ایستگاه پمپاژ

ایستگاه پمپاژ

اگرچه پمپاژ از فرآیندهای اصلی طراحی تأسیسات تصفیه خانه های آب و فاضلاب به روش مهندسی بشمار نمی آیند، اما جزو تأسیسات جانبی و تکمیلی مهم محسوب می گردند. بطورکلی کاربرد پمپ ها و بهره گیری از عملیات پمپاژ در طرح های مربوط به خطوط آبرسانی و تأسیسات جمع آوری، انتقال و تصفیه فاضلاب، بمنظور تأمین هد اضافی جهت بالا بردن سیال از یک سطح پایین تر به یک سطح بالاتر می باشد. در شبکه های توزیع آب، پمپ ها ممکن است در خارج از شبکه به عنوان پمپ های آبرسانی برای تأمین آب از منابع خارجی و یا داخل شبکه به عنوان  پمپ های تقویتی برای تأمین فشار در سیستم به کار روند. در شبکه های جمع آوری و خطوط انتقال فاضلاب نیز در مناطقی که توپوگرافی نامناسب و ناهمگن باشد و یا شیب زمین تأمین کننده سرعت و سایر مشخصه ها و مؤلفه های هیدرولیکی جریان نباشد، به ناچار از ایستگاههای پمپاژ و یا ایستگاه های بالابر جهت هدایت و انتقال فاضلاب به تأسیسات پایین دستی استفاده می شود.

معمولاً لوله انتقال فاضلاب که وظیفه هدایت فاضلاب تولیدی جوامع به محل احداث تصفیه خانه را برعهده دارد، به علت جریان ثقلی در محل ورود به تصفیه خانه در رقوم ارتفاعی پایین تری نسبت به سطح زمین به تأسیسات تصفیه وارد می شود. بنابراین پیش بینی تأسیسات بالا آورنده فاضلاب بمنظور سوار شدن فاضلاب به یکان های تصفیه لازم و ضروری می باشد. از اینرو عنوان اولین واحد عملیاتی در تصفیه خانه ها را می توان به ایستگاه های پمپاژ اختصاص داد.

 

– اصول، مبانی و ملاحظات طراحی ایستگاه های پمپاژ

اصولاً پارامترهای مؤثر در طراحي ایستگاه های پمپاژ، طبق توصیه مراجع معتبر، شامل نحوه استقرار سازه و تجهیزات به منظور بهره برداری و نگهداری مؤثر می باشد. اما در هر حال اولين گام بمنظور انجام يك طراحي اصولي و مهندسی، تعيين كميت و كيفيت سیال مي‌باشد. پیش بینی نوسانات الگوی مصرف آب و تغییرات جریان فاضلاب تولیدی در طی ساعات شبانه روز و اعمال ضرایب پیک و حداقل ساعتی و روزانه مصرف آب و تولید فاضلاب در طرح ایستگاه ها بسیار حائز اهمیت مي باشد.

در مجموع می توان اینگونه عنوان نمود که اصول، مبانی، معیارها، ضوابط و پارامترهای کلیدی و مؤثر در طراحی ایستگاه های پمپاژ، شامل تعیین مشخصات کمی و کیفی سیال ورودی (خصوصیات فیزیکی و شیمیائی سیال) و محاسبه دقیق چاهک مکش پمپ یا چاله پمپاژ (Sump) می باشد. طراحی مهندسی چاهک مکش بمنظور جلوگیری از ایجاد آشفتگی در قسمت مکش پمپ بسیار مهم بوده و می تواند بر کارکرد پمپ تاًثیرات قابل توجهی بگذارد.

علاوه بر آن، جنس بدنه ایستگاه، تجهیزات، قطعات و ملزومات مورد استفاده در ایستگاه های پمپاژ باید بنحوی انتخاب و طراحی گردند تا در تمام مراحل تولید، نصب و بهره برداری نیاز به نیروی انسانی متخصص و ماهر، هزینه تعمیرات تاًسیسات و تجهیزات و سایر موارد به حداقل ممکن رسیده و در مجموع هزینه های بهره برداری، نگهداری، تعمیرات و تعویض قطعات و تجهیزات به نحو چشمگیری کاهش یابد. لذا در مرحله طراحی، علاوه بر پارامترهای مذکور دقت در انتخاب نوع و مدل الکتروموتورهای پمپ، تعیین تعداد پمپهای مورد نیاز (پمپ های در مدار بهره برداری و پمپ های رزرو) و منحنی های مشخصه
(از قبیل منحنی هد- سیستم)، کارآیی پمپها و … می باشد.

از جمله پارامترهایی که بر انتخاب پمپ و طراحی سیستم تأثیر بسیار دارند شامل؛ ویسکوزیته، دانسیته، دما، میزان pH، خورندگی، رسوبگذاری، پایداری مواد شیمیائی، نوع و مقدار مواد معلق می باشد. فاضلاب ورودی به ایستگاه پس از عبور از آشغالگیر در تراز مناسبی با عمق بحرانی جریان به چاهک تر که در آن الکتروپمپ های شناور مستغرق هستند، وارد می شود.  برای طراحی و محاسبۀ حجم چاهک تر که کنترل سیستم پمپاژ را برعهده دارد، روش های مختلف کنترل خودکار مورد بررسی قرار گرفته است. نهایتاً برای برقراری جریان یکنواخت پمپاژ و دستیابی به حجم مناسب چاهک پمپاژ با حداقل هزینه ممکن و سادگی سیستم کنترل، سیستم ترتیبی روشن و خاموش شدن (Start/Stop) انتخاب شده است. به این شکل که در ترازهای مختلفی که با تعداد الکتروپمپ ها متناسب است، روشن و خاموش شدن آنها انجام می شود.

نکته قابل ملاحظه آن است که عمل خنک سازی الکتروپمپ های شناور فاضلابی از طریق مبادله حرارت جابجائی از بدنه به محیط اطراف (فاضلاب) صورت می گیرد و لذا ضرورت دارد که همواره این الکتروپمپ ها در حجم مرده ای که در چاهک مکش پیش بینی می شود، غوطه ور باشند، ارتفاع این حجم مرده به اندازه ای در نظر گرفته می شود که در تمام شرایط کاری، الکتروپمپ به طور کامل مستغرق باشد و معمولاً معادل ارتفاع پمپ با اضافه پایه استقرار آن است. در صورت عدم احتساب این حجم مرده در بعضی شرایط پیوسته الکتروموتور در فضای بیرون از سیال قرار خواهد گرفت و عمل خنک سازی به میزان مطلوب انجام نمی شود، در نتیجه درجه حرارت بدنه الکتروموتور افزایش می یابد و به آن صدمه می رساند و باعث سوختگی پمپ
می گردد.

برای دستیابی به یک سیستم کنترل خودکار بهینه برای پمپاژ فاضلاب بایستی با توجه به سیستم کنترل پیش بینی شده، حداکثر دفعات روشن – خاموش شدن الکتروموتور در ساعت ملاک عمل قرار گیرد. این فاکتور که توسط شرکت سازنده الکتروموتور ارائه می گردد به نوع پمپ شناور و قدرت آن بستگی دارد. طبق توصیه برخی از سازندگان داخلی، حداکثر دفعات روشن – خاموش شدن الکتروموتور در ساعت مطابق جدول شماره 1 می باشد.

 

جدول شماره 1- حداکثر دفعات روشن خاموش شدن الکتروموتور در ساعت

 

رديف

 

قدرت الکتروموتور

 

 (برحسب Kw)

حداکثر دفعات مجاز روشن- خاموش شدن

 

الکتروموتور در ساعت

1

تا 11 کیلووات

10

2

از 11 الی30 کیلووات

6

3

از 30 الی 55 کیلووات

4

4 از 55  الی 130 کیلووات

2

 

حجم چاهک تر بر اساس نوع کنترل ترتیبی خاموش- روشن شدن الکتروپمپها و همچنین با توجه به حداکثر دفعات مجاز روشن- خاموش شدن الکتروموتور در ساعت محاسبه می گردد. به این ترتیب که دبی ورودی به تلمبه خانه از یک مقدار حداقل در ابتدای دورۀ طرح (Qmin) تا یک میزان حداکثر در انتهای دورۀ طرح(Qmax) متغیر می باشد. الکتروپمپ های انتخاب شده باید به گونه ای استقرار یابند که اولاً قادر به پمپاژ Qmax در انتهای دورۀ طرح بوده، بعلاوه در ابتدای دورۀ طرح که حداقل دبی (Qmin) به تلمبه خانه جریان می یابد، زمان ماند فاضلاب در چاهک تر از حد مجاز تجاوز ننماید. شایان ذکر است که حداکثر زمان ماند فاضلاب در چاهک تر برای اجتناب از ایجاد گندیگی، تجزیه بیهوازی فاضلاب و پیدایش حالت سپتیک و ایجاد بوهای ناخوشایند در محوطه تلمبه خانه 30 دقیقه توصیه شده است. در برخی از تلمبه خانه ها در ابتدای دورۀ طرح، در ساعاتی که دبی فاضلاب به حداقل مقدار خود رسیده است (نیمه شب ها)، احتمال اینکه زمان ماند فاضلاب در چاهک تر به بیش از 30 دقیقه هم برسد ممکن است که عملاً اجتناب ناپذیر است. حداقل حجم چاهک تر نیز با محاسبۀ زمانی که حداکثر روشن و خاموش شدن الکتروپمپ اتفاق می افتد قابل محاسبه و طراحی است.

پس از استخراج احجامی که برای عملکرد هر یک از الکتروپمپها مورد نیاز می باشد و احتساب حجم مرده ای که برای غوطه ور نمودن الکتروپمپ ها لازم است، حجم کلی چاهک تر با انتخاب محل مناسب نصب سنسورهای اندازه گیری سطح فاضلاب بدست می آید. بنابراین دقت در نصب این سنسورها در محل مناسب از اهمیت زیادی برخوردار بوده و سبب می گردد که الکتروپمپ همواره در شرایط مطمئن کاری قرار داشته باشد.

 

– انواع ایستگاه های پمپاژ

      1- طبقه بندی براساس موقعیت استقرار پمپ نسبت به مخزن مکش (چاهک پمپاژ)

برای احداث ساختمان تلمبه خانه های فاضلاب و نصب پمپها روش های مختلفی وجود دارد. معمولاً ایستگاه های پمپاژ به دو دسته عمده طبقه بندی می شوند؛ الف) چاهک مرطوب (Wet-pit) و ب) چاهک خشک (Dry-pit).

این طبقه بندی بر پایۀ موقعیت استقرار پمپ نسبت به مخزن مکش صورت گرفته است. انتخاب ایستگاه پمپاژ معمولاً بر پایۀ انتخاب تجهیزات پمپاژ است. بعنوان مثال؛ پمپ های شناور و عمودی به سازۀ چاهک مرطوب نیاز دارند، در حالیکه پمپ های افقی به سازۀ چاهک خشک نیازمندند.

 

1-1- ایستگاه های پمپاژ چاهک مرطوب (تر)

در ایستگاه های پمپاژ چاهک مرطوب، همانطور که در شکل (1- الف) نیز ملاحظه می گردد، پمپ ها درون سیال قرار می گیرند و بصورت شناور و مستغرق هستند. در این روش صرفاً از یک چاهک تر استفاده می شود. در این صورت پمپ و موتور هر دو در پوسته ای کاملاً آب بندی شده قرار گرفته و در فاضلاب غوطه ور می شوند. در این صورت تنها یک چاهک تر که در زیرزمین مدفون می باشد، نقش ساختمان تلمبه خانه را خواهد داشت. الکتروپمپ های غوطه ور که به صورت قائم نصب خواهند شد، از طریق دریچۀ ورودی چاهک تر بر روی میله هادی پمپ (Guide Rail) قرار می گیرند و به کمک زنجیر بالابر، بر روی این میله راهنما حرکت می کنند. میله هادی یا راهنما از یک طرف در بالای چاهک تر به سقف متصل شده و در کف چاهک به زانویی90 درجه پایه دار مخصوصی متصل می گردد. زانویی90 درجه پایه دار نیز که جزء قطعات پمپ به حساب می آید، به کمک پیچ های نگهدارنده مناسب به کف چاهک محکم می شود.

در هنگام اجرای ساختمان تلمبه خانه، زانویی90 درجه پایه دار مخصوص به همراه میله راهنما به دیوارۀ کف و سقف چاهک متصل می شود. برای نصب الکتروپمپ، پس از قرار دادن بر روی میله راهنما و حرکت آن به کمک زنجیر به سمت پائین، لوله رانش پمپ که دارای فلنج مخصوصی است بر روی فلنج زانویی90 درجه پایه دار قرار می گیرد و با قرار گرفتن قلاب روی پمپ و بر اثر وزن خود الکتروپمپ، اتصال بصورت خودکار انجام می پذیرد. طرح اتصال به گونه ای است که نیروی وزن پمپ خود عامل آب بندی محل تماس پمپ با زانو می گردد. به این ترتیب خارج ساختن الکتروپمپ فرسوده و تعویض آن با الکتروپمپ سالم بسیار آسان خواهد بود. امروزه استفاده از این روش (چاهک تر و الکتروپمپ شناور) برای تلمبه خانه های فاضلاب به عنوان متداول ترین روش استفاده از الکتروپمپ های دورانی برای انتقال فاضلاب محسوب می شود.

 

1-2- ایستگاه های پمپاژ چاهک خشک

در ایستگاه های پمپاژ چاهک خشک، طبق شکل (1- ب)، پمپ ها در محوطۀ خشکی جدا از چاهک مرطوب نصب می گردند. این روش در واقع از دو بخش شامل یک اتاقک خشک و یک چاهک تر تشکیل می شود. فاضلاب ورودی از طریق لوله هدایت کننده به چاهک تر که در مجاورت یا پائین اتاقک خشک قرار دارد، وارد می شود. الکتروپمپ در اتاقک خشک قرار دارد. دیوارهای اتاقک خشک باید کاملاً در برابر رطوبت عایق کاری شوند و برای اینکه شکستگی های احتمالی در لوله ها و جمع شدن فاضلاب در اتاق خشک به موتور زیانی وارد نکند بهتر است در این حالت موتور در طبقه بالا و کمی بالاتر از کف نصب شود و با کمک محور دورانی به پمپ که در اتاقک خشک به همراه شیرآلات مربوطه قرار دارد، متصل گردد. در کف اتاقک خشک بایستی حوضچه ای برای جمع آوری فاضلاب ناشی از شستشوی اتاق همراه با پمپ کوچکی پیش بینی شود. نوع دیگری از تلمبه خانه مجهز به اتاقک خشک و چاهک تر بدین صورت است که اتاقک خشک روی چاهک تر قرار می گیرد و تنها الکتروموتور در اتاقک خشک نصب شده است، در این صورت پمپ در چاهک تر و بصورت غوطه ور در فاضلاب قرار گرفته و با کمک یک محور قائم ارتباط الکتروموتور و پمپ برقرار می شود.

در شکل شماره 2 نیز حالت های مختلف نصب پمپ نسبت به چاهک های تر و خشک نشان داده شده است.

 

شکل شماره 1- موقعیت استقرار پمپ نسبت به مخزن مکش؛

الف) چاهک مرطوب (Wet-pit)، ب) چاهک خشک (Dry-pit)، ج) استقرار بصورت قابل حمل

 

شکل شماره 2- حالت های مختلف نصب پمپ؛

a) نصب ثابت در چاهک مرطوب، b) نصب بصورت قابل حمل و جابجائی،

c) نصب ثابت در چاهک خشک (بشکل عمودی) ، d) نصب ثابت در چاهک خشک (بشکل افقی).

 

شکل شماره 3- نحوه نصب و استقرار الکتروپمپ های مستغرق فاضلابی

در کف سازه ایستگاه پمپاژ

 

2- طبقه بندی براساس نحوه تخلیه

ایستگاه های پمپاژ براساس نحوه کاربری و چگونگی تخلیه سیال و استفاده از آنها به دو منظور مورد استفاده قرار می گیرند:

الف) ایستگاه پمپاژ  و  ب) ایستگاه بالابر.

 

2-1- ایستگاه پمپاژ (Pressurised Mains Pumping Station

در این حالت، انتقال سیال تحت فشار صورت می پذیرد و پس از انتقال به لوله کلکتور به محل مورد نظر هدایت می گردد. بمنظور حفاظت از پمپ ها در مقابل جریان برگشتی و پس زدگی سیال درون لوله کلکتور باید از شیرهای یکطرفه و قطع و وصل جریان و اتصالات قابل پیاده کردن استفاده نمود. ایستگاههای پمپاژ تحت فشار علاوه بر جابجایی فاضلاب از یک سطح تراز پایین به یک سطح تراز بالاتر وظیفه انتقال و هدایت فاضلاب در طول یک مسیر طولانی را نیز برعهده دارند. بیشترین کاربرد آنها در شبکه های جمع آوری و خطوط انتقال فاضلاب است مخصوصاً در شهرها و مناطقی که زمین طبیعی شیب اندکی دارد و سرعت خطی و شستشو فاضلاب را تأمین نمی کند، بناچار لوله در مسیر طولانی به عمق رفته و جهت هدایت به تصفیه خانه و یا سوار شدن و تخلیه به خطوط انتقال باید پمپاژ شود. بنابراین در زمان مواجهه با چنین مشکلاتی استفاده از ایستگاه های پمپاژ (تلمبه خانه ها) اجتناب ناپذیر است.

همچنین در برخی از شهرهای ساحلی و مستقر در حاشیه ساحل بدلیل توپوگرافی ناموزون و ناهمگن و بالا بودن سطح آبهای زیرزمینی برای انتقال فاضلاب کاربرد ایستگاه های پمپاژ الزامی است. در شکل شماره 4-a شمایی از کارکرد ایستگاه پمپاژ فاضلاب و شیرآلات نصب شده بر روی خطوط انتقال نشان داده شده است.

 

2-2- ایستگاه بالابر (Lifting Type Pumping Station)

   در این حالت، جابجایی سیال به سطح تراز بالاتر توسط پمپ انجام می شود و پس از ریزش و تخلیه در کانال در فشار اتمسفر به محل مورد نظر منتقل می گردد. با توجه به اینکه در این نوع پمپاژ سیال پس از تخلیه در سطح تراز بالاتر بصورت ثقلی به تأسیسات پایین دستی هدایت می گردد نیازی به نصب شیرآلات و تجهیزات کنترلی خاصی نمی باشد. بیشترین کاربرد ایستگاه های بالابر در ورودی تصفیه خانه های فاضلاب، پکیج ها و ابتدای واحدهای فرآیندی است.

بنابراین خروجی پمپ های مستغرق با زانویی 45 درجه به کانال فوقانی در تراز بالاتر سریز و تخلیه می شود.

در شکل شماره 4-b نیز شمایی از کارکرد ایستگاه بالابر فاضلاب و نحوه ریزش و تخلیه فاضلاب در کانال خروجی نشان داده شده است.

شکل شماره 4- نحوه کاربری ایستگاههای پمپاژ و چگونگی تخلیه سیال؛

a) ایستگاه پمپاژ (انتقال سیال تحت فشار و هدایت توسط لوله کلکتور)
b) ایستگاه بالابر (جابجایی سیال به سطح تراز بالاتر و تخلیه در کانال در فشار اتمسفر)

معمولاً براي انتخاب گزينه مناسب تصفيه فاضلاب مقايسه هاي اقتصادي و فني تواماً انجام مي شود و ضمن ارزش گذاري عوامل مختلف، گزينه اي كه بالاترين امتياز را داشته باشد، بعنوان گزينه مناسب انتخاب مي گردد. در خصوص انتخاب جنس بدنه و مصالح ارجح نیز همین اصل صادق است، لذا بر اساس تجربیات حاصله و با توجه به افزایش جهانی بهای فلزات مقاوم و همچنین مصالح ساختمانی و طول عمر سازه و همچنین کاهش هزينه هاي سرمايه گذاري اوليه (اجراء)، هزينه هاي راهبری، بهره برداري و نگهداري ساليانه، براساس شاخص های جهانی، استفاده از ترکیبات کامپوزیتی به لحاظ شرایط فنی، اقتصادی و زیست محیطی بسیار مناسب، کارآمد و ارجح می باشد. در همین راستا، طراحی و ساخت ایستگاه های پمپاژ از جنس کامپوزیت در قالب پکیج های پیش ساخته به عنوان یک راهکار مناسب، از سوی این شرکت بررسی و به مرحله اجراء رسیده است.

با عنایت به این موضوع در ساخت این ایستگاهها از مواد کامپوزیتی که در سال های اخیر در اکثر نقاط جهان رواج بسیار یافته استفاده شده است تا قابلیت پمپاژ هر نوع سیالی امکان پذیر بوده و مشکلات ناشی از پوسیدگی و خوردگی میکروبی و شیمیایی مرتفع گردیده و زمان ساخت و اجراء نیز به حداقل ممکن کاهش یابد.    از اینرو این شرکت آمادگی دارد تا براساس مشخصات فنی و متریال درخواستی مشتری هر نوع سفارشی را تهیه و تأمین نماید.