In this paper a methodology is developed to prioritize replacement of water distribution pipes according to the economical efficiency of replacement and assess the long-term effects of water main replacement policies on water distribution systems. The methodology is implemented with MATLAB to develop a computer algorithm which is used to apply the methodology to a case study water distribution system. A pipe break prediction model is used to estimate future costs of pipe repair and replacement, and the economically optimal replacement time of a pipe is estimated by obtaining the time at which the present worth of the total costs of repair and replacement is minimum. The equation for estimating the present worth of the total cost is modified to reflect the fact that a pipe can be replaced in between of failure events. The results of the analyses show that about 9.5% of the pipes in the case study system is required to be replaced within the planning horizon. Analyses of the yearly pipe replacement requirements for the case study system are provided along with the compositions of the replacement. The effects of water main replacement policies, for which yearly replacement length scenario and yearly replacement budget scenario are used, during a planning horizon are simulated in terms of the predicted number of pipe failures and the saved repair costs.
A General Pipe Break Prediction Model that incorporates linear and exponential models in its form is developed. The model is capable of fitting pipe break trends that have linear, exponential or in between of linear and exponential trend by using a weighting factor. The weighting factor is adjusted to obtain a best model that minimizes the sum of squared errors of the model. The model essentially plots a best curve (or a line) passing through "cumulative number of pipe breaks" versus "break times since installation of a pipe" data points. Therefore, it prevents over-predicting future number of pipe breaks compared to the conventional exponential model. The optimal replacement time equation is derived by using the Threshold Break Rate equation by Loganathan et al. (2002).
Park, Su-Wan;Lee, Hyeong-Seok;Bae, Cheol-Ho;Kim, Kyu-Lee
Journal of Korea Water Resources Association
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v.42
no.7
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pp.525-535
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2009
In this paper a heuristic method for identifying individual pipes in water pipe networks to determine specific sections of the pipes that need to be replaced due to deterioration. An appropriate minimum pipe length is determined by selecting the pipe length that has the greatest variance of the average cumulative break number slopes among the various pipe lengths used. As a result, the minimum pipe length for the case study water network is determined as 4 m and a total of 39 individual pipe IDs are obtained. The economically optimal replacement times of the individual pipe IDs are estimated by using the threshold break rate of an individual pipe ID and the pipe break trends models for which the General Pipe Break Prediction Model(Park and Loganathan, 2002) that can incorporate the linear, exponential, and in-between of the linear and exponetial failure trends and the ROCOFs based on the modified time scale(Park et al., 2007) are used. The maximum log-likelihoods of the log-linear ROCOF and Weibull ROCOF estimated for the break data of a pipe are compared and the ROCOF that has a greater likelihood is selected for the pipe of interest. The effects of the social costs of a pipe break on the optimal replacement time are also discussed.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.27
no.4
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pp.228-232
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2015
The water supply galvanized steel pipes of apartment buildings in Bucheon city constructed with building permission before 1994 have many problems such as leaks, the water containing rust, and low water pressure due to corrosion. Therefore, this study aims to find a way to renew the water supply pipes under investigation through a survey. As a result, when replacing the galvanized steel pipe with the corrosion-resistant pipe, the water supply system should also be changed from the gravity tank system to the booster pump system and the hygienic water storage tank. It is necessary to redraft the long-term repair plan including the replacement of the water supply system. Also, it is necessary to save the allowance reserve according to the modified long-term repair plan.
Park, Sang Kyu;Lee, Yo Seop;So, Il su;Lim, Bu Taek
Corrosion Science and Technology
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v.11
no.6
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pp.225-231
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2012
Fitness-for-Service is a useful technology to determine replacement timing, next inspection timing or in-service when nuclear power plant's buried pipes are damaged. If is possible for buried pipes to be aged by material loss, cracks and occlusion as operating time goes by. Therefore Fitness-for-Service technology for buried pipe is useful for plant industry to perform replacement and repair. Fitness-for-Service for buried pipe is studied in terms of existing code and standard for Fitness-for-Service and a current developing code case. Fitness-for-Service for buried pipe was performed according to Code Case N-806 developed by ASME (American Society of Mechanical Engineers).
To investigate the seismic performance of steel pipe-aeolian sand recycled concrete columns, this study designed and produced five specimens. Low-cycle repeated load tests were conducted while maintaining a constant axial compression ratio. The experiment aimed to examine the impact of different aeolian sand replacement rates on the seismic performance of these columns. The test results revealed that the mechanical failure modes of the steel pipe-recycled concrete column and the steel pipe-aeolian sand recycled concrete column were similar. Plastic hinges formed and developed at the column foot, and severe local buckling occurred at the bottom of the steel pipe. Interestingly, the bulging height of the damaged steel pipe was reduced for the specimen mixed with an appropriate amount of wind-deposited sand under the same lateral displacement. The hysteresis curves of all five specimens tested were relatively full, with no significant pinching phenomenon observed. Moreover, compared to steel tube-recycled concrete columns, the steel tube-aeolian sand recycled concrete columns exhibited improved seismic energy dissipation capacity and ductility. However, it was noted that as the aeolian sand replacement rate increased, the bearing capacity of the specimen increased first and then decreased. The seismic performance of the specimen was relatively optimal when the aeolian sand replacement rate was 30%. Upon analysis and comparison, the damage analysis model based on stiffness and energy consumption showed good agreement with the test results and proved suitable for evaluating the damage degree of steel pipe-wind-sand recycled concrete structures.
Kim, Joong-Hoon;Geem, Zong-Woo;Lee, Hyun-dong;Kim, Seong-Han
Korean Journal of Hydrosciences
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v.8
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pp.31-40
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1997
Flow carrying capacity of water distribution systems is getting reduced by deterioration of pipes in the systems. The objective of this paper is to present a managerial decision-making model for the rehabilitation of water distribution systems with a mininum cost. The decisions made by the model also satisfy the requirements for discharge and pressure at demanding nodes in the systems. Replacement cost, pipe break repair cost, and pumping cost are considered in the economic evaluation of the decision along with the break rate and the interest rate to determine the optimal replacement time for each pipe. Then, the hydraulic integrity of the water distribution system is checked for the decision by a pipe network simulator, KYPIPE, if discharge and pressure requirements are satisfied. In case the system does not satisfy the hydraulic requirements, the decision made for the optimal replacement time is revised until the requirments are satisfied. The model is well applied to an existing water distribution system, the Seoul Metropolitan Water Supply System (1st Phase). The results show that the decisions for the replacement time determined by the economic analysis are accepted as optimal and hydraulic integrity of the system is in good condition.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2021.06a
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pp.145-145
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2021
Water distribution networks (WDNs) are designed to satisfy water requirement of an urban community. One of the central issues in human history is providing sufficient quality and quantity of water through WDNs. A WDN consists of a great number of pipelines with different ages, lengths, materials, and sizes in varying degrees of deterioration. The available annual budget for rehabilitation of these infrastructures only covers part of the network; thus it is important to manage the limited budget in the most cost-effective manner. In this study, a novel pipe replacement scheduling approach is proposed in order to smooth the annual investment time series based on a life cycle cost assessment. The proposed approach is applied to a real WDN currently operating in South Korea. The proposed scheduling plan considers both the annual budget limitation and the optimum investment on pipes' useful life. A non-dominated sorting genetic algorithm is used to solve a multi-objective optimization problem. Three decision-making objectives, including the minimum imposed LCC of the network, the minimum standard deviation of annual cost, and the minimum average age of the network, are considered to find optimal pipe replacement planning over long-term time period. The results indicate that the proposed scheduling structure provides efficient and cost-effective rehabilitation management of water network with consistent annual budget.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.1
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pp.57-70
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2017
In this study, we investigated the wear measurement methods for slurry pipe applied in the field of mining and oil sand industry and theoretical equations related to the prediction of wear in slurry pipe through literature review. Average daily wear rate and wear rate per excavated distance were determined from slurry discharge pipe thickness measurement data periodically measured at the actual slurry shield TBM site in Singapore. The wear rate of slurry pipe for Bukit Timah Granite was obtained. The wear rates for G (V) grade and mixed zone were 1.5 times higher than that of G (I) to G (IV) grade. Slurry pipe wear rate tends to increase in proportion to the slurry discharge velocity. The optimal slurry pipe replacement or rotation frequency can be estimated through the selection of the pipe wear rate considering geological condition and the reasonable pipe management thickness.
Jae-Yoon Kim;Je-Hoon Jang;Jin-Ha Hwang;Yun-Jae Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.4
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pp.1320-1329
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2024
When wall-thinning occurs in nuclear Class 2 and 3 pipes, reinforcement is typically applied rather than replacement. To analyze the structural integrity of reinforced wall-thinned pipe, stress analysis results using full 3-D FE analysis are not compatible to the design code equation, ASME BPVC Sec. III NC/ND-3650. Therefore, the efficient stress evaluation method for the reinforced wall-thinned pipe, compatible to the design code equation, needs to be developed. In this paper, stress evaluation methods for the reinforced wall-thinned pipe are proposed using the equivalent straight pipe concept. Furthermore, for fatigue analysis of the reinforced wall-thinned pipe, the stress intensification factor of reinforced wall-thinned pipe is presented using the structural stress method given in ASME BPVC Sec. VIII Div.2.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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