Bevezetés 1. A diplomamunka célkitűzése Cegléd vízellátását 11 db mélységi fúrt kút biztosítja. Ebből jelenleg 8 van üzemben, a többi tartalék. A jövőben, a városfejlesztési beruházásoknak köszönhetően több olyan létesítmény is megépítésre kerül, amely jelentősen befolyásolhatja a város jelenlegi ivóvízhálózatának hidraulikai viselkedését. Ilyen például a Cegléd északi részén épülő új ipari park, vagy a régi laktanya helyén épülő 4 emeletes panelházak. Ezeknek egy része már ma is használatban van. A feladat célja egyrészt a jelenlegi (2009) vízellátó rendszer állapotának, másrészt a távlati (2019), ipari és lakóparkkal kibővült város vízhálózatának hidraulikai felülvizsgálata. A megváltozott vízigények és rendszerkialakítás miatt javaslatot teszek a szükséges fejlesztésekre, rekonstrukciós beavatkozásokra. 2. Tervezési terület ismertetése Pest megye déli, délkeleti felének regionális központja Cegléd. A város területe a Gerje-Perje síkot és a Pilisi-Alpári homokhát északi részét érinti, a barna erdei talaj, a mezőségi csernozjom és a Duna-Tisza közi homok egyaránt megtalálható. Területe igen nagy, a magyar városok sorában a 13. helyen áll, mintegy 245 km 2. 1. ábra Cegléd térkép - 3 -
Ennek ellenére igaz, hogy a város környéke sík jellegű, a 100 m-es tengerszintfeletti vonal áthalad a város határában, de néhány km-en belül a 120 m-es, és 90 m-es szintvonal is megtalálható. A városban a legmagasabb pont a Kálvária temetőben van (106 mbf.), a legmélyebb pont a Cigányszék-Süppedéki tó környékén (89 mbf). 2. ábra Cegléd belváros Cegléd éghajlata mérsékelten kontinentális, a szárazföldi és szibériai hatások kevésbé jellemzőek, az óceáni és mediterrán befolyások egyre markánsabban jelentkeznek. Februárban igen nagy, júniusban igen kicsi a hőingadozás, október 21-től április 17-ig fagyok várhatók Cegléd környékén - ennek mind mezőgazdasági, mind építészeti értelemben nagy jelentősége van. Az átlaghőmérséklet 10,7 C, ettől a közigazgatási határon belül 0,4-0,9 C eltérés lehetséges, az évi csapadékmennyiség 536 mm-es átlaga viszont igen nagy szélsőségeket takarhat, hiszen 1992-ben közel 35 %-kal kevesebb csapadék hullott, mint más években, de szélsőségesen vizes, belvizes évek is előfordultak az elmúlt 90 esztendőben. A Gerje-patak 1963-ban árvizet okozott, de azóta többször kiszáradt a nyári hónapokban. A termál- és gyógyvíz kincs is jelentős Cegléd környékén, részben hasznosítva vagy a felhasználás tervezési szakaszában, nem kedvezőtlenek a város és a környező települések hidrotermikus adottságai. A felső pannon rétegek errefelé kb. 1000 m vastagságúak, amelyek 60-70 C -os termálvizet képesek adni. A Vikuv törzskönyvek alapján itt 14 termálkút található, 30-68 C -os vizet szolgáltatnak. Abony, Albertirsa, Dánszentmiklós, Tápiógyörgye, Tápiószentmárton, Törtel és Nagykőrös további 24 kútja jelzi, hogy bőséggel akad termálvíz ebben a régióban. - 4 -
3. ábra Ceglédi Aquapark Cegléd beépítetlen részeire a mezőgazdasági hasznosítás a jellemző, a szántók és a legelők, az ún. feketeföldön helyezkednek el. Régi hagyománya van a nyári tanyás gazdálkodásnak illetve a homoki részeken a szőlő- és gyümölcstermesztésnek. Öntözési lehetőség csak a kertészeti kultúrákban van, itt a csőkutak nagy száma segíti a hobbikertészeteket, gazdálkodókat, a Gerje-patak csak Ceglédbercelnél élteti a réteket. Cegléd DK-Pest megye jól megközelíthető városa a vasúti fővonalak (100-as és 120-as) találkozásánál és a 4-es számú főközlekedési útvonal mellett fekszik. Mivel beépített részei nagyjából kör alakúak, a település minden irányból jól fejleszthető. - 5 -
4. ábra 100-as és 120-as vasúti fővonalak elágazása Jelenlegi és távlati rendszerkialakítás 3. Meglévő rendszer ismertetése Cegléden város közműves vízellátása 1969-ben kezdődött. Azóta összesen 11 db mélyfúrású kút épült meg, amiből jelenleg 8 db üzemel. 2 kút a vízmű telepen belül helyezkedik el, ezekben 2-2 szivattyú található. A vízmű telepi 2 kút vízkezelésére vasmangántalanító rendszer került megépítésre, amely azonban jelenleg üzemen kívül van. Ennek oka később ismertetésre kerül. A 4 szivattyú közül az egyik képes direkt módon a hálózatba is dolgozni, vízkezelés nélkül. A kútsoron elhelyezkedő többi kút szivattyúja egyenesen a hálózatba termel. Az említett szivattyúk nem csupán Cegléd, hanem a közeli Budai úti térség vízellátását is biztosítják. Ezért a Budai úti részen a megfelelő nyomás biztosításához nyomásfokozó épült. A rendszer működését jelenleg 2 db nagy teljesítményű hálózati szivattyú biztosítja, amelyek a vízmű telepi medencéből továbbítják a vizet. A hálózati nyomást és a víz tárolását 1 db térszíni tározó, és 2 db víztorony biztosítja. A térszíni tározó lényegében egy 3 részből álló medence (össz. 3000 m3), amely a vízmű telepen található, a vas-mangántalanító után. A víztornyok közül az egyik Cegléd belvárosában található 600 m3-es vasbeton szerkezetű, csonkakúp alakú tározó, a másik pedig a Budai úti térségben található 50 m3-es acélszerkezetű hidroglóbusz. A rendszerben tehát 2 nyomászóna van. A jelenlegi rendszer működési elve a 8. ábrán, a magassági elrendezés a 9. ábrán látható. - 6 -
5. ábra Belvárosi víztorony 6. ábra Vízmű telepi térszíni tározó - 7 -
Kútsor Vízműtelep 7. ábra Cegléd város ivóvízhálózatának helyszínrajza, a 2 nyomászónával - 8 -
Jelen funkcionális séma - 9 -
Magassági elrendezés, működési vázlat - 10 -
Az elosztóhálózat nagy részét AC anyagú csövek alkotják, de előfordulnak KM-PVC, acél, és PE csövek is. A gerincvezetéket 300-400-as acél csövek alkotják, amelyek a kutaktól egészen a belvárosig terjednek. 10. ábra Vezetékhálózat átmérőviszonyai 3.1. Vízbeszerzés, gépészet Az előző pontban említett kutak, szivattyúk, nyomásfokozók adatait az 1. táblázat tartalmazza. - 11 -
1. táblázat - 12 -
11. ábra Vízműtelepi 1. sz. kút 12. ábra Vízműtelepi 13. sz. kút - 13 -
13. ábra Hálózati szivattyúk 14. ábra Hálózati szivattyúk és zárjaik - 14 -
3.2. Vízkezelés, tisztítótechnológia Az alföldi mélyfúrású kutakra általánosan jellemző a magasabb vas és mangán tartalom. Ez a ceglédiek esetében azt jelenti, hogy a víz vastartalma a 0,2 mg/l-es, mangántartalma a 0,05 mg/l-es határérték környékére tehető (15. ábra). Azonban az üzemeltető mégis úgy döntött, hogy elindítja a vas-mangántalanító rendszer kiépítését. Ez a beruházás több ütemben valósult volna meg, azonban anyagi okokból csak az I. ütem épült ki. A gyakorlatban ez az jelentette, hogy a vízmű telepi 2 kút 4 szivattyúját a vas-mangántalanítóra kötötték rá, míg a többi kút (kútsor) egyenesen a hálózatra dolgozott. A keveredett víz hatására olyan vízminőségi romlás következett be, amely teljesen fölöslegessé tette a vas-mangántalanító kiépítését. A szakemberek rájöttek a problémára: A Fe2+ és a Mn2+ ionok oxidálásához használatos KMnO4 egy része kikerül a vas-mangántalanító rendszerből, majd az összeköttetés miatt keveredik a mélységi kutakból érkező tiszta vízzel. Innen ugyanaz az oxidációs folyamat játszódik le, mint korábban a szűrőben, csak éppen a hálózatban. Számos panasz érkezett a fogyasztóktól a vízcsapokon keresztül kifolyó kicsapódott, sárgás színű Fe(III) vegyület maradványokról, így meg is szűnt a vas-mangántalanító működése, jelenleg is üzemen kívül van. A technológiai folyamatábra a 17. ábrán látható. 600 500 400 Üzemelő kutak Fe2+ és Mn2+ tartalma 300 200 Fe2+ (µg/l) Mn2+ (µg/l) 100 0 1 4 5 10/A 11 11/A 12 13 15. ábra Kutak vas-és mangántartalma - 15 -
1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Üzemelő kutak NH4+ tartalma 1 4 5 10/A 11 11/A 12 13 NH4+ (mg/l) 16. ábra Kutak ammónium-ion tartalma A másik probléma az egyes kutaknál nagy koncentrációban előforduló ammóniumion (16.ábra). Látható, hogy a 11/A jelű és a 12 jelű kutak NH4+ tartalma a 0,5 mg/l-es határértéket lényegesen meghaladja. Azonban az Üzemeltető részemre bocsátotta az ÁNTSZ-nek küldött tározókban és fogyasztóknál mért vízmintavételi eredményeket. Az eredmények azt mutatják, hogy a fogyasztókhoz eljutó NH4+ tartalom mindenhol határérték alatt van, így az Üzemeltető nem alkalmaz ammónium eltávolítást, a koncentrációját szivattyúk be és kikapcsolásával szabályozza. A mérések alapján az is kimutatatható, hogy a közvetlen veszélyt is jelentő NO2- koncentráció szintén az egész településen kevesebb, mint 0,02 mg/l. Ebből tehát arra lehet következtetni, hogy a hálózat nem hajlamos a nitrifikációra. A magas NH4+ tartalom miatt a vízkezelésben időszakos klórozást alkalmaznak. - 16 -
- 17 -
18. ábra A 4 db szűrőtartály egyike a hozzá tartozó gépészettel 19. ábra Vas-mangániszap ülepítő medence - 18 -
4. Távlati rendszerkialakítás ismertetése A jelenlegi rendszerben több gyengepont is van. A legmelegebb nyári időszakokban (pl. 2007-es év) óracsúcs idején a látszólag nagy kapacitástartalék ellenére is határon volt az ivóvíz szolgáltatás, a víztorony rohamosan ürült. Ezen kívül a távlati kialakításban gondoskodni kell a jövőben építendő ipari és lakópark vízigényeivel megnövelt ivóvíz biztosításáról is. 20. ábra Távlati állapotban létesítendő ipari és lakópark A fentebbi problémák elkerülése végett, illetve a rendszer központosítása érdekében az Üzemeltető beavatkozást tervez. A cél az, hogy minden kút egységesen, direkt módon a vízmű telepi térszíni tározóba termeljen, majd onnan a hálózati szivattyúk nyomják a hálózatba a vizet. A tervezett, távlati kialakítás a 21. 22. ábrán látható. Ezen beavatkozások után egy centralizált, jól ellenőrizhető, a technológiát is hasznosítani tudó rendszer jöhet létre. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a vízmű telep környékén a megfelelő tolózárak nyitásával zárásával, illetve néhány méter új cső lefektetése után előáll az említett változat. A 23. ábrán látható a vízmű telep a jelenben, illetve a 24. ábrán a távlatban építendő 400-as vezeték megépítése után. Természetesen ez csak egy elvi megoldás a modell működése miatt, a valóságban pontos felmérésekre van szükség. - 19 -
Távlati I. funkcionális séma - 20 -
Távlati II. funkcionális séma - 21 -
23. ábra A vízmű telepi csőhálózat a jelenben - 22 -
24. ábra A vízmű telepi csőhálózat a távlatban Ennél a pontnál hiba lenne nem megemlíteni, hogy az Üzemeltetőtől kapott információim szerint a térszíni tározótól az elágazásig 150 KM-PVC cső található, ami a modell alapján már a jelenlegi terhelés alapján is túlterhelt, így a modellezés során 300-as átmérővel szerepel (rózsaszín, akárcsak a többi 300-400-as). Azonban a későbbiekben ismertetett vízigény változások, és rendszer kialakítás változások miatt ezt a vezetékszakaszt 400-as belső átmérőre kell cserélni. 4.1. Vízgépészet A vízgépészetet tekintve a távlatban először ugyanazon szivattyú típusokat vettem figyelembe, ezek pontos kielemzésére és a javasolt változtatások ismertetésére a későbbiekben kerül sor. Előirányzatként annyit, hogy a távlatban 2 változatra teszek javaslatot: Az első változatban a jelenlegi hálózati szivattyútípusok kerültek betervezésre nagyobb számban, a másik változatban több kisebb kapacitású hálózati szivattyú szolgáltatja a vizet. A kutak szivattyúit minden esetben cserélni kell a megváltozott emelőmagasságok miatt, ezt a távlati szivattyú kiválasztás után egy összesítő táblázatban mutatom be. 4.2. Vízkezelési technológia A megváltozott kialakítás miatt az NH4+ tartalom matematikai modellezésére elkészítettem egy közelítő, üzemállapotok szerint csoportosított keveredés számítást. Ez a 2. táblázatban látható. - 23 -
- 24 -
Keveredés számítás - 25 -
- 26 -
A táblázat jól megmutatja, hogy a távlati kialakításban - feltételezve, hogy a kutak koncentráltan a vízmű telepre termelnek, és az adott üzemállapotnak megfelelő számú szivattyú üzemel a kisebb vízfelhasználású időszakokban magasabb, időnként határérték feletti az ammónium-ion tartalom. A Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszéktől kért javaslat alapján, - feltételezve, hogy a rendszer továbbra sem lesz hajlamos a hálózati nitrifikációra, illetve a THM vegyületek továbbra sem lesznek kimutathatók törésponti klórozást kellene alkalmazni. A Diplomamunkában nem kívánok többet a vízkezelési technológiával foglalkozni, hiszen a fő cél a hidraulikai vizsgálat, de fontosnak tartottam legalább ilyen szinten bemutatni az említett kérdéskört is. Víztermelés, vízértékesítés, vízigények, vízmérleg 5. Víztermelési adatok Az Üzemeltető a rendelkezésemre bocsátotta a 2008-as év víztermelési adatait napi bontásban, a 2006-2009 időintervallum adatait havi bontásban, illetve a meghatározó időszakokat napiban, valamint az érintett napok műszaknaplóit. Víztermelési adatok 200000 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 2006-os év (m3) 2007-es év (m3) 2008-as év (m3) 2009-es év (m3) 25. ábra A fentebbi ábrán látható, hogy a kitermelt víz mennyisége néhány kivételtől eltekintve csökkenő tendenciát mutat az évek múltán. Ennek legfőbb oka feltehetően a csökkenő vízfelhasználás, illetve az egyre kevesebb hálózatból elszökő víz. A napi bontásokból meghatároztam az elmúlt 4 év Qdmax, Qdmin, és Qdátl értékeit. A 26. ábra jól szemlélteti, hogy a 2007-es kiugróan száraz év volt. Hosszú évek óta 2007. július 19.- én volt a legnagyobb Cegléden a víztermelés. Az OMSZ adatai szerint több mint egy hétig - 27 -
nem volt csapadék, és a hőmérséklet minden nap meghaladta a 35 C-ot, a legmelegebb napokon elérte a 41 C-ot. 8000 Víztermelés alakulása Kitermelt víz (m3/d) 7000 6000 5000 4000 3000 2000 2006 2007 2008 2009 Qdátl Qdmax Qdmin 26. ábra A 2008. évi napi adatokat tekintve az értékek elég nagy ingadozást mutatnak, ennek oka egyrészről lehet a mérési pontatlanság, másrészről pedig a hétköznapitól eltérő hétvégi vízfelhasználási szokások. Az adatokat korrigálva, az alábbi felvett termelési görbét követte a város a 2008-as évben: 27. ábra A kutak, szivattyúk 2008. évi jellemző termelési adatait a 3. táblázatban láthatjuk. - 28 -
2008-as víztermelés - 29 -
- 30 -
Ezen termelési értékek és az üzemóraszámuk alapján meghatározhatunk ezekre a szivattyúkra egy átlagos kapacitási értéket. Ami a táblázatból kitűnik, az egyrészről az, hogy a hálózati szivattyúk kb. ugyanannyit dolgoznak, felváltva, ritkán van szükség egyszerre a kettőre. Másrészről pedig a 4-es szivattyú szinte 24 órában működik folyamatosan. A következő táblázatokban azt foglaltam össze, hogy a kút és szivattyúkapacitások miként változhatnak a jelenhez képest. A kutakat tekintve a tervezett azt jelenti, hogy a kút kapacitása elvileg mit bírna, a jelen pedig azt, hogy milyen a jelenlegi kapacitás a beépített, üzemelő szivattyú miatt. A távlati időhorizontban azt feltételeztem, hogy a kutak vízadó képessége a 10 év elteltével 5%-ot csökken. A hálózati szivattyúknál a jelenben 2 db, a távlati 1. esetben 3 db nagy kapacitású, a távlati 2. esetben 4 db kisebb kapacitású Grundfoss szivattyú található, napi 20 órás üzemmel számolva. Ezeknél nem számoltam kapacitáscsökkenéssel. A táblázatok értelmezéséhez hozzá tartozik, hogy jelenben a funkcionális kialakítás végett nem mondanak sok mindent az értékek, hiszen a kutak felől és a hálózati szivattyú felől is van betáplálás. Viszont a távlati horizontokban hasznosabbak az adatok, hiszen tudjuk, hogy 2019-re a kutak várhatóan 10700 m3-t tudnak naponta betermelni, míg a hálózati szivattyúk a beavatkozások után 10200 10500 m3 vizet képesek a hálózatba juttatni. 4. táblázat Kutak kapacitásai 5. táblázat Hálózati szivattyúk kapacitásai - 31 -
6. Vízértékesítés, veszteségek, β-tényező Az Üzemeltetőtől kapott adatok alapján a 28. ábrán mutatom be a víztermelés és vízértékesítés összefüggését az elmúlt 4 esztendőben. A különbözet adja a vízmű saját felhasználásából származó vizet (1600 2000 m3/hó), illetve a hálózati veszteségnek tekinthető vízmennyiséget. A hálózati veszteség folyamatosan csökkenőben van a településen, és az adatok alapján a csőhálózat nagyon jó állapotban van. A hálózati veszteség 2009-re kb. 13%-os, várhatóan ez maradni is fog (29. ábra). Az évszakos egyenlőtlenségi tényező (β) a jelen időhorizontban 1,18, viszont a 10 évre előre prognosztizált adatok szerint, és az egyre szélsőségesebb időjárási körülmények hatásait figyelembe véve a távlati időhorizontban 1,35-re vettem fel az értékét (30. ábra). A fajlagos vízfogyasztás a korábban emlegetett víztermelési adatokat követve folyamatosan csökken, az Üzemeltető véleménye szerint, és a helyi tapasztalatok alapján a fajlagos vízfogyasztás a 90 l/fő,d környékén fog állandósulni, így a távlatban ezt vettem alapul a számításban (31. ábra). 28. ábra Víztermelés vízértékesítés - 32 -
29. ábra Hálózati veszteségek alakulása 30. ábra β - tényező előre prognosztizálása - 33 -
Fajlagos vízfogyasztás (l/fő,d) 125 121 117 113 109 105 101 97 93 89 85 2006 2007 2008 2009 Idő (év) 31. ábra Fajlagos vízigények alakulása 7. Vízigények A vízigények meghatározásához a fentebb ismertetett paramétereken kívül lakossági adatokra van szükség. A következő táblázatban a KSH adatai vannak összefoglalva, a 2001.02.01.-én tartott népszámlálástól kezdve egészen a jelenig. 6. táblázat KSH népszámlálási adatok A táblázatból látható, hogy a lakosok száma 2005-ig emelkedett, majd utána csökkenő tendenciát mutat. Ezt az alábbi grafikonnal szemléltetem: - 34 -
32. ábra Lakos szám és fejlődési ráta alakulása A piros színnel jelzett polinom a lakos szám változását, a kék színnel jelzett a fejlődési ráta változását mutatja. A 2019-es évre prognosztizált értékeket az egyenes egyenletébe való behelyettesítés után kapjuk. Ezek alapján az előre vetített lakosság 37700 fő körül alakul. Nekünk igazából nem a teljes lakosságra van szükségünk, hanem csak azokra, akik a hálózati vizet használják. A 7. táblázatban látható, hogy a jelen időhorizontban 90,2 %-os az ivóvíz ellátottság aránya. Az Üzemeltető véleményét, és a település jellegét tekintve a távlatban 95%-os ellátottsággal számoltam. Ennek oka a település külső részein található olyan ingatlanok, illetve tanyák, amelyek saját kutakból oldják meg várhatóan a jövőben is az ivóvíz használatot. - 35 -
7. táblázat Ivóvízzel ellátott lakosok aránya Összefoglalva tehát azok száma, akik a hálózati vizet használják a jelenben 34300 fő, a távlatban 35817 fő a lakosság csökkenésének ellenére is. Az alábbi ábra egy összesítő táblázat, amelyben az előzőekben megismert adatokkal számolva láthatjuk a település használati vízigényét a jelenben és a távlatban. 8. táblázat Települési vízigények bemutatása - 36 -
A fejlesztési területeknél az 5 m3/d,ha vízigényt szakirodalom alapján vettem fel. Látható, hogy a Qdátl vízigények a két időhorizontban gyakorlatilag megegyeznek. A veszteségekkel terhelt Qdmax vízigényekben azért látható mégis ekkora különbség, mert az évszakos egyenlőtlenségi tényező ingadozása egyre nagyobb a korábban bemutatott grafikon alapján. Így tehát a jelenben Qdmax esetén 5561 m3/d, távlatban 6370 m3/d vízbetáplálásra van szükség. 8. Tűzi-vízigények A tűzoltási vízigényeket a tűzcsapok elhelyezkedése alapján az egyes tűzszakaszokra 900 l/min, (15 l/s) határoztam meg. A távlatban épülő ipari és lakó park tűzi-vízigényét egységesen 3000 l/min-re vettem fel. A modellezés során megvizsgáltam néhány hidraulikailag érzékeny helyen fekvő tűzcsap, meglévő rendszerkialakítás melletti, maximálisan kiadható vízmennyiségét, illetve az ipari és lakó park tűzoltási lehetőségeit. 9. Vízmérleg A korábban már bemutatott kutak és hálózati szivattyúk termelési adatait, az adott rendszerkialakítást figyelembe véve, adott időhorizontban, összevetésre kerültek a szükséges betáplálni való vízigényekkel. 9. táblázat Vízmérleg A jelenben (2009) a 2 meglévő GR SP 160-3-AA hálózati szivattyúval, a távlati I.-ben ugyanebből a típusból 3 db-bal, míg a távlati II.-ben a kisebb kapacitású GR SP 120/3F-4 típusú szivattyúból 4 db-bal hajtottam végre a modellezést, így ezeknek a termelési értékei találhatók a táblázatban napi 20 órás üzemmel számolva. Most már látható, hogy jelenleg is és távlatban is van elegendő tartalék. Azonban ez csak akkor igaz, ha egy teljes napra (20 óra) nézzük a termelési adatokat. Mértékadó eset az óracsúcs esete, amely 8%-os óracsúcsot feltételezve a következőképp alakul: - 37 -
10. táblázat Óracsúcs vízmérlege A rendszer kapacitás értékei az aktuális kialakításnak megfelelően, a szivattyúk órai kapacitásait kumulálva jöttek ki, míg a magastározó tartalék alatt azt értem, hogy a központi víztoronyban üzemrendtől függetlenül mindig biztosítani kell a táblázatban feltüntetett vízmennyiséget. Ez a szivattyúk tároló szintes szabályozásával lehetséges, de erre a későbbiekben még visszatérek. A tűzi-víz igények biztosítása végett határoztam meg ekkora össz. rendszer kapacitást. Fontos megemlíteni, hogy a távlati I.-ben a 3 szivattyú mellé, illetve a távlati II.-ben a 4 beépített szivattyú mellé legalább 1 szivattyúnak be kell kerülnie meleg tartalékként. Ez a tartalék szivattyú lesz a biztosíték arra, hogy a rendszer egy Qdmax óracsúcsban bekövetkezett tűzoltás esetén is biztonsággal üzemeljen, illetve a kiemelkedően száraz napokon (2007. júliusa) is biztonsággal kiszolgálja a lakosságot. Megjegyzés: A Vízmérlegnél nem számoltam bele a tartalék szivattyú kapacitását, azzal együtt a Távlati I. esetben 680 m3/h, a Távlati II. esetben 675 m3/h lenne a rendszer kapacitás (magas tározó tartalék nélkül). Hidraulikai modellezés A hálózati modell előállítása a következők szerint történt: - ÖKOVÍZ Kft.-től kapott Cegléd ivóvízhálózatának 2D-s AutoCAD állománya - Strukturált adatbázis létrehozása PostgreSQL segítségével - Adatbázis áttelepítése (bekötő vezetékek nélkül) HCWP 6.1.0.2 verziójú hidraulikai modellező programba (HydroConsult Kft.) - Magassági adatok feltöltése csomópontokon digitális térkép segítségével Megjegyzés: A modellezés során a kutakat nem fix betáplálással vettem figyelembe, hanem tároló szintes kapcsolással szabályoztam őket. Ezáltal nem a vízigényeknél kiszámolt Qdmax értéket adtam meg betáplálásként, hanem a Qmax* értéket állítottam be fogyasztásként (fogyasztás eloszlása szerint súlyozva, veszteség nélkül számolva). Ez általánosan igaz a teljes modellre! - 38 -
10. Fogyasztások modellezése A fogyasztás modellezésénél meg kell határozni a fogyasztás helyét, a fogyasztás mennyiségét és annak napon belüli eloszlását. Ezért az Üzemeltető a rendelkezésemre bocsátotta a számlázási rendszer segítségével a 2008-as év ingatlanonkénti fogyasztási adatait. A napon belüli változásokat az Ipari park esetében nem vettem figyelembe, azaz egyenletes az eloszlás, míg a kommunális fogyasztás a lentebb ismertetett menetgörbe szerint lett felvéve. A modellben a házi bekötővezetékeket nem ábrázoltam, mert a vizsgálatnak nem ez volt a célja, de a koncentrált nagyfogyasztók a valódi helyükre kerültek, a bekötővezeték és a közcső csomópontján jelölve. A modellezés során több esetet vizsgáltam: Az első esetben minden 1 m3/d-nál nagyobb fogyasztót koncentrált fogyasztónak tekintettem, beleértve a panelházakat is, lakossági menetgörbe szerint. A koncentrált fogyasztók a tényleges helyükre kerültek a modellben. Ezután a megmaradt vízigényt kivontam a Qmax*-ból (a legmelegebb nap fogyasztási vízigénye), és ezt fogyasztási súlyszám alapján ráterheltem a hálózatra. A második esetben a szakirodalmak ajánlása alapján nem tekintettem a 100 m3/d alatti vízigényű ingatlanokat koncentrált fogyasztóknak (kivéve a lakó park). A teljes fogyasztást ráterheltem a hálózatra, vezetékhossz alapján. Az eredmények azt mutatták, hogy a két eset gyakorlatilag teljesen megegyezett, a sebességben és nyomásban is a második tizedes jegyben voltak néhol eltérések. Ebből arra lehet következtetni, hogy ekkora hálózat esetén, ilyen kevés tényleges nagyfogyasztó esetében hidraulikailag elhanyagolható a különbség az átlagosan 5-6 m3/d-os fogyasztású intézmények, és a kommunális fogyasztás között. 10.1. Lakossági fogyasztás A településrendezési tervek alapján és az Üzemeltetővel egyeztetve Cegléd város középfokú központnak minősül, amelynek óracsúcsát 8%-kal vettem figyelembe. Egy ilyen település fogyasztási görbéje látható a következő ábrán: - 39 -
33. ábra A menetgörbe alátámasztására, az Üzemeltetőtől kapott grafikon alapján látható, hogy a mért hálózati fogyasztás jellegében követi a felvett fogyasztási menetgörbét, így valósághű értékeket kaphatunk a modellezés során. 34. ábra - 40 -
10.2. Koncentrált fogyasztás, nagyfogyasztók Cegléden a közelmúltban több nagyobb ipari vagy mezőgazdasági fogyasztó volt, de ezek mára nincsenek üzemben. Azok a jelenleg is nagy koncentrált fogyasztók, mint pl. a Kórház, vagy a városi strand, külön kutakkal üzemelnek. Így ezekkel a modellben nem kellett foglalkozni. A távlati kialakításban megépülő ipari és lakóparkot a fentebb kiszámolt fogyasztási vízigényeket figyelembe véve, koncentrált fogyasztóként modelleztem, az ipari parkot 2, a lakóparkot 1 betáplálással. 35. ábra Ipari park fogyasztásának modellezése 36. ábra Lakó park fogyasztásának modellezése - 41 -
11. Hidraulikai vizsgálat A vizsgálatokban a jelenlegi modell alapján meghatároztam a rendszer üzemviteli jellemzőit. Ezek alapján javaslatot tettem az üzemeltetéshez tartozó szükséges átalakításokra. A vizsgálatok során 6 fő kérdéskörrel foglalkoztam: - jelenlegi rendszerkialakítás - távlati rendszerkialakítás - mindkét kialakítás tűzi-víz igényének kielégítésének megoldásai - távlatban megváltozott funkcionális kialakítás miatti szivattyúk típusai csőhálózati jelleggörbék alapján - vízkor számítás a különböző változatokban - energetikai összehasonlítások az üzemrendek között 11.1. Tervezési határértékek meghatározása - sebesség: 0,3 1,3 m/s között megfelelő, alatta pangó vízről beszélünk, felette rövid ideig tartható, de tartósan rongálhatja a szerelvényeket - fajlagos nyomásveszteség: a legkedvezőbb 5 20 mvo/km között tartani, rövid ideig a 25 mvo/km is tartható (pl. tűzoltás esetén), de tartósan szintén rongálhatja a szerelvényeket, hiszen különösen nagy átmérőknél nagy nyomáslökéseket eredményezhet - nyomás: alapvetően 20 60 mvo (2 6 bar) között kell tartani az értéket, de ez függ a terület beépítési viszonyaitól is. Az a szabály, hogy az adott nyomászónában lévő legmagasabb épület magasságánál legalább 10 m-rel (+ 1 bar) magasabb vízoszlop relatív nyomását kell biztosítani. 11.2. Jellemző nyomásigények Cegléd külvárosára jelenleg a családi házas beépítés jellemző maximum 2 szintes családi házakkal. Ehhez képest a belvárosi részben a 4 5 szintes emeletes házak a mértékadóak, de itt előfordulnak 11 szintes panelóriások is. A szintes családi házaknál kielégítő a 2 bar nyomás, a 4-5 szintes házaknál 2,5 3,0 bar a megfelelő, míg a 11 szintes paneloknál a nyomásigény 4,0 4,5 bar. A távlati kialakításban építendő lakóparkot a 4-5 szintes kategóriába soroltam be. - 42 -
A következő ábrán látható egy összefoglaló térkép a meglévő és építendő övezetek jellemző nyomásigényeit bemutatva: 37. ábra Cegléd nyomásigények 11.3. Hidraulikai vizsgálat tematikái A következő ábrákon a modellezés során használt tematikákat mutatom be a sebességet, fajlagos nyomásveszteséget, relatív nyomásokat vizsgálva. Általában a kisebb terhelésű területeknél a minimális sebességek a mértékadók, míg a túlterhelt területeknél a fajlagos nyomásveszteségek. - 43 -
38. ábra Vizsgált hidraulikai szempontok tematikái 11.4. Jelenlegi rendszerkialakítás A jelenlegi rendszerben tehát 2 nyomászóna van, a hálózati szivattyúkon kívül a kutaktól is van betáplálás. A fogyasztásokat a korábban ismertetett módon, a 33. ábrán bemutatott fogyasztási menetgörbével vettem figyelembe. A legnagyobb fogyasztású nap szimulációs vizsgálatainak szélső értékeit a következő ábrák mutatják: - 44 -
39. ábra Sebességek maximuma - 45 -
40. ábra Nyomások maximuma - 46 -
41. ábra Nyomások minimuma Az ábrák alapján megállapítható, hogy az áramlási sebességek csak a víztorony környékén, illetve a betáplálások és a víztorony között növekednek 0,3 m/s fölé. Ennek oka a hálózat túlzottan nagy hidraulikai szállítókapacitása. A nyomások a településen 3,0 4,0 bar között mozognak, ez alól kivétel a Budai úti rész, ahol lecsökkenhet 2 bar környékére, illetve a kutak szivattyúk helyén 5 bar fölé emelkedhet. Ennek a kis nyomáskülönbségeknek az oka, hogy a terepben nincsenek nagy geodéziai szintkülönbségek, a víztorony magassága megfelelő, és a hidraulikai kapacitás felesleg miatt nincs nagy nyomásingadozás. A település központjában található világosabb színnel jelölt körzetben sok nagyfogyasztó (15 20 m3/d) található, ezért ezen a részen átlagosan 0,3 bar-ral alacsonyabb a nyomás, mint a környező területeken. 11.4.1. Üzemállapot vizsgálat (Qdmax esetén) A 42. ábrán láthatjuk az esti óracsúcsban számított eredményeket. A sebességek a település nagy részén 0,3 m/s alatt maradnak, a leginkább kiszoruló vezetékeknél azonban csak 0,1 0,2 m/s. A fő gerincvonala a hálózatnak szépen kirajzolódik, ez kék színnel jelenik meg, itt - 47 -
optimálisak a hidraulikai viszonyok. Látható, hogy a nyomásfokozó szivattyú hatására a szívóvezetékben és a nyomóvezetékben is megindul a vízmozgás (0,5 m/s). Nagy szárazság idején előfordulhat, hogy a két hálózati szivattyú egyszerre működik. Ilyenkor, a 43. ábrán látható módon, a rózsaszínnel jelzett szakaszokon a sebesség megközelíti a határértéket, de még elfogadható, 1,0 1,3 m/s tartományban mozog. A vízmű telepet tekintve megfelelőek a hidraulikai viszonyok, bár a 13. kútból érkező víz sebessége határérték környékén van, de viszonylag rövid szakaszról van szó. Amint korábban már említettem a medencétől kifelé vezető cső átmérője a modellezés során 300 mm-es belső átmérővel szerepel, és ezzel együtt is 1,3 m/s a sebesség nagysága, amikor egyszerre megy a 2 hálózati szivattyú. A tározók ill. a kutak közvetlen közelében alakulhatnak még ki viszonylag nagyobb sebességek, de ezek óracsúcsban sem haladják meg az 1,1 1,2 m/s értéket. 42. ábra Sebességviszonyok óracsúcs idején, 1 hálózati szivattyú üzemelésével - 48 -
43. ábra Sebességviszonyok óracsúcs idején, 2 hálózati szivattyú üzemelésével - 49 -
44. ábra Sebességek a vízmű telepen és környékén, 2 üzemelő hálózati szivattyú esetén A nyomások a település döntő részén 3,5 3,8 bar között vannak a modell szerint. A kieső részeken, végvezetékeken általában 3 bar környékén van a nyomás, a vízmű telep környékén közel 5 bar, míg a főgerinc mentén meghaladja a 4 bar-t. A Budai úti térséget figyelembe véve az átlagos nyomás 3 bar körül van, de egyes szakaszokon alig haladja meg a minimális 2 bar-t. - 50 -
45. ábra Nyomások maximális fogyasztás idején A legnagyobb nyomások a legkisebb éjszakai fogyasztások és üzemelő hálózati szivattyúk mellett alakulnak ki. Ekkor a medence és a víztorony közötti szakaszon növekszik meg a sebesség, néhol megközelíti az 1 m/s ot. A nyomások láthatóan emelkednek, átlagosan a teljes településen 0,3 0,5 bar körül, így a nyomásviszonyok 3,7 4,5 bar között alakulnak döntően. A kutak és nyomásfokozó szivattyú környékén meghaladja az 5 bar-t is. - 51 -
46. ábra Éjszaka, minimális fogyasztás idején kialakuló sebességek - 52 -
47. ábra Éjszaka, minimális fogyasztás esetén kialakuló nyomások - 53 -
48. ábra Éjszaka, üzemelő hálózati szivattyúk mellett kialakuló maximális nyomások Mértékadó eset, amikor a tározók leürülnek, és ellátás csak a kutak ill. a hálózati szivattyúk felől van. Ekkor a nyomásviszonyok a 49. ábrán látható módon alakulnak. Ilyenkor általában 3,0 3,6 bar között van a nyomás, de a vízmű telepen előfordulhatnak rendkívül nagy, 7,0 7,5 bar nyomások is. - 54 -
49. ábra Nyomásviszonyok a víztorony leürülése esetén Összességében tehát elmondható, hogy a településen a nyári óracsúcs idején is zavartalan az ellátás, megfelelőek a hidraulikai viszonyok, és nagy hidraulikai tartalék van. Ez az olyan kiemelkedően meleg nyári napokon is megfelelő, mint pl. a korábban említett 2007. év júliusában volt. A különböző üzemállapotokat összehasonlítva a legnagyobb nyomásingadozás 10 m körül alakul. A korábban bemutatott jellemző nyomásigényeket mindenhol ki lehet szolgálni. Határesetet képeznek azonban a 11 szintes panelok, hiszen ezeken a területeken a 4,0 4,5 bar helyett óracsúcsban alulról közelíti a 4,0 bar-t a nyomás. A víztorony leürülése esetén pedig ezeken a helyeken a nyomás 3,5 bar, azonban ez a legfelső szinteken nyomáscsökkenést okozhat a vízkivételi helyeknél. 11.4.2. Vízellátó rendszer szállító kapacitásának meghatározása Ezen vizsgálatban a kiadható legnagyobb vízigény nagyságát határozzuk meg. Ez a hálózatban kialakuló legnagyobb sebesség megállapításával határozható meg. Az 50. ábrán látható, hogy a jelenlegi hálózatkialakítás mellett, 10.000 m3/d vízigénynél csak a vízmű telepen éri el a sebesség az 1,3 m/s értéket. Emellett a hálózat kb. 1/4-énél a sebesség - 55 -
meghaladja a 0,3 m/s-ot. Megállapítható tehát, hogy a jelenlegi hálózati kapacitás kb. 10000 m3/d. Ezt a mennyiséget a meglévő hálózati szivattyúkkal és kútszivattyúkkal, jelen tározó kapacitásokkal képes ellátni az Üzemeltető. 50. ábra Kapacitás 10000 m3/d vízigény esetén A rendszer szállító és termelő kapacitását figyelembe véve, kisebb változtatásokkal kb. 12.000 m3/d vízigény szolgálható ki maximálisan a településen. Ezek a változtatások a következők: - 13. sz. kút tartalék szivattyúja a vízmű telepi tározó ürülése esetén 2,0 m-es szintkapcsolással üzemel - Belvárosi víztoronyhoz bevezető acélcső bővítése 300-ról 400 mm-es belső átmérőre - Vízmű telepen a medencétől kifelé vezető cső bővítése a korábban általam feltételezett 300 mm-ről 350 mm belső átmérőre - Vízmű telepen a kutaktól (1. és 13.) a medencébe vezető csövek felbővítése 150 mm belső átmérőről 200 mm-re - 56 -
- A kútsoron található kutak bekötése a 400-as gerincvezetékbe 100 mm-es azbesztcement csővel történik, ezek átépítése szükséges 150 mm-es csőre (nem csupán hidraulikai szempontok, hanem elhasználódás miatt) - A Széchenyi út Köztáraság utca csomópontjában található Széchenyi úti 80 mm-es átkötés cseréje minimum 100 mm-re 51. ábra Kapacitás 12000 m3/d kapacitás esetén - 57 -
11.4.3. Tűzi-víz igények kielégítésének vizsgálata Az egyes tűzcsapokra a mértékadó tűzi-víz igényeket 900 l/min (15 l/s) értékben határoztam meg. Ezen kívül a vizsgálat megmutatja, hogy a szükséges vízigény biztosítása mellett, mekkora a maximálisan kiadható vízmennyiség. Az 52. ábrán látható módon, 4 db hidraulikailag érzékeny helyen fekvő tűzcsapot vizsgáltam. Az ábrázolt tűzcsapok a valóságban is ezen a helyen vannak. Próbaként a belvárosi részen is modelleztem tűzcsapokat, de ott a nagyobb csőátmérők miatt többszörösen meghaladják az általam felvett tűzi-víz igényeket, így ezeket a Diplomamunkában nem mutatom be. 52. ábra Tűzi-víz kivételi helyek vizsgálata A tűzi-víz kivételnél a fajlagos nyomásveszteségeket vizsgáltam. Mivel a vízigény ebben az esetben rövid idejű, időszakos, ezért a megengedhető legnagyobb fajlagos nyomásveszteség 25 mvo/km. - 58 -
53. ábra Tűzi-víz kivételek hatásai a tűzcsapok környezetében Az ábrákon látható, hogy az 1,2 és 3 jelű tűzcsapok a hálózat egészen nagy szakaszára hatással vannak. A pirossal jelölt szakaszokon a fajlagos nyomásveszteség 23-24 mvo/km. Ezen feltételek mellett az egyes tűzcsapokra jelen értékekben határoztam meg a vízkivételi lehetőséget: - Tűzcsap 1 : 15 l/s - Tűzcsap 2 : 25 l/s - Tűzcsap 3 : 30 l/s - Tűzcsap 4 : 20 l/s A szimuláció során jelenlegi rendszerkialakítás mellett a víztorony kapcsolási szintjét 2,0 m- ben határoztam meg, havária esetén ez a víztartalék, illetve a vízmű telepen a második hálózati szivattyú beindítása elegendő ahhoz, hogy a tűzoltáshoz szükséges vizet óracsúcsban is biztosítsa. Összegezve tehát elmondható, hogy a településen a tűzi-víz igények kiszolgálása jól megoldott, a modell szerint mindenhol kivehető a minimális, 15 l/s vízigény. Mivel a vízkivételek általában nagyobb szakaszokra is hatással vannak, ez az Üzemeltető számára azt jelenti, hogy a hálózat tűzcsapokról való mosatása, tisztítása hatékony lehet. - 59 -
11.4.4. Üzem szimulációs vizsgálat A szimuláció során két szivattyúzási rendet alkalmaztam. Az első az ún. normál menetrend, amelyben a hálózati szivattyúk tározó szintes szabályozással működnek. A második esetben a minimális energia felhasználás volt a cél, így ebben az esetben az energetikailag olcsóbb időszakokban történik a szivattyúzás. 11.4.4.1. Normál szivattyúzás esetén a modellezést a következő feltételezésekkel végeztem: - Vízmű telepi tározóba a kutak 2 m-es alsó szintkapcsolással termelnek (Medence szabályoz) - Cegléd belvárosi víztoronyba a hálózati szivattyúk és kutak a prioritási szintjüknek megfelelő kapcsolási szinttel termelnek (Belvárosi víztorony szabályoz) - Budai úti nyomásfokozó 1m-es alsó kapcsolási szinttel üzemel (Budai úti víztorony szabályoz) - Modellezés kezdetén (0 h-kor) a tározókban lévő vízmennyiséget Qdmax napján a műszaknaplóból vettem fel (vízmű telepi medence: 3,75 m, belvárosi víztorony: 4,50 m, Budai úti víztorony: 3,00 m) Ebben az esetben a következő ábrákon látható módon alakul a tározók vízforgalma: 54. ábra Cegléd belvárosi víztorony vízszint változása - 60 -
55. ábra Budai úti víztorony vízszint változása 56. ábra Medence vízszint változása A vízmű telepi medence vízforgalmának változása kiegyenlített, 2,0 m-es szint alsó kapcsolási szinttel beindul az 1. és 13. kút, és pótolja a vízmennyiséget. Érdekesség, hogy jelen állapotban elegendő az 1 db hálózati szivattyú is, a másik szivattyú nem kapcsolt be a modellezés során, amit az Üzemeltetőtől kapott műszaknapló is igazol. A Budai úti nyomásfokozó Qdmax idején is elegendő, ha háromszor bekapcsol. Itt fontos megemlíteni, hogy az előző pontban meghatározott 3. Tűzcsapnál csak hálózat hidraulikai szempontok alapján vehető ki mindig a 30 l/s-os vízigény, mert ez a mennyiség csak akkor biztosítható ténylegesen, ha a Budai úti tározó tele van. Viszont óracsúcsban bekövetkezett tűz idején, 1,0 m-es alsó kapcsolási szinttel, és a Budai úti nyomásfokozó beindulásával egyidejűleg is csak 15 l/s tűzi-víz igény szolgálható ki. - 61 -
57. ábra Vízmű telepi hálózati szivattyú - 62 -
58. ábra Budai úti nyomásfokozó Összességében elmondható erről az üzemrendről, hogy a medence, magas tározók és szivattyúk egyaránt nagy tartalékkal rendelkeznek, amellyel a tűzi-víz kivétel még csúcsidőben is megoldható, viszont drágább energia idején is szükség van szivattyúzásra. 11.4.4.2. Minimális energia felhasználás esetén a következő feltételezésekkel éltem: - Előző eset utolsó pontja, amely a kezdeti vízszinteket jelenti változatlan - A hálózati szivattyúk nem szintkapcsolással működnek, hanem időkapcsolással az energiafelhasználás szempontjából olcsóbb (0-8 h, 14-18 h, 21-24 h) időszakokban - A Budai úti nyomásfokozó továbbra is szintkapcsolással működik - 63 -
59. ábra Belvárosi víztorony vízszint változása 60. ábra Budai úti víztorony vízszint változása 61. ábra Medence vízszint változása A magas tározók és a medence kapacitása is szinte teljesen ki van használva, a vízszint a csúcsidőkben kritikus szintre csökkenhet. Ez hálózatüzemeltetés szempontjából nem biztonságos. - 64 -
62. ábra 1. Hálózati szivattyú - 65 -
63. ábra 2. Hálózati szivattyú Itt látható, hogy napi 13 h hálózati szivattyúzással is lehet működtetni a rendszert, ami ráadásul az olcsóbb időszakba esik. Ez azonban a kútszivattyúk számára jelent többletterhelést. Olyan megoldásra nincs lehetőség, hogy a hálózati szivattyúk és a kútszivattyúk is csak völgyidőszakban üzemeljenek, mert nem áll rendelkezésre akkora térfogat tartalék a magas tározóban. Ennek az üzemrendnek a látszólagos olcsósága ellenére az a hátránya, hogy a víztoronyból csúcs időben nem lehet biztosítani a szükséges tűzi-víz igényeket, illetve a víztorony szintje kritikus szintre is lecsökkenhet. Megjegyzés: Üzemrendtől függetlenül elmondható a jelenlegi rendszerről, hogy a vízmű telepi térszíni medencének nagy a tehetetlensége, azaz jelen feltételek mellett lassan töltődik és ürül a nagy térfogata miatt. Ezt mindenképpen érdemes kihasználni a távlati kialakítás során. A kutak bekapcsolási sorrendjét a szintkapcsolásokon túl a kutak prioritási szintjei szabályozzák. A prioritási szintek hidraulikai, energetikai, vízminőségi szempontok alapján - 66 -
lettek meghatározva. Ezek alapján a jelenlegi rendszerben a következő prioritási szintjei vannak az egyes kutaknak/szivattyúknak: - 1. kút 1. prioritás - 13. kút 2. prioritás - 4. kút 1. prioritás - 5. kút 7. prioritás - 10/A 1. kút 3. prioritás - 10/A 2. kút 8. prioritás - 11. kút 5. prioritás - 11/A. kút 6. prioritás - 12. kút 2. prioritás - Hálózati szivattyú 1. 4. prioritás - Hálózati szivattyú 2. 9. prioritás - 67 -
11.5. Távlati rendszerkialakítás A távlati rendszerkialakítás során szintén marad a 2 nyomászóna, és a jelenben is alkalmazott fogyasztási menetgörbe. Azonban a rendszerkialakításban a korábban bemutatott módon jelentős változtatások történtek. Egyrészt megjelent az ipari és lakópark, mint koncentrált nagyfogyasztó, másrészt minden kút szivattyúja a vízmű telepi térszíni tárolóba termel, majd a hálózati szivattyúk onnan nyomják a hálózatba a vizet. A következő ábrákon a távlati rendszerkialakítás szimulációs vizsgálatainak szélső értékeit mutatom be: 64. ábra Sebességek maximuma A távlati kialakítás 2 változata között a sebességekben elhanyagolható a különbség, az előző ábra jól szemlélteti az áramlási sebességek eloszlását mindkét esetben. A szállító kapacitás valamivel jobban ki van használva, mint a jelenben, nagyobb a 0,3 m/s feletti vezetékek aránya, és a vízmű telep környékén 1 m/s körüli sebességek jellemzők. A minimális sebességek éjszaka fordulnak elő, de ezek mind jelenben, mind a távlati kialakításokban szinte a teljes hálózaton 0,3 m/s alatt maradnak, kivéve a vízmű telep és a belvárosi víztorony közötti részt, illetve a fő gerincvonalakat. - 68 -
65. ábra Nyomások minimuma 3 db GR SP 160-3-AA hálózati szivattyú esetén - 69 -
66. ábra Nyomások minimuma 4db GR SP 120/3F-4 hálózati szivattyú esetén - 70 -
67. ábra Nyomások maximuma A legnagyobb nyomások tekintetében nincs különbség a két távlati változat között. Ami igazán szembetűnő, az a minimális nyomások vizsgálata a két változat között. Látható, hogy a 3 szivattyúval működő Távlati I. esetben egészen nagy területen alacsonyabb a nyomás (igaz, csak 0,1 0,2 bar-ral), mint a 4 szivattyúval működő Távlati II. esetben. 11.5.1. Üzemállapot vizsgálat (Qdmax esetén) A jelen állapottal összehasonlítva a távlati rendszerkialakítás hidraulikai viszonyait, szembetűnő különbség csak a vízmű telep környékén van. Ahogyan az alábbi ábrán látható, a sebességviszonyok továbbra is jórészt 0,3 m/s alatt maradnak. A kútsorról beérkező fő gerincvezetékben ugyan megnövekedett a sebesség, de továbbra is az elfogadható kategóriában van. - 71 -
68. ábra Sebességviszonyok óracsúcsban, minden hálózati szivattyú üzemben - 72 -
69. ábra Vízmű telep sebességviszonyai óracsúcsban A modellezést a következő feltételezésekkel, és egyben fejlesztési javaslatokkal végeztem: - Vízmű telepen a medencétől kifelé vezető cső bővítése a korábban általam feltételezett 300 mm-ről 400 mm belső átmérőre - Vízmű telepen a kutaktól (1. és 13.) a medencébe vezető csövek felbővítése 150 mm belső átmérőről 200 mm-re - A kútsoron található kutak bekötése a 400-as gerincvezetékbe 100 mm-es csővel történik, ezek átépítése szükséges 150 mm átmérőre (elhasználódás miatt is) A megnövekedett vízhozamok oka a megnövekedett vízigények. A vízmű telepi tározótól kifelé vezető cső átmérőjét azért kell nagy mértékben növelni, mert a beépítendő 3 ill. 4 szivattyú jóval nagyobb vízhozamot képes produkálni, mint a jelenleg maximálisan működő 2 db hálózati szivattyú. A nyomásokat vizsgálva, átlagosan 0,1 0,2 bar-os csökkenés tapasztalható a településen a jelenhez képest. A vízmű telepen a mértékadó nyomásszint 4,5 bar körül alakul, míg a kutaknál a lecsökkent emelőmagasság igény miatt alacsony, 1 bar-nál is kisebb nyomás lép fel. - 73 -
70. ábra Nyomások óracsúcs idején - 74 -
71. ábra Nyomások éjszakai üzem idején Mivel összességében csak jelentéktelen nyomáscsökkenés tapasztalható a jelenhez képest, így a nyomásviszonyok továbbra is megfelelnek az egész településen, kivéve a jelen vizsgálatánál említett 11 szintes panelok esetében előforduló esetleges problémát. Az építendő lakópark helyén a biztosítandó nyomás min. 2,5 bar lenne (ha 5 szintes beépítéssel számolok), viszont a rendszer a 4 bar-t is biztosítani tudja a térségben. 11.5.2. Tűzi-víz kivételének vizsgálata A vizsgálat kimutatta, hogy a jelenben megvizsgált tűzcsapok helyén a távlatban nincs jelentős változás, szinte teljesen ugyanazt a vízmennyiséget tudjuk a tűzcsapokon kivenni, amiket a korábbi vizsgálatok során megállapítottam. Az ipari és lakó park tűzi-víz igényének kielégítését a következő feltételezésekkel végeztem: - Vízigény külön külön: 3000 l/min - Mindkét esetben a 3000 l/min hálózatról biztosítandó tűzcsapokról (nem szükséges tűzi-víz tározó) - 75 -
11.5.2.1. Ipari Park ellátása 72. ábra Ipari park tűzi-víz ellátása Az említett tűzi-víz igény 4 db tűzcsapról, az ábrán látható módon biztosítható. A tűzcsapok telepítésén kívül nincs szükség hálózati változtatásra. A fajlagos nyomásveszteségek és sebességek mindenhol az elfogadható határértékeken belül maradnak, ha a kijelölt helyekre telepítik a tűzcsapokat. A modellezés során ezekkel összesen 3600 l/min vízigény szolgálható ki. 11.5.2.2. Lakó Park ellátása A jelenlegi kialakítás szerint a lakó park ellátása egy 150 mm-es vezetékről történik, ami egy végvezeték. Mivel ezen keresztül nem lehet kielégíteni a 3000 l/min oltási vízigényt (fajlagos nyomásveszteségek már 2 tűzcsap esetén is meghaladják az 50 mvo/km-t), ezért a lakó park tűzi-víz igényét az alábbi változtatásokkal tudjuk biztosítani: 73. ábra Jelenlegi kialakítás a lakó park környékén - 76 -
74. ábra Szükséges változtatások a hálózatban - A pirossal jelölt szakaszon új vezeték épül, 150 mm belső átmérővel (javaslat: D 160 KPE-P10) - A zölddel jelölt szakasz bővítése 150 mm-ről 200 mm belső átmérőre (javaslat: DN 200 GÖV) - Az ábrán feltüntetett 4 db föld feletti tűzcsap telepítése a kijelölt helyekre Ezen változtatások után a következő eredményeket kapjuk: 75. ábra Fajlagos nyomásveszteségek - 77 -
76. ábra Sebességek A fajlagos nyomásveszteségek mindenhol megfelelnek, a legkritikusabb szakaszokon sem éri el a 25 mvo/km-t. A sebességeket tekintve 2 szakasz van, ahol éppen meghaladja az 1,5 m/sot, viszont időszakos vízkivétel révén, ez jelen esetben elfogadhatónak minősül. A következő ábrán az előző megoldás egy másik lehetséges alternatíváját mutatom be: 77. ábra Változtatások a hálózatban 2. - Az alsó pirossal jelölt szakaszon az előző megoldáshoz hasonlóan új vezeték épül 150 mm belső átmérővel - A felső pirossal jelölt szakaszon új vezeték épül 200 mm belső átmérővel - A zöld színnel jelzett szakasz felbővítése 100 mm-ről 150 mm belső átmérőre - 78 -
78. ábra Fajlagos nyomásveszteségek 79. ábra Sebességek Ennél a megoldásnál a sebességek és a nyomásveszteségek is mindenhol határérték alatt vannak. A szükséges tűzoltási vízmennyiség (3000 l/min 2 órán keresztül, azaz 180 m3/h) biztosításának vizsgálatát a szimuláción belül fogom bemutatni a következő pontban. - 79 -
11.5.3. Szimulációs vizsgálat A szimulációs vizsgálatok során mint korábban említettem 2 változattal számoltam. Az első változatban 3 db GR SP 160-3-AA szivattyú, a másodikban 4 db GR SP 120/3F-4 szivattyú nyomja a hálózatba a vizet a medencéből. 11.5.3.1. 3 üzemelő szivattyú esete: - A modellezés kezdete 0 h, a víztorony és a medence kezdő szintje a jelenhez hasonlóan 4,5 m, ill. 3,75 m - A kútsoron lévő kutak 1,0 5,2 m-es szintkapcsolás között termelnek a medencébe prioritásuktól függően (Vízmű telepi medence szabályoz) - A Budai úti nyomásfokozó továbbra is 1,0 4,0 m-es szintkapcsolással üzemel (Budai út víztorony szabályoz) - A hálózati szivattyúk alsó kapcsolási szintje rendre 3,75 m, 3,25 m, 2,75 m (Ceglédi víztorony szabályoz) 80. ábra Belvárosi víztorony vízszint változásai A víztorony a fenti kapcsolási szinteket használva nagy tartalékkal rendelkezik, amely biztonságos üzemeltetést eredményez. A reggeli óracsúcsban a legkritikusabb a szint, de így is ki tud szolgálni több mint 200 m3-es vízmennyiséget. Ez az óracsúcsban bekövetkező tűzoltási vízigényhez (180 m3/h) elegendő. - 80 -
81. ábra Budai úti víztorony vízszint változásai A Budai úti víztorony kis térfogata miatt (50 m3) a megnövekedett vízigények miatt gyorsabban ürül, ezért a nyomásfokozónak napi 3-szor is be kell kapcsolnia. 82. ábra Vízmű telepi térszíni tározó vízszint változásai A vízműtelepi medence is nagy tartalékkal rendelkezik (kb. 800 m3), ezért havária esetén (belvárosi víztorony leürül) tartalék szivattyú segítségével biztosítani tudja óracsúcsban is a tűzoltási vízigényt. - 81 -
83. ábra 1. Hálózati szivattyú - 82 -
84. ábra 2. Hálózati szivattyú - 83 -
85. ábra 3. Hálózati szivattyú A fentebbi ábrákból is látszódik, hogy a 3 GR SP 160-3-AA hálózati szivattyú képes normális körülmények között biztosítani a település vízigényét. Az első hálózati szivattyú szinte teljes nap üzemel (kb. 20 órát), a második 13-14 órára kapcsol be naponta, míg a harmadik csak a reggeli és esti óracsúcs környékén segít rá a termelésre. - 84 -
86. ábra Budai úti nyomásfokozó Összességében tehát megállapítható erről az üzemrendről, hogy jól kézben tartható módon üzemeltethető, nagy tartalékokkal rendelkezik. Megjegyzések: - 4 db GR SP 160-3-AA kerül beépítésre, amelyből az egyik csak tartalékként funkcionál, 3 pedig a fenti kapcsolási szintekkel üzemel - Óracsúcsban is biztosítható a tűzoltási vízigény a belvárosi toronyból a 3,75 m, 3,25 m, 2,75 m-es alsó kapcsolási szintekkel - Ha óracsúcsban a víztorony leürül, akkor a tűzoltási vizet a medencéből lehet biztosítani a 4. hálózati szivattyú beindításával 50 l/s teljesítménnyel, a kutak alsó kapcsolási szintje a prioritásuktól függően 1,0 m 3,0 m között van - 85 -
11.5.3.2. 4 üzemelő szivattyú esete: - A modellezés kezdete 0 h, a víztorony és a medence kezdő szintje az előző esethez hasonlóan 4,5 m, ill. 3,75 m - A kútsoron lévő kutak 1,0 5,2 m-es szintkapcsolás között termelnek a medencébe prioritásuktól függően (Vízműtelepi medence szabályoz) - A Budai úti nyomásfokozó továbbra is 1,0 4,0 m-es szintkapcsolással üzemel (Budai út víztorony szabályoz) - A hálózati szivattyúk alsó kapcsolási szintje rendre 4,00 m, 3,50 m, 3,00 m, 2,50 m (Ceglédi víztorony szabályoz) 87. ábra Belvárosi víztorony vízszint változásai Ebben az esetben is megfigyelhető, hogy a víztorony kb. 200 m3-es tartalékkal rendelkezik a reggeli és esti óracsúcsban egyaránt. A Budai úti víztorony szabályozásában nem történt változás az előző esethez képest, így azt nem mutatom be még egyszer. 88. ábra Vízműtelepi térszíni tározó vízszint változásai - 86 -