Numerical model which can simulate the surge tank for unsteady flow was developed in the present study. Furthermore, reliability model which can calculate the probability of pipe breakage regarding unsteady effect was developed. For the risk estimation of pipe breakage and functional estimation of surge tank, probability of pipe breakage for pipe network with surge tank was calculated regarding unsteady effect. From the results, it was found that unsteady flow significantly increase the probability of pipe breakage and surge tank considerably decrease probability of pipe breakage as damping out the pressure oscillations.
Water pipes are supposed to deliver the predetermined demand safely to a certain point in water distribution system. However, pipe burst or crack can be happened due to so many reasons such as the water hammer, natural pipe ageing, external impact force, soil condition, and various environments of pipe installation. In the present study, the reliability model which can calculate the probability of pipe breakage was developed regarding unsteady effect such as water hammer. For the reliability model, reliability function was formulated by Barlow formula. AFDA method was applied to calculate the probability of pipe breakage. It was found that the statistical distribution for internal pressure among the random variables of reliability function has a good agreement with the Gumbel distribution after unsteady analysis was performed. Using the present model, the probability of pipe breakage was quantitatively calculated according to random variables such as the pipe diameter, thickness, allowable stress, and internal pressure. Furthermore, it was found that unsteady effect significantly increases the probability of pipe breakage. If this reliability model is used for the design of water distribution system, safe and economical design can be accomplished. And it also can be effectively used for the management and maintenance of water distribution system.
Reduced thickness of the water pipes due to corrosion makes it difficult to perform the original functions since corrosion in metallic water pipes can occur over time. In this study, reliability model that can estimate the probability of pipe breakage is developed regarding corrosion depth increment according to service year. Probability of pipe breakage was calculated by FORM(First Order Reliability Method) and unsteady analysis was performed to analyze the statistical properties of water pressure. And KCIP(Korea Cast Iron Pipe) equation was adopted for the reliability function. Furthermore, change of pipe thickness was estimated by Nahal and Khelif equation and Romanoff equation. Therefore, pipe thickness was calculated due to change of corrosion depth and probability of pipe breakage was calculated and compared with 10, 20, 30 service years. From the results, probability of pipe breakage for network A is gradually increased from 6.8% to 8.6% according to service year of 10, 20, 30 when Nahal and Khelif equation is applied. And probability of pipe breakage for network A is also gradually increased from 6.4% to 8.9% according to service year of 10, 20, 30 when Romanoff equation is applied.
In this study, the optimum pump operation technique is suggested to decrease the damage rate of water distribution system. Pump operation system was developed to achieve the effective pump operation. Pressure sensors which can communicate with pumps are installed at the end of water distribution system. Pump operation system can control the pressure of water pump according to data sent from the pressure sensors. Therefore, water distribution system can reduce the pressure and maintain enough pressure which can supply the demand of water users. For proving effectiveness of new system, reliability model was introduced to compare the results of damage rates between the maintaining high pressure and selective pressure in water pump. Unsteady analysis was conducted with several scenarios. And the results were used to calculate the probability of pipe breakage. From the results, it was found that new pump operation system can reduce the energy usage and probability of pipe breakage by applying to pumps.
Methods for estimating structural reliability using probability ideas are well established. When the residual ultimate strength of a buried pipeline is exceeded the limit, breakage becomes imminent and the overall reliability of the pipe distribution network is reduced. This paper is concerned with estimating structural failure of underground flexible pipes due to corrosion induced excessive deflection, buckling, wall thrust and bending stress subject to externally applied loading. With changes of pipe wall thickness due to corrosion, the moment of inertia and the cross-sectional area of pipe wall are directly changed with time. Consequently, the chance of survival or the reliability of the pipe material is decreased over time. One numerical example has been presented for a buried steel pipe to predict the probability of failure using Hasofer-Lind and Rackwitz-Fiessler algorithm and Monte Carlo simulation. Then the parametric study and sensitivity analysis have been conducted on the reliability of pipeline with different influencing factors, e.g. pipe thickness, diameter, backfill height etc.
District heating was first introduced in Korea in 1985. As the service life of the underground thermal piping network has increased for more than 30 years, the maintenance of the underground thermal pipe has become an important issue. A variety of complex technologies are required for periodic inspection and operation management for the maintenance of the aged thermal piping network. Especially, it is required to develop a model that can be used for decision making in order to derive optimal maintenance and replacement point from the economic viewpoint in the field. In this study, the analysis was carried out based on the repair history and accident data at the operation of the thermal pipe network of five districts in the Korea District Heating Corporation. A failure probability model was developed by introducing statistical techniques of qualitative analysis and binomial logistic regression analysis. As a result of qualitative analysis of maintenance history and accident data, the most important cause of pipeline damage was construction erosion, corrosion of pipe and bad material accounted for about 82%. In the statistical model analysis, by setting the separation point of the classification to 0.25, the accuracy of the thermal pipe breakage and non-breakage classification improved to 73.5%. In order to establish the failure probability model, the fitness of the model was verified through the Hosmer and Lemeshow test, the independent test of the independent variables, and the Chi-Square test of the model. According to the results of analysis of the risk of thermal pipe network damage, the highest probability of failure was analyzed as the thermal pipeline constructed by the F construction company in the reducer pipe of less than 250mm, which is more than 10 years on the Seoul area motorway in winter. The results of this study can be used to prioritize maintenance, preventive inspection, and replacement of thermal piping systems. In addition, it will be possible to reduce the frequency of thermal pipeline damage and to use it more aggressively to manage thermal piping network by establishing and coping with accident prevention plan in advance such as inspection and maintenance.
Lee, Jae Hyeon;Lee, Sang Mok;Park, Byung Soo;Kwon, Hyuk Jae
Journal of Korea Water Resources Association
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v.55
no.spc1
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pp.1167-1175
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2022
In this study, management index method has been developed to estimate the level of deterioration, applied to Cheongju city, and compared with the previous estimation methods of deterioration level of water distribution system. From the results, distribution systems of Yullyang, Naedeok1 and Yongam2 are found to be seriously deteriorated. And it was also found that probability of pipe breakage was estimated as 3.21%, 4.64% which is highest level at the steel pipe of 200 mm and 300 mm diameter. It was found that risk degree was estimated as 0.2609, 0.2644 by using management index method in Naedeok1 which is the most dangerous distribution system in the city. It was also found that results of risk analysis by management index method have been similar with the results of safety analysis by reliability method and indirect estimation method of deterioration level. Therefore, newly developed management index method can be applied and may be useful to the estimation of deterioration level for the future maintenance and management of water distribution system.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2021.06a
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pp.420-420
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2021
상수도관은 시간이 경과됨에 따라 부식이 발생하고 이로 인해 관의 두께 및 강도가 감소하여 점차 상수도관의 기능을 상실하게 된다. 이러한 노후 상수도관은 누수, 적수 등 수자원에 막대한 경제적인 손실을 발생시키고 사람들에게 많은 불편을 끼친다. 현재 우리나라도 전체 상수도관 중 노후 상수도관이 많은 부분을 차지하고 있기 때문에 교체나 개선이 시급한 실정이다. 하지만 전체 상수도관을 교체하는 것은 막대한 예산이 필요하기 때문에 현실적으로 어려운 문제이다. 따라서 상수도관의 노후도 분석을 통하여 상수관망의 최적 교체 우선순위를 판단하고 교체를 실시하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 노후도 분석에 중요한 관의 부식깊이와 잔존수명을 예측하고 신뢰성해석을 통해 파괴확률을 산정하였다. 이를 위해 Romanoff(1957)와 환경부(2002)에서 실측한 상수관의 관종에 따른 관두께 변화를 적용하여 해석하였다. 실측 자료를 통해 부식깊이, 잔존수명 예측 모델을 수립하였으며 이에 따른 관의 파괴확률을 산정하였다. Romanoff(1957)의 혼합강관과 주철관에 대한 실측 자료를 사용하여 상수관의 사용연수가 10년, 20년, 30년 경과됨에 따른 부식깊이와 관파괴확률을 산정하였다. 혼합강관의 경우 사용연수에 따른 부식깊이는 0.57mm, 0.92mm, 1.21mm으로 산정되었으며, 주철관의 경우 0.16mm, 0.24mm, 0.31mm으로 산정되었다. 또한 신뢰성모형을 직경 300mm관에 적용한 결과 최대 상수도압 15kg/cm2에서 혼합강관의 사용연수에 따른 파괴확률은 3.36%, 4.65%, 6.18%로 나타났으며 주철관은 1.36%, 2.50%, 2.68%로 나타났다. 환경부(2002)의 주철관에 대한 부식 실측 자료를 통해 상수관의 사용연수 10년, 20년, 30년 경과에 따른 부식깊이와 관파괴확률을 산정하였으며 초기 관두께 측정 자료를 통해 잔존수명도 예측하였다. 부식깊이는 1.02mm, 1.25mm, 1.41mm으로 산정되었으며, 파괴확률은 5.15%, 6.30%, 7.35%로 산정되었다. 그리고 잔존수명의 경우 부식률이 20%일 때, 잔존수명은 약 30년으로 산정되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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