Reliability assessment of water treatment plant with application of the Monte Carlo simulation

• Autorzy: Mirosław-Świątek Dorota , Morawski Dariusz , Pieniak Łukasz , Świątek Bartłomiej , Czapski Przemysław , Siwiec Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0016.0225

Warianty tytułu

PL

Ocena niezawodności stacji uzdatniania wody z zastosowaniem symulacji Monte Carlo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a comprehensive Reliability, Availability and Maintainability (RAM) assessment of the Water Supply Plant WULS-SGGW (WSP). The Monte Carlo method was used to simulate failure events of components in the technological process of the water treatment system. BlockSim application was used to perform an analysis. The reliability block diagram was used as a system modeling method. Reliability metrics were estimated based on 1000 simulations of 15 years of operation of the station. Simulations allowed the estimation of reliability metrics for the WSP, its subsystems, sections as well as basic elements included in the model. They also made it possible to determine which components are most critical to reliability.

PL

W artykule przedstawiono kompleksową ocenę niezawodności, dostępności i utrzymywalności (RAM) Zakładu Wodociągowego WULS-SGGW (WSP). Do symulacji zdarzeń awaryjnych obiektów w procesie technologicznym systemu uzdatniania wody wykorzystano metodę Monte Carlo. Do przeprowadzenia analizy wykorzystano aplikację BlockSim. Jako metodę modelowania systemu zastosowano niezawodnościowy schemat blokowy. Metryki niezawodnościowe oszacowano na podstawie 1000 symulacji 15-letniej eksploatacji stacji. Symulacje pozwoliły na oszacowanie metryk niezawodnościowych dla WSP, jej podsystemów, sekcji, a także podstawowych elementów wchodzących w skład modelu. Pozwoliły również na określenie, które elementy są najbardziej krytyczne dla niezawodności.

Słowa kluczowe

EN

reliability; Monte Carlo simulation; RAM analysis; water supply system; BlockSim

PL

niezawodność; symulacja Monte Carlo; analiza RAM; system wodociągowy; BlockSim

• Wydawca: Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Rocznik: 2022
• Tom: Nr 83
• Strony: 61--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mirosław-Świątek Dorota

• Institute of Environmental Engineering, WULS-SGGW

• https://orcid.org/0000-0003-3920-8215

autor

Morawski Dariusz

• Institute of Environmental Engineering, WULS-SGGW

autor

Pieniak Łukasz

• HBM Prenscia

autor

Świątek Bartłomiej

• HBM Prenscia

autor

Czapski Przemysław

• MSc HBM Prenscia

autor

Siwiec Tadeusz

• Department of Environmental Engineering and Geodesy, University of Life Sciences in Lublin

• https://orcid.org/0000-0002-4671-4602

Bibliografia

• 1. Denczew S., Królikowski A., Basics of modern operation of water supply and sewage systems, ARKADY, Warsaw 2002. (in Polish).
• 2. Herder P.M., van Luijk J.A., Bruijnooge J., Industrial application of RAM modeling development and implementation of a RAM simulation model for the Lexan plant at GE Industrial, Plastics, “Reliability Engineering & System Safety” 2008, 93: 501–508.
• 3. Sharma R.K., Kumar D., Kumar P., Performance modeling in critical engineering systems using RAM analysis, “Reliability Engineering & System Safety” 2008, 93: 891–897.
• 4. Młynarski S., Oprzędkiewicz J., System solutions ensuring safety and reliability of technical facilities, “Problemy Eksploatacji” 2012, 3: 39–54 (in Polish).
• 5. Dingzhou C., Yu S., Huairui G., Optimizing Maintenance Policies based on Discrete Event Simulation and the OCBA Mechanism, Reliability and Maintainability Symposium, January 2013.
• 6. Manzini R., Regattieri A., Pham H., Ferrari E., Maintenance for Industrial Systems, Springer 2010.
• 7. Barlow R., Mathematical Theory of Reliability: A Historical Perspective, “IEEE Transactions on Reliability” 1984, R-33(l) 16–20.
• 8. Gheisi A., Forsyth M., Naser Gh., Water distribution systems reliability: A review of research literature, “Journal of Water Resources Planning and Management” 2016, Vol. 142. Iss. 11. DOI 10.1061/(ASCE)WR.19435452.0000690.
• 9. Shafiqul M.I., Rehan S., Rodriguez M.J., Najjaran H., Hoorfar M., Reliability Assessment for Water Supply Systems under Uncertainties, “Journal of Water Resources Planning and Management” 2014, 140:4, pp. 468–479.
• 10. Rak J., Reliability of surface water treatment system, “Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej” 1993, No. 111, “Inżynieria Środowiska”, vol. 20, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów (in Polish).
• 11. Zimoch I., Binda B., Operation of the Waterworks of Wrocław: Reliability of the Water Treatment Plants, “Ochrona Środowiska” 2003, Vol. 25, No. 3, pp. 35–39. (in Polish)
• 12. Tchórzewska-Cieślak B., Szpak D., A proposal of a method for water supply safety analysis and assessment, “Ochrona Srodowiska” 2015, Vol. 37, No. 3, pp. 43–47. (In Polish)
• 13. Szpak D., Tchórzewska-Cieślak B., Analysis and Assessment of Water Treatment Plant Reliability, “Journal of KONBiN” 2017, 41 pp. 21–38 DOI 10.1515/jok-2017-0002.
• 14. Wiśniewska K., Kowalska B., Kowalski D., The reliability evaluation of a selected water supply station on the base of K-index factor, “Gaz Woda i Technika Sanitarna” 2017, No. 11, 467–471. (in Polish)
• 15. Marseguerra M., Zio E., Optimizing maintenance and repair policies via a combination of genetic algorithms and Monte Carlo simulation, “Reliability Engineering and System Safety” 2000, vol. 68, no. 1, April, pp. 69–83.
• 16. Marquez A.C., Heguedas A.S., Iung B., Monte Carlo-based assessment of system availability, „Reliability Engineering & System Safety” 2005, 88(3): 273–289.
• 17. Taheriyoun M., Moradinejad S., Reliability analysis of a wastewater treatment plant using fault tree analysis and Monte Carlo simulation, “Environ Monit Assess” 2015, 187: 4186. https://doi.org/10.1007/s10661-014-4186-7.
• 18. Sikos L., Klemes J., Evaluation and assessment of reliability and availability software for securing an uninterrupted energy supply, “Clean Techn Environ Policy” 2010, 12: 137–146. DOI 10.1007/s10098-009-0243-2.
• 19. Szkoda M., Assessment of Reliability, Availability and Ma intainability of Rail Gauge Change Systems, “Niezawodność, Eksploatacja – Maintence and Reliability” 2014, 16(3): 422–432.
• 20. ReliaSoft, Inc. BlockSim, Platform for System Reliability, Availability, Maintainability and Related Analyses. Available online: www.reliasoft.com (accessed on 16 June 2019).
• 21. Tchórzewska-Cieślak B., Boryczko K., Analysis of undesirable events scenarios in water supply system by means of fault tree method, “Journal of Konbin” 2010, 14–15, 309–320.
• 22. Raso A.L., de Vasconcelos V., Marques R.O., Soares W.A., Mesquita A.Z., Use of Reliability Engineering Tools in Safety and Risk Assessment of Nuclear Facilities, International Nuclear Atlantic Conference – INAC 2017 Belo Horizonte, MG, Brazil, October 22–27, 2017 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR ABEN.
• 23. Tchórzewska-Cieślak B., Papciak D., Kaleta J., Puszkarewicz A., Analysis of the reliability of water treatment plants, “Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture JCEEA” 2015, vol. XXXIII, No. 63 (3/16), pp. 507–516. (in Polish)
• 24. Dawidowicz J., Czapczuk A., The reliability of rural water distribution systems in relation to the layout of the pipework within the network, “Technical Transactions” 2018, 3/2018 pp. 141–151.
• 25. Morawski D., Stańko G., Water supply station WULS-SGGW, “Forum Eksploatatora” 2005, No. 1 (18), 5–11. (in Polish)
• 26. Kalenik M., Morawski D., Water Supply Station WULS-SGGW is already 35 years old, “Inżynieria, Kształtowanie Środowiska” 2010, No. 2 (48), 75–87. (in Polish)
• 27. Szopa T., Reliability, safety, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warsaw 2016. (in Polish)
• 28. Tchórzewska-Cieślak B., Pietrucha-Urbanik K., Papciak D., An Approach to Estimating Water Quality Changes in Water Distribution Systems Using Fault Tree Analysis, “Resources” 2019, 8, 162.
• 29. Lindhe A., Norberg T., Rose L., Approximate dynamic fault tree calculations for modelling water supply risks, “Reliability Engineering and System Safety” 2012, 106, 61–71.
• 30. ReliaSoft Corporation, System Analysis Reference, Worldwide Headquarters, Washington & United States, Tucson & United States 2017.
• 31. Pamuła W., Reliability, Security. Choice of issues, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2011. (in Polish)
• 32. ReliaSoft Corporation, Life Data Analysis Reference, Worldwide Headquarters, Washington & United States, Tucson & United States 2015.
• 33. Kwietniewski M., Roman M., Kłos-Trębaczkiewicz H., Water supply and sewage system reliability, Arkady, Warsaw 1993. (in Polish)
• 34. Suchorab P., Assessment of the operational reliability of the selected water supply station. “Gaz, Woda i Technika Sanitarna” 2017, 1.4-6.10.15199/17.2017.6.1. (in Polish)
• 35. Wieczysty A., Iwanejko R., Lubowiecka T., Increasing the reliability of municipal water supply systems. Assessment methods for improving the reliability of municipal water supply systems, PAN, Wyd. Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, Lublin 2001. (in Polish).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu „Społeczna odpowiedzialność nauki” - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).