How Much Should I Spend on Pipe Condition Assessments?

Von Greg Baird

Bei der Frage „Wie viel sollte ich für die Beurteilung des Rohrzustands ausgeben?“ man muss sich zuerst nach der Auslegung, Konstruktion, Installation und Inspektion der Pipeline erkundigen.

Überlegungen zur Rohrinstallation

Wenn Sie Rohre nicht richtig verlegt haben, verlieren Sie im Durchschnitt bereits 20 bis 50 Prozent der Rohrlebensdauer. Wenn Sie das Rohr während der Installation nicht inspiziert haben, verzichten Sie möglicherweise nur auf 10 bis 30 Prozent der potenziellen Lebensdauer für dieses Rohrsegment. Wenn es um eine langfristige unterirdische Infrastruktur geht, die 50 bis 300 Jahre halten kann, hat das richtige Handeln enorme Vorteile oder andererseits – hohe Kosten und Risiken durch Entscheidungsfehler. Im Wesentlichen sind bei allen die Lebensdauer der Rohre beeinflussenden Variablen Zustandsbewertungen erforderlich, um Rohre mit hohem Risiko zu identifizieren und auch zu vermeiden, dass die 40 bis 70 Prozent der guten Rohre ersetzt werden, die durch altersbasierte Planungsannahmen verurteilt werden.

Überlegungen zum Rohrmaterial

Die Auswahl des Rohrmaterials muss für den Standort geeignet sein und viele Variablen wie Umweltprobleme und Betriebsbedingungen berücksichtigen. Spezifikationen sollten offen sein, um die technische Überprüfung und Analyse zu ermöglichen. 91 Prozent aller installierten Wasserleitungen in den Vereinigten Staaten verwendeten eine Kombination aus Gusseisen zu 28 Prozent, Sphäroguss zu 28 Prozent, PVC-Rohr zu 22 Prozent und Asbestzement zu 13 Prozent. Was interessant ist, wenn man bedenkt, dass nur zwei Materialien duktiles Gusseisen und PVC als Optionen für Neuinstallationen und Ersatz verbleiben. Die verbleibenden 9 Prozent der verwendeten Rohre werden durch HDPE, Stahl, Betonstahlzylinder und andere Materialien repräsentiert. Jedes Rohrmaterial hat unterschiedliche Rohreigenschaften, was bedeutet, dass die installierte Umgebung und Betriebs-/Umweltfaktoren unterschiedlich auf jedes Rohrmaterial wirken und für jedes Rohrsegment unterschiedlich sein können.

Erkenntnisse aus jüngsten Studien zeigen, dass 75 Prozent aller Versorgungsunternehmen korrosive Böden aufweisen. Versorgungsunternehmen mit einem höheren Anteil an Eisenrohren können einen höheren Anteil an korrosionsbedingten Brüchen aufweisen. Die Analyse der Bodenkorrosivität zeigt, dass traditionell die Dicke der Eisenrohrwand den zusätzlichen Korrosionsschutz bot. Nach dem Zweiten Weltkrieg hergestellte Gussrohre weisen dadurch deutlich höhere Ausfallraten auf. Es wird erwartet, dass Gusseisenrohre in stark korrosiven Böden eine über 20-fache Bruchrate von Gusseisenrohren in schwach korrosiven Böden aufweisen. Korrosion ist eine wichtige Versagensart für Gusseisen und die vorherrschende Versagensart für duktile Gussrohre. Guss- und duktile Gussrohre korrodieren etwa gleich schnell. Duktile Gussrohre in stark korrosiven Böden weisen eine über 10-fache Bruchrate auf als ein duktiles Gussrohr in schwach korrosiven Böden. Die vielen Arten von Korrosion können auch mit anderen Umgebungsbedingungen kombiniert werden, die alle zum Ausfall der Wasserleitung beitragen, da die Wandstärke von Metallrohren im Laufe der Zeit abgenommen hat.

Überlegungen zum Rohrdurchmesser

Im Gesamtbestand an Wasserleitungen haben 85 Prozent der Wasserleitungen einen Durchmesser von weniger als 12 Zoll. 67 Prozent aller Wasserleitungen haben einen Durchmesser von 8 Zoll oder weniger. Achtzehn Prozent der Wasserleitungen haben einen Durchmesser von 10 bis 12 Zoll und 9 Prozent haben einen Durchmesser von 14 bis 24 Zoll. Eine nationale Kennzahl für die Erneuerungsrate von Wasserleitungen beträgt 0,8 Prozent, was einem Rohraustauschzyklus von 125 Jahren entspricht, wobei der durchschnittliche Rohrbruch bei 50 Jahren liegt. Die typische Wasserleitungsplanung für den Austausch liegt zwischen 1,0 und 1,6 Prozent, was einem 100- bis 60-jährigen Austauschzyklus entspricht. Ein Wasserverteilungssystem, wie es von den meisten Wasserversorgungsunternehmen definiert wird, betrachtet Rohrgrößen mit einem Durchmesser von weniger als 16 oder 24 Zoll und alles, was größer ist, als Übertragungsleitung. Der Rohrdurchmesser ist wichtig, zum Beispiel hat das gesamte duktile Gussrohr eine Bruchrate von 5,5 Brüchen pro 100 Meilen Rohr für alle Größen, aber Studien zeigen auch eine Bruchrate von 15,1 für duktile Rohrrohre mit einem Durchmesser von weniger als 12 Zoll.

Als allgemeine Faustregel gilt, dass Rohre mit größerem Durchmesser teurer sind, weniger Brüche haben und daher eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen, aber wenn ein Bruch auftritt, sind die Folgen des Ausfalls schwerwiegender. Als Beispiel ein 16-Zoll. Rohrbruch könnte 100.000 US-Dollar kosten, ein 36-Zoll. Rohrdurchmesser $800.000 und ein 84-Zoll. Rohrdurchmesser über 1,5 Millionen US-Dollar allein an direkten Kosten, ohne Wasserverlust und andere indirekte und gesellschaftliche Kosten, die durchschnittlich zwischen 50 und 66 Prozent der direkten Kosten eines Versorgungsunternehmens mit der Reparatur betragen können. Für diese Übertragungsleitungen mit größerem Durchmesser für Rohwasser oder aufbereitetes Wasser sind die Kosten zu hoch und der Verlust der Wasserversorgung einer Gemeinde zu störend, um Ausfälle zuzulassen. Daher sollten Zustandsbewertungen für diese ewigen Lebensadern alle 10 Jahre und bei bekannten Problemen noch häufiger erfolgen. Es gibt auch einen Business Case für die kontinuierliche Überwachung, um jede Änderung des Zustands dieser Rohre zu verstehen oder Redundanz in das System einzubauen, um katastrophale Ausfälle, die Millionen von Dollar kosten, zu verhindern oder zu mindern.

Inneres des undichten Rohres

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Asset-Management-Programme

Die ersten grundlegenden Schritte eines Infrastruktur-Asset-Management-Programms bestehen darin, zu wissen, welche Assets Sie besitzen, wo sie sich befinden und in welchem ​​Zustand sie sich befinden. An diesem Punkt des Zustandsbewusstseins spielen Risikominderungsschritte in Kombination mit Finanzierungsszenarien eine Rolle, um den Rest zu entwickeln des Vermögensverwaltungsplans.

Eine Definition oder ein Hauptziel des Asset Managements besteht darin, die längste Nutzungsdauer jedes Assets zu den niedrigsten Kosten bei gleichzeitiger Bereitstellung des erwarteten Serviceniveaus zu erreichen. Wenn wir diese verallgemeinerte Aussage auspacken, würde die längste Nutzungsdauer die Auswahl des Rohrmaterials, die richtige Auslegung und Installation sowie für die installierte Umgebung optimierte Inspektionen mit regelmäßigen Bewertungen und Analysen des Rohrzustands umfassen, um Änderungen der Wartungsstrategien, rechtzeitige Reparaturen, den Einsatz grabenloser Technologien und Sanierungsmethoden und Austausch im offenen Schnitt, wenn man bedenkt, dass ein einfacher, altersbasierter geplanter Eingriff unter Berücksichtigung aller laufenden und sich ändernden Variablen, die die Nutzungsdauer eines Rohres beeinflussen können, immer falsch sein wird. Selbst die besten Zerfallskurven mit historischen Daten ändern sich im Laufe der Zeit.

Die Nutzungsdauer des Rohres umfasst auch das gesamte Rohrnetz und jedes Rohrsegment. Der „niedrigste Kosten“-Ansatz mit Rohrzustandsbewertungen für das gesamte Verteilungssystem, der traditionell von Ingenieurbüros als statistische Desktop-Analyse durchgeführt wurde, wurde jetzt durch kosteneffektivere und genauere KI-/Maschinen-Lernalgorithmen und Cloud-Plattformen ersetzt, die eine Voreingenommenheit verwenden Ansatz von Hunderten von Variablen, um ein prozentuales Ausfallrisiko (Likelihood of Failure LoF) auf jedes Rohrsegment für etwa 0,02 USD pro Laufmeter anzuwenden. Wichtiger ist auch, gute Rohre zu identifizieren, um Vermögens- und Finanzverluste durch Entscheidungsfehler zu vermeiden. Je mehr Bruchdaten und größer die Datenbank, desto genauere Vorhersagen können für LoF-Algorithmen gemacht werden, die auch Daten bereinigen und fehlende Daten korrigieren. Sobald für jedes einzelne Rohrsegment ein LoF festgelegt wurde, kann eine genauere, aber subjektive Konsequenz des Versagens (CoF) berechnet werden, indem die direkten Reparaturkosten und die indirekten gesellschaftlichen Kosten jedes Rohrsegments in Dollar quantifiziert werden. Diese monetarisierte Risiko- oder Gesamtrisikobewertung liefert eine Methodik zum Verständnis des Risikotrages in Dollar, die dann priorisiert werden kann. Als Beispiel könnte die Kritikalität eines Rohrsegmentfehlers in der Nähe eines Krankenhauses einen Risikowert von 5 Mio. Zu viele Versorgungsunternehmen verstehen nicht das tatsächliche Risiko, das sie tragen, und zu viele Finanzmanager haben gefragt: “Wenn wir diese Kapitalanlage tätigen, welchen Risikobetrag wird sie kaufen?” Die Kartierung dieser Rohrsegment-Risikowerte bietet eine Möglichkeit, Projekte für die Kapitalplanung zusammenzufassen oder zu bündeln, und bietet gleichzeitig den zusätzlichen Vorteil der Koordinierung mit Straßenreparaturprojekten und anderen Planungsbemühungen für unterirdische Versorgungsanlagen.

Geschäftsprozess

Das Asset Management erfordert eine kontinuierliche Verbesserung der Geschäftsprozesse und den Einsatz neuer Technologien und Methoden, um insgesamt niedrigere Lebenszykluskosten für jedes Asset anzustreben.

Eigene oder firmeninterne Modelle zur Risikoanalyse von Rohren sollten mit KI-/Maschinen-basierten Datenbanken getestet werden, um Kapitalpläne zu überprüfen, um den finanziellen Entscheidungsfehler beim Austausch guter Rohre zu vermeiden und gleichzeitig die Genauigkeit bei der Identifizierung von risikoreichen Rohrsegmentclustern zu verbessern.

Eine digitale KI-Lösung zur Desktop-Rohrzustandsbewertung mit LoF und CoF mit einem monetarisierten Gesamtrisikowert kann Wartungs- und Arbeitsauftragsstrategien für Computer Maintenance Management Systems (CMMS) effizienter steuern und gleichzeitig gezielt Rohrsegmente für tiefergehende und traditionelle Zustandsbewertungstechnologien identifizieren von der Lecksuche und akustischen Überwachung bis hin zu Zustandsbewertungen und Untersuchungen der Wanddicke in Rohren. Herkömmliche und sogar innovative Rohrlecksuche und Rohrzustandsbewertungen sind für den Einsatz im gesamten Wasserverteilungssystem nicht kosteneffektiv. KI kann die anderen erforderlichen Aktivitäten zur Zustandsbewertung besser fokussieren, wodurch die Gesamtkosten für die Identifizierung von Risiken und „Fehlern bei den linearen Fußausgaben“ reduziert werden. Es gibt auch einen Vorteil der KI für die Mitarbeiter in Wasser- und Abwasserbetrieben, was den Verlust von Wissen, Bindung, Arbeitszeit, Schulung und Rekrutierung angeht.

Die KI-Unterstützung kommt vielen Asset-Management- und Software-Planungstools zugute, die auch CoF-Bewertungen und Investitions- und Ersatzpläne mit finanziellen Investitions- und Finanzierungsszenarien bereitstellen können.

Vermögensverwaltungsplanung

Die Planung des Anlagenmanagements für die unterirdische Infrastruktur ist komplex mit sich ändernden Variablen und Unsicherheiten.

Asset-Management-Praktiker benötigen die Unterstützung aller Tools, die helfen können, die Lebensdauer eines Rohrsegments auf kosteneffektive Weise zu bestimmen und zu verlängern und gleichzeitig die erwarteten Service-Levels zu erfüllen. Vermögensverwalter stehen vor der Herausforderung, Risiken, Kosten und Serviceniveaus abzuwägen und gleichzeitig den Aufwand für die Rohrplanung und die Fehlermöglichkeiten zu berücksichtigen.

Assets haben vier grundlegende Fehlermodi. Kapazität (Rohre müssen wegen eines geplanten Anstiegs des Wasserbedarfs aufgrund von Wachstum ersetzt werden); Physische Sterblichkeit (tatsächlicher Rohrbruch und Dienstausfall); Finanzielle Effizienz oder wirtschaftliches Versagen (wenn es aufgrund hoher Betriebs- oder Wartungskosten und möglicherweise sogar der riskanten Belastung durch sehr hohe Folgen eines Versagens kostengünstiger ist, einen Vermögenswert zu ersetzen); und Servicelevel (was bedeuten könnte, dass die Wasserqualität oder Rost im Wasser die Chlorwirkung verschlechtern; soziale Störungen und die Anzahl der Wasserleitungsbrüche; Wasserverlust ohne Einnahmen; schlechter Druck, der zu Problemen mit der öffentlichen Sicherheit/Brandbekämpfung/Versicherung führt; öffentliche Gesundheit Verschmutzungen und Wasserkochhinweise).

Abschluss

Die Finanzbuchhaltung kann einen jährlichen Betrag von 1-2 Prozent der gesamten Rohrnetzbewertung als Gesamtkosten der Zustandsbewertung und der Aktivitäten zur Risikominderung vorschlagen. Ingenieurbüros können einen Schwellenwert für die Kosten eines Zustandsbewertungsprogramms (statistische Desktop-Überprüfung, Vor-Ort-Besuche, Auswahl von Produkten zur Zustandsbewertung basierend auf Material und Durchmesser, Risikoanalyse und Empfehlungen) von 20 Prozent des Wiederbeschaffungswertes eines Rohrsegments vorschlagen. Die Einführung und Einführung von KI/maschinellem Lernen für die Zustandsbewertung von Rohrleitungen und die Leckerkennung reduziert die Gesamtkosten herkömmlicher Zustandsbewertungsprogramme und kann die Entwicklung von Plänen für das Wasserressourcenmanagement beschleunigen. KI kann zwar nicht jeden Fehlermodus oder jede Komplexität adressieren, aber wenn Sie KI/Maschinen-Anlehnung NICHT in Ihr Infrastruktur-Asset-Management-Programm für unterirdische Rohrleitungen einbeziehen, folgen Sie NICHT den Best Practices und Kernprinzipien des Asset-Managements, und im Laufe der Zeit werden Sie auf die eine oder andere Weise werde mehr bezahlen.

Greg Baird ist Präsident der Water Finance Research Foundation und regelmäßiger Mitarbeiter von WF&M. Als Unternehmensberater ist er auf langfristige Versorgungsplanung, Infrastruktur-Asset-Management und Kapitalfinanzierungsstrategien für Stadtwerke in den USA spezialisiert. Er war als kommunaler Finanzbeamter in Kalifornien und als CFO von Colorados drittgrößtem Versorgungsunternehmen tätig.

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