طراحی ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب

یکی از عوامل مهم در فرآیند تأمین آب شهری و همچنین دفع فاضلاب، ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب است. این ایستگاه‌ها، قلب انتقال و توزیع آب و فاضلاب در شبکه‌های شهری و روستایی محسوب می‌شوند و بدون آن‌ها، فرآیند انتقال از منابع تأمین تا مقاصد نهایی به شدت به مخاطره می‌افتد.

در این مقاله، به بررسی نقش بسیار حیاتی ایستگاه‌های پمپاژ آب و فاضلاب خواهیم پرداخت و تمام جنبه‌های مرتبط با ایستگاه‌های پمپاژ را به صورت دقیق و علمی بررسی خواهیم کرد.

 

ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب چیست؟

ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب به منظور تامین فشار مورد نیاز خطوط انتقال آب و فاضلاب، طراحی و ساخت می‌گردد. وظیفه اصلی ایستگاه پمپاژ تامین هد (Head) مورد نیاز در خط انتقال  است واین هد به طول مسیر، اختلاف ارتفاع و تجهیزات مسیر و نوع سیال بستگی دارد.

در یک ایستگاه پمپاژ، تجهیزاتی از قبیل پمپ‌های انتقال آب یا فاضلاب، شیرآلات ورودی (مکش) شیرآلات خروجی (دهش)، مخازن ضربه گیر جهت کنترل ضربه قوچ، مخازن ذخیره آب یا فاضلاب و ابزار دقیق وجود دارد که به مجموعه این تجهیزات؛  ایستگاه پمپاژ گفته می‌شود.

پس از طراحی و شبیه سازی خطوط انتقال آب یا فاضلاب و تعیین میزان دبی و فشار مورد نیاز، طراحی و ساخت ایستگاه پمپاژ صورت می‌گیرد.

شرکت فنی مهندسی طرح و کار در زمینه طراحی، ساخت، نصب و راه اندازی انواع خطوط انتقال و ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب دارای سابقه کاری موفق است.

طراحی ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب

ایستگاه پمپاژ یا تلمبه خانه بر روی خطوط انتقال تحت فشار آب یا فاضلاب احداث می‌گردد.

ایستگاه پمپاژ (Pump station) در واقع دبی و فشار مورد نیازی که در طراحی خطوط انتقال محاسبه و برآورد شده است را تامین می‌کند. برای این منظور تعدادی پمپ در ایستگاه پمپاژ در نظر گرفته می‌شود که بخشی از این پمپ‌ها در حالت آماده به کار (Stand by) می‌باشند و تعدادی در حالت کار (Duty) قرار دارند.

انتخاب تعداد پمپ‌ها در ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب با توجه به الگوی مصرف در طول شبانه روز صورت می‌گیرد. همچنین شرایط اضطراری از قبیل خراب شدن تجهیزات و پمپ‌ها برای در نظر گرفتن Stand by لحاظ می‌گردد.

به عنوان مثال در شرایطی که ایستگاه پمپاژ، آب مصرف آشامیدنی یک شهر را تامین می‌کند؛ انتخاب ۵۰% از ظرفیت ایستگاه جهت Stand by ضروری است.
علاوه بر انتخاب تعداد پمپ‌ها در یک ایستگاه پمپاژ، مخزن ذخیره باید در نظر گرفته شود. این مخزن می‌تواند از جنس پلی اتیلن، فلزی و یا بتنی باشد و  به هر صورت آب یا فاضلاب ورودی به ایستگاه پمپاژ در این مخزن ذخیره می‌گردد و در هنگام روشن شدن پمپ‌ها به داخل خطوط انتقال هدایت می‌گردد.

همچنین دیگر تاسیسات ضروری در ایستگاه پمپاژ آب یا فاضلاب،  شیرآلات می‌باشند.

 مهمترین وظایف شیرآلات ایستگاه پمپاژ شامل موارد ذیل است:

۱- کنترل میزان دبی و فشار خطوط انتقال
۲- باز و بسته نمودن جریان در هنگام خرابی و تعمیرات پمپ
۳- جلوگیری از برگشت آب و کنترل ضربه قوچ
۴- جلوگیری از ورود شن و ماسه به داخل پمپ با کمک شیر صافی
۵- تخلیه هوای محبوس داخل خطوط انتقال آب یا فاضلاب
در هر ایستگاه پمپاژ آب یا فاضلاب، دو عدد کلکتور وجود دارد که یکی مربوط به مکش (suction) و دیگری مربوط به دهش (delivery) است.

به وسیله این کلکتور‌ها؛  پمپ‌ها در  ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب به صورت موازی عمل می‌کنند.

سیستم مکش ایستگاه پمپاژ باید به نحوی باشد که سبب ایجاد پدیده کاویتاسیون در پمپ نگردد. انتخاب شیرآلات در ورودی پمپ‌ها و توجه به ارتفاع کلکتور مکش نسبت به سطح مخزن ذخیره از پارامترهای مهم در طراحی ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب است.

سیستم دهش نیز بایستی به نحوی طراحی گردد تا پمپ همواره در نقطه کارکرد خود فعالیت کند تا عمر مفید ایستگاه پمپاژ افزایش یابد.

کنترل ضربه قوچ در طراحی ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب

ضربه قوچ در واقع از تغییر ناگهانی سرعت سیال در طول خط لوله انتقال سیال ایجاد می‌گردد. این تغییر ناگهانی سرعت می‌تواند ناشی از عوامل مختلفی باشد که مهم‌ترین آن‌ها خاموش شدن پمپ‌ها، قطع برق در ایستگاه پمپاژ، خطا در بستن شیرآلات خطوط انتقال توسط اپراتور و مواردی از این دست است.

در هنگام توقف ناگهانی پمپ‌ها در ایستگاه پمپاژ، سرعت سیال (آب یا فاضلاب) در خطوط انتقال به صفر می‌رسد و این امر سبب به وجود آمدن ضربه قوچی (Water Hammer) می‌شود که به شدت به تجهیزات؛ به ویژه پروانه پمپ‌ها آسیب می‌رساند.

برای جلوگیری از این مساله، برخی تاسیسات در ایستگاه پمپاژ قرار می‌گیرند تا با خاموش شدن ناگهانی پمپ‌ها جریان میرا را به تدریج در طول خط لوله مستهلک نمایند.

برخی از مهمترین تاسیسات رایج در کنترل ضربه قوچ (جریان میرا) شامل موارد ذیل است:

۱- استفاده از مخازن ضربه گیر تحت فشار که به وسیله آب و هوای تحت فشار پر می‌گردد. این مخزن موج برگشتی ناشی از ضربه قوچ را در داخل ایستگاه پمپاژ کنترل و مستهلک می‌نماید.
۲- استفاده از Flywheel  بر روی کوپلینگ پمپ تا ممان اینرسی الکتروموتور را افزایش داده و از تغییر سرعت ناگهانی سیال جلوگیری به عمل آید.
۳- استفاده از Surge tank در محل‌هایی از خطوط انتقال که در هنگام خاموشی، خط انرژی سیستم زمین را قطع می‌نماید.

 

بهره برداری از ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب

ایستگاه پمپاژ در یک شبکه توزیع و خطوط انتقال به عنوان تامین کننده اصلی آب و فاضلاب نقش بسیار مهمی دارد. از این رو، یک بهره برداری اصولی به ویژه در مواردی که از ایستگاه پمپاژ به منظور آبرسانی به مناطق مسکونی و یا مجتمع‌های صنعتی استفاده می‌گردد؛ امری ضروری است.

اولین مساله در بهره برداری ایستگاه پمپاژ، تنظیم فشار و دبی کارکرد پمپ است. باید توجه نمود که پمپ در محدوده مشخصی از فشار و دبی خود راندمان بالایی دارد و تداوم کارکرد بر روی سایر شرایط فشار و دبی، سبب مستهلک شدن پمپ می‌گردد.

برای رفع این مشکل از یک شیر کنترلی با عملگر اتوماتیک به منظور تنظیم فشار و دبی پمپ استفاده می‌شود. هنگامی که پمپ روشن می‌شود و فشار در خطوط انتقال پایین است،  پمپ با حداکثر دبی و حداقل فشار کار می‌کند که  در این شرایط شیر کنترلی به صورت اتوماتیک نیمه بسته می‌ماند تا به پمپ آسیب نرسد و پس از مدتی که خطوط انتقال تحت فشار قرار گرفت،  شیر کنترلی به حالت باز درمی آید.

مساله دیگر در کنترل و بهره برداری ایستگاه پمپاژ، کنترل سطح مخازن و ارتباط آن‌ها با پمپ است.

این مساله از آنجایی اهمیت دارد که مانع از خالی کار کردن پمپ گردد. خالی بودن پمپ آسیب جدی به مکانیکال سیل پمپ زده و حتی سبب نشت آب به داخل موتور و سوختگی موتور می‌گردد. به همین دلایل  استفاده از فلوتر و سطح سنج‌ها به منظور کنترل ایستگاه پمپاژ، امری مهم و حیاتی است.

به علاوه گریس کاری دوره ای بلبرینگ‌ها، کنترل کوپلینگ پمپ، کنترل دمای الکتروموتور، کنترل شیرآلات و ابزارها، از دیگر نکات مهم در بهره برداری ایستگاه پمپاژ است.

طراحی سیستم های کنترلی اتوماتیک و مانیتورینگ ایستگاه پمپاژ در شرکت فنی مهندسی طرح و کار با کمک ابزار دقیق و مدارهای فرمان صورت می‌گیرد.

انتخاب جنس تجهیزات در ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب

منظور از جنس تجهیزات در واقع جنس لوله‌ها، شیرآلات، پروانه و کیسینگ پمپ است.

جنس تجهیزات در وهله اول به کیفیت آب یا فاضلاب بستگی دارد. شوری یا EC، میزان غلظت یون کلراید، اسیدیته یا همان pH و میزان ذرات جامد موجود در آب یا فاضلاب در انتخاب جنس تجهیزات نقش مهمی دارند.

جنس تجهیزات به صورت کلی شامل موارد زیر است:

• جنس استیل (AISI 316, 304)، ضد خوردگی جهت آب شور با کلراید بالا و pH پایین.
• جنس پلی اتیلن (HDPE)  برای استفاده از سیال با ذرات جامد بالا.
• جنس تجهیزات فولادی و چدن با پوشش رنگی برای آب معمولی و بهره وری در هزینه‌ها.

کاربردهای ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب

از آنجایی که ایستگاه پمپاژ جز صنایع عمومی طبقه بندی می‌گردد، بنابراین کاربردهای متعددی دارد که به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

۱- استفاده در شبکه توزیع و خطوط انتقال آب شهری و روستایی.
۲- استفاده در انتقال فاضلاب جمع آوری شده به تصفیه خانه فاضلاب شهری یا صنعتی.
۳- تامین آب مورد نیاز صنایع و معادن در مناطق دوردست که امکان دسترسی به شبکه آب وجود ندارد.
۴- انتقال آب از دریا، رودخانه یا دریاچه‌ها به منظور مصارف صنعتی و کشاورزی.

 

به وسیله ایستگاه‌های پمپاژ، آب یا فاضلاب از منابع تأمین به مقاصد نهایی انتقال می‌یابد و بدون آن‌ها، عملکرد شبکه‌های شهری به مخاطره می‌افتد. در این مقاله، فرآیند عملکرد ایستگاه‌های پمپاژ آب و فاضلاب به‌طور دقیق بررسی شد و تاثیر آن‌ها بر کیفیت زندگی ما آشکار گردید.

شما می‌توانید با بهره‌گیری از آخرین تکنولوژی‌ها و افزایش آگاهی، به کمک حفظ و بهبود ایستگاه‌های پمپاژ آب و فاضلاب کمک کنید و  این اقدامات، تأثیر قابل توجهی بر کیفیت زندگی جامعه و حفظ محیط زیست خواهد داشت.

 برای اطلاعات بیشتر همین حالا با ما تماس بگیرید!