ς πολιτική ς διαχε ίριση ς των διαρρο ών. Γιατί λοιπόν είναι τόσο σημαντική; Ο ρυθμός με τον οποίο διαφεύγει το νε ρό από ένα δίκτυο είναι μια συνάρτηση της πίεσης που εφαρμόζεται από αντλίες ή από το ύψος της βαρύτητας. Υπάρχει μια φυσική σχέση μεταξύ της πίεσης και του ρυθμού ροή ς διαρροών. Αυτή η αρχή μπορεί να αποδειχτεί εύκολα και να εφαρμοστεί στα συστήματα παροχής νερού. Γεμίστε ένα πλαστικό μπουκάλι των δύο λίτρων με νερό. Αν κάνετε μια τρύπα στο πλάι, κοντά στον πάτο του μπουκαλιού, θα αρχίσει να αναβλύζει νερό. Αν κάν ετε ακόμα μια τρύπα στό μέσο του μπουκαλιού, το νερό θα ρ έ ει ομαλά. Τώρα, κάντε ακόμα μια τρύπα κοντά στο πάνω μέρος και θα δείτε ότι το νερό που ρέει από την τρύπα με ιώνεται σε σταγόνες. Αυτή η απλή επίδειξη φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. 9

10 Η μ έτρηση μ εγαλύτ ερων ροών από το συνηθισμένο (συχνότερα νυχτε ρινές ρ 'ς) σ ε ίκτ α διαν μίί ς ν ε ρού, στα οπ ία έχ υν δημιουργηθ ε ί π εριφ ε ρ ε ιακές πε ριοχές μ ε μετρητές ή ζώνε ς, ωθ ε ί το μηχανικό διαρροών στην οργάνωση μιας άσκησης ανίχν ευση ς δ ιαρροών σ ε ένα συγκε κριμένο τμήμα του δικτύου. Υπάρχουν πολλές τ εχνικέ ς για ανίχν ευση της τοποθεσίας τη ς δ ια ρρ ο ή ς σε ένα σύστημα δ ιανομή ς: Ο διαχωρισμός των περιφερειακών π ε ριοχών με μετρητή σε μικρότ ερ ε ς περιοχές με το προσωρινό κλείσιμο βαλβίδων ή με την εγκατάσταση υπο-μετρητών Ένας πα ρ αδ ο σ ιακό ς βηματικό ς έλεγχο ς (ή μια παραλλαγή αυτών των τ εχνικών) Χρήση αυτόματων ακουστικών καταγραφέων ως ε ργαλ ε ίων έ ρευνας Έ ρ ευνες βυθομέτρησης 10

11 Στην περίπτωση όπου οι ροές δεν μετρούνται ή δεν παρακολουθούνται, οι απώλειες νερού μπορούν να ελεγχθούν με την πραγματοποίηση τακτικών ή τυχαίων ερευνών ανίχνευσης διαρροών στην έκταση. ενός συγκεκριμένου τμήματος του συστήματος, στο οποίό υπάρχει υποψία ότι υπάρχει διαρροή ή το οποίο έχει ιστορικό συχνών σπασιμάτων σωλήνων. 2.1 Αναγνώριση και ποσοτικοποίηση διαρροών Διαχωρισμός περιφερειακών περιοχών με μετρητή με εσωτερικές βαλβίδες (Τεχνικές βηματικού ελέγχου) Ο βηματικός έλεγχος είναι μια τεχνική, κατά την οποία μια διαρροή ή διαρροές εντοπίζονται με το διαδοχικό κλείσιμο βαλβίδων, για να μειωθεί το μέγεθος μιας περιφερειακής περιοχής με μετρητή ή μιας υπο-περιοχής (η οποία ονομάζεται, γενικά, Ζώνη Ελέγχου Διαρροών) και μπορεί να περιέχει, τυπικά, από 500 μέχρι 1500 συνδέσεις. Οι βαλβίδες κλείνονται για μια σύντομη περίοδο 5 με 10 λεπτών, ενώ ταυτόχρονα καταγράφονται μετρήσεις του ρυθμού ροής. Η επακόλουθη μείωση στο ρυθμό ροής, η οποία είναι αποτέλεσμα του κλεισίματος μιας συγκεκριμένης βαλβίδας, υποδεικνύει την ολική διαρροή, συν τη νόμιμη νυχτερινή κατανάλωση στο συγκεκριμένο τμήμα του συστήματος διανομής. Αν η επακόλουθη μείωση είναι μεγαλύτερη από το αναμενόμενο, λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό και τον τύπο των συνδρομητών στο τμήμα που απομονώθηκε, τότε υπάρχει ένδειξη διαρροής στο συγκεκριμένο τμήμα του συστήματος. Οι βηματικοί έλεγχοι πραγματοποιούνται, γενικά, κατά την περίοδο της Ελάχιστης Νυχτερινής Ροής (συχνά μεταξύ 02:00 πμ. και 04:00 πμ.). Η πραγματοποίηση των ελέγχων σε αυτές τις 11

12 ώ ρ ες αποφ εύγ ε ι τη δημιουργία π ρ οβλημάτων πα ροχής στην ι; ιο ψηφ ία. ν v ν. Έν ας βηματικός έλεγχο ς π ρ έπει ν α σχεδιαστε{ π ρ οσεκτικά, ού τως ώ στε να πραγματοποιηθ ε ί διαδοχικά και να ολοκληρωθ ε ί κατά την π ε ρίοδο τη ς ελάχιστης νυχτερινή ς ροής. Για το λόγο αυτό, ο αριθμό ς των βαλβίδων που χρειάζ εται να ε ξεταστούν πρ ' π ε να ι _ ι ε ί μ πρ - χή. μ ' γ ε θ ν νεξάρτη των βημάτων εξαρτάται από το μέγεθος της Ζώνης Ελέγχου Διαρροών. Ένα μέγεθος βή ματος των, περίπου, 150 συνδέσεων μπορεί να είναι κατάλλη λο σε μια αστική ζώνη με 1500 συνδέσεις. Σε πρακτικούς όρους, δεν είναι σκόπιμο να υπάρχουν λιγότ ε ρο από 10 βήματα, αλλά αυτό μπορεί να καθ ιστ ί απ' τον α ριθ μ ' κα ι την τοποθεσ ία τ ν β αλ βίδων που θα λειτουργήσουν κατά τη διάρκε ια του ελέγχου. - 1 Ire~!mmt'f/ou s 1 1 S erυi:e ~ erι~ irji 011.~Ι Pi1tShιl:f~D! 1. r-----~~~..._ ' ''... ' ~ ~γ "! llihi:t 11 e~n Σχή μ α 1. Σχέδιο π ε ριφερειών και υπο-περιφερειών 12

13 Σχήμα 2. Ένα τυπικό σχέδιο βηματικού ελέγχου Υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι για την πραγματοποίηση ενός βηματικού ελέγχου: 1. Η μέθοδος απομόνωσης 2. Η μέθοδος κλεισίματος και ανοίγματος Η μέθοδος απομόνωσης Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει το διαδοχικό κλείσιμο των βαλβίδων στη Ζώνη Ελέγχου Διαρροών, αρχίζοντας από το σημείο, το οποίο βρίσκεται πιο μακριά από το μετρητή. Η απομόνωση του πρώτου τμήματος σημαίνει ότι μικρότερο τμήμα της ζώνης εξυπηρετείται από το μετρητή. Η σειρά 13

14 κλεισίματος των βαλβίδων συνεχίζετα ι δ ιαδο χι κά προχωρώντας προς το μ ετρητή, όπου η ροή θα πρ έπει να πέσε ι στο μηδ έν. Παρόλο που αυτή η μ έ θο δ ο ς αναγνωρίζε ι πιθανές δ ιαρρο ές, έχε ι ένα μεγ άλο μειονέκτημα. Η π ίεση στο σύ στημα με ιώνεται για ένα σύντομο δ ιάστημα. και υπάρχει πιθανότητα επαναρρόφηση ς ή κ ίνδυνος διείσδυση ς υπόγ ε ιων υδάτων σ ε μέρος του αγωγού, στο οποίο υπάρχε ι δ ιαρροή όταν βρίσκ εται υπό πί εση. Σχήμα3. Το διάγραμμα μείωσης ροής ενός βηματικού ελέγχου 14

15 2.1.3 Η μέθοδος κλεισίματος και ανοίγματος Αυτή η μέ θο δ ος π ριλαμβάνει το κλε ίσιμο των βαλβίδων για να απομονωθ ε ί κάθε ανε ξάρτητο βήμα και το άνοιγμά τους όταν καταγραφεί η μ ε ίωση της ροής. Αυτή η μέθοδος αποφ εύγ ει το κλε ίσιμο και τη διακοπή της παροχή ς ν ε ρού σ ε τμήματα του συστήματος για μια χρονική περίοδο, αλλά έχε ι το μειον έκτημα ότι η μείωση τη ς ροής από κάποια βή ματα μπορ ε ί να. ρ μ, ' ν ι ροή π ' iίν π v φ όρ ι η π ηγ ' μ ν v βημάτων, κάνοντας με αυτό τσν τ ρ όπο, π ιο δύσκολη την ' ε ρμην ε ια Χαρακτηριστικά του Θορύβου των Διαρροών Νερού Το ν ε ρό, το οποίο διαφ εύγει από έναν αγωγό υπό πίεση, γενικά, εκπ έ μπ ε ι έν αν ή χο σ ε ένα εύρο ς συχνοτήτων και στις π ε ρισ σότε ρ ες π ε ριπτώ σ ε ις παρ άγ ε ι αυτό που μπο ρ εί να περιγραφ ε ί ως «συριστικός ήχος». Κάθε ανεξάρτητη διαρρόή παράγει τη δική της, συγκεκριμένη κατανομή ηχητικών συχνοτήτων, η οποία εξαρτάται από παράγοντες όπως: σ τύπο ς και το μ έγ ε θος της διαρροή ς Το υλικό του σωλήνα Η πί εση του συστήματος Η φύση του εδάφους στο οποίο διαφεύγει το νερό ο ήχο ς τη ς δ ιαρροή ς θα ταξιδ έψ ε ι μέσω των τοιχωμάτων του σωλήνα με μια ταχύτητα, η οποία εξαρτάται τόσο από τα χαρακτηριστικά του υλικού του σωλήνα, όσο και από το νερό. 15

16 Αυτός ο ήχος μπορεί να ταξιδέψει επίσης και μέσω του εδάφους που περιτριγυρίζει το σωλήνα. Καθώς ο ήχος απομακρύνεται από τη διαρροή, οι συχνότητες μπορεί να αλλάξουν, λόγω κοιλοτήτων στο έδαφος ή άλλων θαμμένων σωλήνων και καλωδίων. Θα πρέπεi να αναφερθεί ότι δεν παράγουν όλες οι διαρροές έναν ανιχνεύσιμο ήχο και ότι θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν διαφορετικές τεχνικές. Ο τεχνικός διαρροών θα πρέπει να λάβει υπόψη του ότι, εκτός από τον ήχο τον οποίο προκαλεί η διαρροή σε ένα σωλήνα ή ένα εξάρτημα, υπάρχουν πολλοί άλλοι θόρυβοι στις σωληνώσεις, οι οποίοι προκαλούνται από: Κατανάλωση νερού Αντλίες Βαλβίδες μείωσης πίεσης Μηχανικούς μετρητές ζώνης!υfερικώς κλειστές βαλβίδες Εξαρτήματα σωλήνων, όπως χοάνες Ηλεκτρικές παρεμβολές Όλοι οι πιο πάνω θόρυβοι στο δίκτυο αυξάνουν σε μεγάλο βαθμό τη δυσκολία ανίχνευσης και εντοπισμού διαρροών. Σε πολλά συστήματα, η ανίχνευση διαρροών γίνεται κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν η χρήση από τους συνδρομητές είναι στο πιο χαμηλό σημείο και οι πιέ(jεις, γενικά, στο πιο ψηλό Ακουστική καταγραφή (Καταγραφή θορύβου) Η ανίχνευση ή ο εντοπισμός των διαρροών μέσω του βηματικού ελέγχου άρχισε να αντικαθιστάται από την ακουστική καταγραφή κατά τη δεκαετία του Το πλεονέκτημα της ακουστικής καταγραφής ή της καταγραφής θορύβου είναι ότι δεν είναι αναγκαίο να απομονώνουν οι χειριστές διάφορα τμήματα του συστήματος διανομής κατά τη διάρκεια της νύχτας 16

17 1ζ ι ότι ο ι αταγραφ ε ί ς μπ ν ν εντ πί συ ν ή χ υ ς ι π ί ι δεν μπορούν να ακουστούν με το ανθρώπινο αυτί. πίση ς, η ακουστική καταγραφή μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε περιοχές όπου η εργασία κατά τη διάρκεια της νύχτας θεωρείται επικίνδυνη π.χ. κέντρα πόλεων. Π λλές ετ αιρ ε ί ες ύ δ ρ ευση ς ' χο ν π λιτική ανάπτυ ξη ς και λειτουργίας περιφερειακών περιοχών με μετρητές σε συνδυασμό με διαχείριση πίεσης, ως τις κύριες δραστηριότητες στην καρδιά των προγραμμάτων μείωσης των πραγματικών απωλειών (διαρροών) τους. Τώρα, στον 210 αιώνα, η ακουστική καταγραφή γίνεται η πρώτη γραμμή αντίδρασης από τους επαγγ ελματί ες σ ε μια αύ ξηση του νυχτ ε ρινού ρυθμού ροή ς σ ε μια περιφερειακή περιοχή με μετρητή. Ο ακουστικός καταγραφέας, ο οποίος κατασκευάστηκε στις αρχές του 2000, ξεπέρασε μερικά από τα προβλήματα που αντιμετώπιζαν τα προηγούμενα μοντέλα π.χ. μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας (μέχρι και 1 Ο χρόνια), ελαφρύτερος και μικρότερος για να χωρά ακόμα και στα μικρότερα δωμάτια. Αγοράζονται, συχνά, σε μεταφερόμενες θήκεζ, οι οποίες μπορεί να περιέχουν μέχρι και 15 καταγραφείς και τίθενται εύκολα σε λειτουργία. Πολλοί επαγγελματίες θεωρούν ότι η χρήση ακουστικών καταγραφέων έκανε την ανίχνευση διαρροών πιο αποδοτική και ελάττωσε, με αυτό τον τρόπο, το κόστος μείωσης των διαρροών. Παρόλα αυτά όμως, υπάρχουν περιπτώσεις στις οποίες εξακολουθεί να είναι απαραίτητος ένας βηματικός έλεγχος π.χ. ο εντοπισμός μιας διαρροής, η οποία δημιουργεί λίγο ή καθόλου θόρυβο ή ο εντοπισμός ενός άγνωστου χρήστη νερού Αρχές της ακουστικής καταγραφής ο ακουστικός καταγραφέας ανιχνεύει ένα σήμα από την αναμετάδοση ενός θορύβου διαρροής μέσω μιας σωλήνωσης, είτε ως κύμα πίεσης διαμέσου του νερού, είτε καθώς 17

18 μεταφέρεται μέσω του ίδιου του τοιχώματος του σωλήνα. Όπως και οι συσχετιστές θορύβου διαρροών, έτσι και οι ακουστικοί καταγραφείς, ενσωματώνουν έναν αισθητήρα επιταχυνσιόμετρου, είναι κατάλληλοι για την πλειοψηφία των καταστάσεων και χρησιμοποιούνται εύκολα με απλή τοποθέτησή τους σε ένα εξάρτημα, όπως ένας υδροφράχτης ή ένας πυροσβεστικός κρουνός Η χρήση ακουστικών καταγραφέων στο σύστημα διανομής Οι ακουστικοί καταγραφείς χρησιμοποιούνται, συνήθως, σε μια καθορισμένη περιοχή όπως μια περιφερειακή περιοχή με μετρητή ή μέρος μιας περιφερειακής περιοχής με μετρητή (Ζώνη Ελέγχου Διαρροών) όπου υπάρχουν υποψίες πιθανών απωλειών με τη μέτρηση της ελάχιστης νυχτερινής ροής. Αυτή είναι μια αποδοτική μέθοδος εντοπισμού διαρροών ή περιορισμού και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιοδήποτε είδος δικτύου διανομής. Ο ακριβής εντοπισμός μιας διαρροής ή διαρροών, επιτρέπει στις ομάδες που χρησιμοποιούν συσκευές εντοπισμού διαρροών να καθορίσουν με ακρίβεια τη διαρροή στο σημείο ανασκαφής, για να μπορέσει να γίνει η απαραίτητη επισκευή. Οι ακουστι~οί καταγραφείς ή καταγραφείς θορύβου εγκαθίστανται σε άμεσα προσιτά σημεία, όπως κρουνοί ή βαλβίδες, με τη χρήση δυνατού μαγνήτη και προγραμματίζονται για να ακούνε χαρακτηριστικά διαρροών. Τυπικά, ο θόρυβος καταγράφεται και αποθηκεύεται σε χρονικά διαστήματα του ενός δευτερολέπτου, για μια περίοδο δύο ωρών κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν ο θόρυβος στο υπόβαθρο είναι πιθανό να είναι χαμηλότερος. Με την καταγραφή και ανάλυση της έντασης και της συνοχής του θορύβου, κάθε καταγραφέας υποδεικνύει την πιθανή παρουσία (ή απουσία) διαρροής. Με 18

19 απλά λόγια, η τεχνική χρησιμοποιεί τη βασική αρχή του όσο πιο δυνατός είναι ο θόρυβος, τόσο πιο κοντά στη διαρροή είναι ο καταγραφέας. Ο θόρυβος, ο οποίος δημιουργείται από μια διαρροή, τείνει να έχει μια, σχετικά, συνεπή ευρύτητα ή ηχηρότητα. Τα δεδομένα μπορούν να ανακτηθούν και να αναλυθούν επιτόπου ή να μεταφερθούν πίσω στο γραφείο, για να αναλυθούν σε ηλεκτρονικό υπολογιστή.. Οι ακουστικοί καταγραφείς μπορούν να τοποθετηθούν είτε μόνιμα στο δίκτυο, είτε να τεθούν σε λειτουργία σε συγκεκριμένα σημεία για μια περίοδο, η οποία καθορίζεται από το χρήστη π.χ. δύο νύχτες. Το Σχήμα 2.4 παρουσιάζει έναν ακουστικό καταγραφέα και τον τρόπο χρήσης του. Οι καταγραφείς που τοποθετούνται γύρω από ένα μέρος του δικτύου περιλαμβάνουν την αναγνώριση καταγεγραμμένου ήχου από διαρροή, η οποία ακολουθείται από σύγκριση της ευρύτητας του ήχου στις διαφορετικές τοποθεσίες, για να καθοριστεί η κατά προσέγγιση θέση της διαρροής ή των διαρροών. Το Σχήμα 2.5 παρουσιάζει τυπικές τοποθετήσεις καταγραφέων σε ένα σύστημα διανομής. Η τρέχουσα γενιά των καταγραφέων θοpύβου περιλαμβάνει, επίσης, τη δυνατότητα σύντομων γραπτών μηνυμάτων και ασυρμάτου για αυξημένη ευελιξία στη χρήση. Αυτό παρέχει αμφίδρομη επικοινωνία και προσφέρει αποδοτική χρήση του καταγραφέα, όταν βρίσκεται σε μόνιμη λειτουργία. 19

20 Σχήμα 2.4 Ένας ακουστικός καταγραφέας και ο τρόπος χρήσης του Υπάρχε ι ένα ς αρίθμό ς παραγόντων, ο οποίο ς μπορ ε ί να επηρεάσει την αποδοτικότητα της ακουστικής ανίχν ευσης διαρροών και αυτοί είναι: Κατανάλωση νερού Πίε ση συστήματο ς Υλικό σωλήνα (ο όλκιμος χυτοσίδηρος είναι καλός αγωγός του ήχου, ενώ οι πλαστικοί σωλήνες είναι κακοί αγωγοί) Διάμετρος σωλήνα (οι σωλήνες μικρότερων διαμέτρων δημιουργούν καλύτερους θορύβους διαρροών, από ότι οι σωλήνες μ ε μεγαλύτε ρες διαμέτρους) Άλλοι θόρυβοι μέσα στο δίκτυο Μέγεθος της δtαρροής, δηλαδή, μια μικρή τρύπα στο σωλήνα θα δημιουργήσει έναν πιο δυνατό θόρυβο από ότι μια μεγάλη τρύπα 20

21 Σχήμα 2.5 Τοποθετήσεις ακουστικών καταγραφέων μέσα σε ένα σύστημα διανομής Αναγνώριση πιθανής διαρροής Ένας καλός θόρυβος διαρροής θα δημιουργήσει ένα σταθερό συγκεντρωμένο ήχο, τυπικά, ένα επίπεδο ντεσιμπέλ με ψηλή κορυφή και μικρή διασπορά του ήχου. Τα αποτελέσματα του καταγραφέα από μια περιοχή δεν πρέπει να αναλύονται απομονωμένα, αλλά πρέπει να συγκρίνονται μεταξύ τους, για να καθοριστεί η σημασία του πιθανού θορύβου διαρροής από την ομάδα. Τα Σχήματα 2.6 και 2.7 παρουσιάζουν εκτυπώσεις από έναν ακουστικό καταγραφέα, οι οποίες υποδεικνύουν πιθανή διαρροή και καθόλου διαρροή αντίστοιχα. Γενικά, οι μεγάλες διασπορές, χωρίς ξεκάθαρα καθορισμένες κορυφές, είναι φυσιολογικές όταν δεν υπάρχουν διαρροές. 21

22 Logge r ΊO: 1.. ' LDOD.er'JD.; 5 όdβ 100 d8 Σχή μα 2. _.. κτύπ ση από α ου τ ι _ αταγ ρ αφ έα η - π ί υποδ εικνύ ε ι πιθανή διαρροή 1 L~ lt:j. 1 δ 1 Σχήμα 2.7 Ε κτύπωση από ακουστικό καταγραφέα η οποία δ εν υποδεικνύ ε ι διαρροή 22

23 2.1.9 Τακτική ή τυχαία ακρόαση Όταν δεν υπάρχουν Ζώνες ή περιφερειακές περιοχές με μετρητές, το πρώτο στάδιο της ανίχνευσης διαρροών μπορεί να είναι μια έρευνα ακρόασης με μια παραδοσιακή ράβδο ακρόασης, μια ηλεκτρονική ράβδο ακρόασης ή μια συστηματική έρευνα με τη χρήση ακουστικών καταγραφέων. Στη συνέχεια, χρησιμοποιούνται συσχετιστές θορύβων διαρροής ή γαιόφωνα για να καθοριστεί η ακριβής τοποθεσία. της διαρροής. Αυτό το σύστημα έρευνας βυθομέτρησης ρουτίνας είναι χρονοβόρο και όχι τόσο αποδοτικό, σε όρους συγκέντρωσης σε περιοχές όπου υπάρχουν πιθανές διαρροές. Ο τεχνικός διαρροών μπορεί, συχνά, να ελέγχει για διαρροές σε τμήματα του δικτύου στα οποία δεν υπάρχουν. Παρόλα αυτά όμως, η τακτική βυθομέτρηση προσφέρει συστηματική επιθεώρηση του συστήματος και μπορεί να παρατηρηθούν και να αναφερθούν άλλα προβλήματα. 2.2 Τεχνικές Ακουστικού Εντοπισμού Διαρροών Μετά από μια επιτυχημένη άσκηση ανίχνευσης διαρροών σε μια περιφερειακή περιοχή με μετρητή ή σε μια ζώνη με ακουστικούς καταγραφείς ή βηματικό έλεγχο, το επόμενο στάδιο είναι να εξακριβωθεί η ακριβής τοποθεσία της διαρροής. Η άσκηση εντοπισμού τοποθεσίας της διαρροής θα συγκεντρωθεί σε συγκεκριμένα τμήματα της περιφερειακής περιοχής με μετρητή, στα οποία υπάρχουν υποψίες ότι βρίσκονται οι πιθανές διαρροές. Αν δεν έχει πραγματοποιηθεί μια άσκηση εντοπισμού διαρροών, μπορεί να πραγματοποιηθεί μια έρευνα τοποθεσίας διαρροών για ολόκληρη την περιφερειακή περιοχή με μετρητή. 23

24 llαρόλο που αυ τή η μ ' Θοδο ς μπορ ε ί να μην ίνα ι αποδοτική, παρέχε ι συ στηματ ικό έλεγχο τη ς π ε ριφ ε ρ ειακή ς π ε ριοχή ς με μετρητή και πολύ πιθανό να οδηγήσ ε ι στην αναγνώριση και άλλων προβλημάτων εκτός από τις δ ιαρρο ές. Αυτή η μέθ οδος ε ίναι ιδ ιαίτερα χρήσιμη, ότ αν δημιουργ ε ίται για πρώτη φ ρά μια π ριφ ρ ε ιακή πε ριοχή μ ε μ ετ ρη τή. Υπάρχουν. αρκ ετ έ ς μέθοδοι, οι οποίες μπορούν. να χρησιμοποιη θούν για τον εντοπισμό της διαρροής ή του σπασμένου σωλήνα και καθώς δημιουργείται καινούριος εξ πλ ισμ 'ς, ο ι τ εχνι κ ' ς αλλάζουν κα ι ε ξ λ ίσσοντα ι. Είναι, επίσης, αλήθεια ότι μέρος του εξοπλισμού για εντοπισμό των διαρροών λε ιτουργεί καλύτερα σε κάποια συστήματα διανομής παρά σ ε κάποια άλλα. Καμιά από τις μεθόδους, οι οποίες θα περιγραφούν σε αυτό το κεφάλαιο, δεν είναι εντελώς αλάνθ αστες και δεν μπορούν ν α υποτιμηθούν η δ εξ ιότη τα και η ε μπ ε ιρία Ι κίνητρο του χε ιριστή στον εντοπισμό μια ς δ ιαρροή ς. Όλες οι μέθοδοι έρευνας, οι οποίες περιγράφονται, στηρίζονται στο γεγονός ότι η διαρροή θα προκαλεί κάποιο θόρυβο, με εξαίρεση τους ανιχνευτές εδάφους και μια τεχνική, η οποίά χρησιμοποι ε ί α έ ριο για να ανιχν εύσ ε ι τη διαρροή Ά μ ε ση α κ ρόαση και έ μμ ε ση α κ ρόαση Η πιο κοινή μέθοδος για καθορισμό της θέσης μιας διαρροής ε ίναι η άμε ση ακρόαση. Ο τεχνικός διαρροών ψάχνει για το χαρακτηριστικό ήχο τη ς διαρροή ς τοποθ ετώντα ς μια συσκ ευή ακρόασης πάνω σε ένα εξάρτημα, όπως ένα υδροφράχτη, ένα κρουνό ή μια στρόφιγγα. Η επιφανειακή ή έ μμεση ακρόαση είναι μια μέθοδος κατά την οποία η ακουστική ακρόαση γίνεται στην επιφάνεια κατευθείαν πάνω από τη σωλήνωση, για να καθοριστ ε ί η τοποθ ε σία τη ς 24

25 μέγ ιστη ς ένταση ς του ή χου. Ο μέγιστο ς ήχο ς ε ίναι, συχνά, κατ ευ θείαν πάνω από τη δ ιαρροή και είναι μια μ έ θοδο ς επαλή θ ε η ς το ντ π ισμ ύ μ τη χρήση άλλη ς τ χν ι κή ς Εξοπλισμός ο οποίος χρησιμοποιείται κατά την ακρόαση Υπάρχε ι μια ποικιλία τύπων εξοπλισμού, οι οποίοι χρη σ ιμοποιούντα ι για τον εντοπ ισμό δ ιαρροών μέσω του ή χου που δημιουργείται από τη διαρροή ή το σπάσιμο. Υπάρχουν μερικοί παραδοσιακοί τύποι οργάνων, οι οποίοι συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται ευρ έως για τον εντοπισμό διαρροών και μια ποικιλία ηλεκτρονικών μεθόδων, οι οποίες έχουν αναπτυχθεί τα τ ελευταία είκοσι χρόνια. Ο πιο κοινός εξοπλισμός που χρησιμοποιε ίτ αι για βυθομέτρηση ε ίναι : Στηθοσκόπιο ή ράβδος ακρόασης Ηλεκτρονικοί ανιχν ευτές διαρροών Γαιόφωνο Συσχετιστή ς θορύβου διαρροή ς Ο ηλεκτρονικός καταγραφέας συσχέτισης Βασική ράβδος ακρόασης και Ηλεκτρονική ράβδος ακρόασης Το στηθοσκόπιο ή ράβδο ς ακρόασης αποτ ελεί.ένα μη δαπανηρό αλλά α ξ ιόπιστο ακουστικό όργανο εδώ και πολλά χρόνια. Στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι το πρώτο όργανο, το οποίο χρησιμοποιεί ο τεχνικός διαρροών στην αναζήτησή του για εντοπισμό μιας διαρροής. Οι ράβδοι ακρόαση ς ε ίναι διαθέσιμες σε διάφορα σχήματα και μεγ έ θη και μπορούν να κατασκευαστούν από διαφορετικά ε ίδη ξύλου ή μέταλλα. Αυτή η συσκευή είναι πολύ απλή στη χρήση, το ένα άκρο τοποθετείται πάνω σε ένα εξάρτημα, όπως ένας 25

26 υδροφράχτης ή μια στρόφ ιγγα και το άλλο τοποθετείτα ι κοντά στο αυτί. Ο θόρυβος της διαρροής μεταφέρεται από το εξάρτη μα στο αυτί. Οι ράβδοι ακρόασης κατασκευάζονται από μ ια πο ικ ιλ ία υλικών.. Η πρώτη ράβδος ακρόασης ήταν κατασκευασ μένη από ξύλο. Με ρικές ράβ δ οι ακρόασης μπορούν να έχουν τηλεσκοπι κή μο ρφή, για να μπορούν να χρησιμοποιούνται για βυθομέτρηση πάνω από τα κλειδιά των βαλβίδ ων. Τα στη θοσκόπια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ε ίτ ε για άμ ε ση, είτ ε για έμμεση βυθ ο μ έτρηση. Είνα ι σημαντικό να σημ ε ιωθεί, ότι η επιτυχημένη χρήση μιας ράβδου ακρόασης εξαρτάται από την καλή ακοή του χε ιριστή. Το Σχήμα 2.8 παρουσιά ζε ι έναν τ εχνικό διαρροών να πραγματοποιεί βυθομέτρηση με μια παραδοσιακή ράβδο ακρόασης. 26

27 Σχήμα 2.8 Ένας τ εχνικός δ ιαρροών πραγματοποιεί ακρόαση με π α ρ αδ -σ ιακή ρ ά β ακρ όαση ς (P ilch 1" et al., 200 ) Η ηλεκτρονική μορφή της ράβδου ακρόασης, γενικά, αποτελείται από ένα μικρόφωνο, ενισχυτή και ένα συνδυασμό φίλτρων συχνοτήτων. Η έξοδος του ενισχυτή αλληλεπιδρά με μια οθόνη χειρός και ακουστικά, τα οποία μειώνουν σε μεγάλο βαθμό τ ου ς θορύβου ς στο υπόβαθρο. Τα μοντ ' ρνα συστήματα είναι εύκολα στη χρήση και περιλαμβάνουν, συνήθως, ένα τρίποδο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε τραχιές επιφάνειες, αιχμηρό αισθητήρα χειρός για χρήση σε μαλακό έδαφος ή για άμεση χρήση πάνω σε εξάρτημα. Με αυτό τον τρόπο, αυτό το όργανο μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για άμεση, είτ ε για έ μμ εση ακουστική βυθομ έτρηση διαρροών. Τόσο η βασική ράβδος ακρόασης, όσο και η ηλεκτρονική μορφή της, συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται ευρέως από την πλειοψηφία των μηχανικών διαρροών για: Τακτικ έ ς ή τυχαίες έ ρευνες σε ένα σύστημα ή ένα μ έ ρος του συστήματος, όπως μια περιφερειακή περιοχή με μετρητή, βυθομέτρηση σε όλα τα εξαρτήματα Έρευνα ακρόασης μόνο σε βαλβίδες και κρουνούς Επιβ ε βαίωση της θέσης της διαρροής, η οποία εντοπίστηκε από άλλα όργανα, δηλαδή, συσχετιστή θορύβου διαρροών ή γαιόφωνο Το γαιόφωνο Το γαιόφωνο είναι ένα εύκολο στη χρήση εργαλείο ανίχνευσης διαρροών τόσο για άμεση, όσο και για έμμεση βυθομέτρηση. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό διαρροών τοποθετώντας το σε ένα εξάρτημα, όπως ένας υδροφράχτης, με 27

28 ένα μαγνή τη ή μπο ρ εί να χρη σ ιμοπο ιηθ ε ί στην επιφάνεια του εδάφου ς κατ ευθ είαν πάνω από τη σ λή ν η. Σε αυτή την έ μμεση τεχνική βυθομέτρησης, το γαιόφωνο μετακινείται στην έκταση της επιφάν ε ιας, μ ε το χειριστή να σημειώνει τις αλλαγ έ ς στην ένταση του ήχου, καθώς το μικρόφωνο πλησιάζε ι το σημε ίο τη ς διαρροής. Υπάρχουν μορφ έ ς τη ς συσκ ευή ς, ο ι οπο ίε ς π ερ ιλα μβάν υν οθόνη παρουσίασης των ήχων, κάτι το οποίο μπορεί να διευκολύνει το χειριστή. Επίσης, πολλοί χειριστές χρησιμοποιούν ακουστικά για να μειώ σουν ή ν α αποκόψουν εντ ε λώς εξωτ ε ρικούς θορύβους στο υπόβαθρο. Το Σχήμα 2.9 παρουσιάζει έναν τεχνικό διαρροών να χρησιμοποιεί ένα γαιόφωνο. Το γαιόφωνο χρησιμοποιείται, συχνά, για να επιβεβαιώσει την ακριβή θέση μιας διαρροής, η οποία έχε ι ήδη εντοπιστ ε ί από συσχετιστή θορύβου διαρροών, για να διασφαλιστ ε ί" ότι η εκσκαφή για την επιδιόρθωση θα γίν ε ι με ακρίβεια. Σχήμα 2.9 Τεχνικός διαρροών ο οποίος χρησιμοποιεί γαιόφωνο (Pilcher et al., 2008) 28