Instalacje pompowe w przepompowniach i oczyszczalniach ścieków

Wykaz ważniejszych oznaczeń 11 Wprowadzenie 14 Streszczenie 17 Część I. POMPY I UKŁADY POMPOWE 21 1. Podstawowe wiadomości o pompach i układach pompowych 22 1.1. Przenośniki cieczy 22 1.2. Układ pompowy i instalacja pompowa 22 1.3. Pompy wyporowe i pompy wirowe 24 2. Podstawowe typy i wielkości charakterystyczne pomp wirowych 27 3. Charakterystyki pompy i układu pompowego 31 3.1. Podstawowe charakterystyki pompy wirowej 31 3.2. Zakres dopuszczalnej ciągłej pracy pompy 32 3.3. Charakterystyka układu pompowego 33 4. Kawitacja i charakterystyki kawitacyjne 35 4.1. Znaczenie problemu kawitacji w przepompowniach ścieków 35 4.2. Przyczyny i skutki kawitacji 35 4.3. Nadwyżki antykawitacyjne i charakterystyki kawitacyjne 38 4.4. Rozporządzalna i wymagana nadwyżka antykawitacyjna 41 4.5. Relacje między NPSHi a NPSH 3 45 4.6. Materiały odporne na erozję kawitacyjną 46 4.7. Uwagi praktyczne dotyczące unikania pracy pomp w kawitacji 47 5. Regulacja pomp 49 5.1. Punkt pracy pompy w układzie. Współpraca kilku pomp 49 5.2. Sposoby regulacji wydajności pomp 52 5.3. Regulacja dławieniowa 52 5.4. Regulacja zmiennoobrotowa 54 5.5. Regulacja przez zmianę liczby pracujących pomp połączonych równolegle 57 5.6. Układy napędowe pomp 59 5.6.1. Silniki asynchroniczne 59 5.6.2. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi 59 5.6.3. Przetwornice częstotliwości 61 6. Dobór pomp i energooszczędna eksploatacja obiektu pompowego 62 6.1. Powiększenie efektywności energetycznej transportu cieczy w kontekście zmian klimatycznych 62 6.2. Straty nieuniknione i niepotrzebne w pompowaniu cieczy 64 6.3. Efektywność energetyczna układu pompowego 65 6.4. Ogólne zasady energooszczędnej eksploatacji pomp 66 6.5. Ogólne zasady doboru pomp do instalacji 67 6.6. Optymalny energetycznie i/lub kosztowo dobór pomp, w szczególności w przepompowni ścieków 68 6.7. Podstawowe kryteria doboru typu i wielkości pompy oraz jej dostawcy 72 6.7.1. Związek doboru pompy z możliwością awarii pompowni 72 6.7.2. Związek doboru pompy z jej zadaniem w obiekcie/instalacji pompowej 72 6.7.3. Związek doboru pompy z tłoczonym medium oraz warunkami pracy 73 6.7.4. Związek doboru pompy i jej wersji materiałowej z możliwością pracy w kawitacji 73 6.7.5. Związek niezawodności pompy z efektywnością energetyczną pompowania 73 Część II. PRZEPOMPOWNIE ŚCIEKÓW SUROWYCH 75 7. Rodzaje przepompowni ścieków i pomp ściekowych 76 7.1. Rodzaje i właściwości ścieków surowych 76 7.2. Rodzaje i cechy przepompowni ścieków 76 7.3. Różnorodność stosowanych rodzajów i typów pomp oraz ich wirników 78 8. Wybór typu pompy ściekowej i rodzaju wirnika 81 8.1. Założenia ogólne 81 8.2. Wybór typu zespołu pompowego 81 8.3. Wybór rozwiązania konstrukcyjno-materiałowego pompy danego typu 86 8.4. Wybór typu wirnika/części hydraulicznej pompy 86 9. Doprowadzenie ścieków do pompowni i do pomp. Zbiornik ścieków 90 9.1. Retencja w grawitacyjnym kolektorze doprowadzającym 90 9.2. Doprowadzenie ścieków do pomp 90 9.2.1. Pompy zatapialne suche 90 9.2.2. Pompy zatapialne „mokre” i inne swobodnie zanurzone (np. wałowe) 91 9.3. Cechy konstrukcyjne zbiornika ścieków 93 10. Rurociągi ssawne i tłoczne pomp oraz odprowadzenie ścieków z pompowni 94 10.1. Rurociągi ssawne pomp „suchych” 94 10.2. Rurociągi tłoczne 95 10.3. Zasady wykonania i montażu pomp ze względu na pompy 96 10.4. Odprowadzenie ścieków z pompowni 97 10.5. Straty ciśnienia w rurociągu 98 10.6. Sedymentacja w rurociągach 100 10.7. Zawory/klapy zwrotne 102 11. Regulacja wydajności pomp ściekowych oraz sterowanie pracą pompowni 103 11.1. Regulacja a sterowanie 103 11.2. Funkcjonowanie przepompowni przy znacznej zmienności strumienia ścieków 103 11.3. Poziomy włączania/wyłączania pomp 104 11.4. Regulacja wydajności pomp ściekowych 105 11.5. Sterowanie pracą przepompowni ścieków 106 11.5.1. Regulacja pomp ściekowych i sterowanie pracą przepompowni 106 11.5.2. Możliwe sposoby sterowania pracą przepompowni 107 11.5.3. Optymalne energetycznie sterowanie pracą przepompowni ścieków 108 11.6. Warunki wymagane do poprawnego funkcjonowania systemu optymalnego sterowania pracą przepompowni ścieków 109 12. Wymagania dotyczące niezawodności pracy pomp i pompowni 111 12.1. Wymagania dotyczące pomp 111 12.2. Wymagania dotyczące instalacji pompowej i całej przepompowni 112 13. Uderzenie hydrauliczne jako ważny aspekt projektu przepompowni 114 13.1. Wiadomości podstawowe 114 13.2. Środki zapobiegające uderzeniu hydraulicznemu lub łagodzące jego przebieg 117 13.2.1. Koła zamachowe 118 13.2.2. Zawory/klapy zwrotne 118 13.2.3. Zbiorniki ciśnieniowo-powietrzne (powietrzniki) 118 13.2.4. Zawory napowietrzające i zawory bezpieczeństwa 119 13.2.5. Upust z zaworem obejściowym pompy 119 13.2.6. Podsumowanie 120 14. Przykłady awarii/niesprawności instalacji pompowych w przepompowniach ścieków i zastosowane środki naprawcze 122 Przykład 1. Nieuwzględnienie przy doborze pomp zakresu dopuszczalnej ciągłej pracy 122 Przykład 2. Wybór pomp nieodpowiedniej jakości 124 Przykład 3. Kłopoty związane z wymianą pomp wałowych na pompy zatapialne suche 125 Przykład 4. Kłopoty związane z zatykaniem się kanałowych wirników pomp ściekowych 126 Przykład 5. Problemy związane z erozją kawitacyjną w pompach zatapialnych suchych 127 Przykład 6. Skutki zalania pomp niehermetycznych w wyniku awarii przepompowni 128 Przykład 7. Zatykanie się wirników pomp wykorzystywanych do czyszczenia zbiornika 129 Przykład 8. Skutki pracy pomp zatapialnych „mokrych” przy okresowym wynurzaniu się silnika ponad poziom ścieków 130 Część III. INSTALACJE POMPOWE W OCZYSZCZALNIACH ŚCIEKÓW 133 15. Schematy instalacji pompowych i rodzaje pomp w oczyszczalniach ścieków 134 15.1. Schematy technologiczne typowych oczyszczalni ścieków 134 15.2. Rodzaje i typy pomp stosowanych w oczyszczalniach ścieków 136 16. Osady ściekowe; wpływ ich właściwości na przepływy w pompach i rurociągach 137 16.1. Rodzaje osadów ściekowych 137 16.2. Ciecze nienewtonowskie 139 16.3. Właściwości osadów ściekowych jako cieczy nienewtonowskich 141 16.4. Wpływ właściwości osadów ściekowych na straty ciśnienia w rurociągach 144 16.5. Wpływ właściwości osadów ściekowych na charakterystyki pomp wirowych 146 16.6. Wpływ właściwości osadów ściekowych na wymaganą nadwyżkę antykawitacyjną 151 17. Pompy do osadów ściekowych 152 17.1. Warunki zastosowania a rodzaje pomp do osadów ściekowych 152 17.2. Rodzaje i typy pomp do osadów ściekowych 153 17.3. Parametry i cechy charakterystyczne pomp wymienionych w podrozdziale 17.2 154 17.3.1. Pompy z wirnikami kanałowymi 154 17.3.2. Pompy o swobodnym przepływie („vortex”) 154 17.3.3. Pompy z urządzeniami rozdrabniającymi 155 17.3.4. Pompy z wirnikami odśrodkowo-śrubowymi 155 17.3.5. Pompy odśrodkowe typu „N” (Flygt) 155 17.3.6. Pompy samozasysające 155 17.3.7. Pompy diagonalne i śmigłowe 156 17.3.8. Pompy tłokowe 157 17.3.9. Pompy membranowe z napędem pneumatycznym 157 17.3.10. Pompy zębate 158 17.3.11. Pompy krzywkowe (Rootsa) 159 17.3.12. Pompy śrubowe (Mono) 159 17.3.13. Pompy perystaltyczne (przewodowe) 161 17.4. Dodatkowe uwagi i zalecenia dotyczące pomp poszczególnych typów 161 17.4.1. Pompy odśrodkowe 161 17.4.2. Pompy śmigłowe 163 17.4.3. Pompy śrubowe (Mono) 163 17.5. Uwagi i zalecenia dotyczące rurociągów 163 17.5.1. Projektowanie nowych i modernizacja rurociągów 163 17.5.2. Eksploatacja rurociągów 164 18. Inne pompy w oczyszczalniach ścieków 166 18.1. Pompy ścieków surowych/podczyszczonych 166 18.2. Pompy ścieków oczyszczonych 166 18.3. Inne pompy niż omówione w rozdziale 17 i podrozdziałach 18.1 i 18.2 167 18.3.1. Pompy wód opadowych i pompy do wody technologicznej 167 18.3.2. Pompy do tłuszczów 167 18.3.3. Pompy dozujące 168 18.4. Dodatkowe wymagania dotyczące dużych pomp do ścieków surowych i oczyszczonych w przepompowniach i oczyszczalniach ścieków 168 18.4.1. Minimalny poziom cieczy w zbiorniku ze względu na wiry 168 18.4.2. Precyzyjne zainstalowanie pomp 170 19. Przykłady awarii/niesprawności instalacji pompowych w oczyszczalniach ścieków i zastosowane sposoby ich usunięcia 171 Przykład 9. Skutki błędnego oszacowania oporów przepływu w rurociągu 171 Przykład 10. Zakleszczanie się łopatek wirnika pompy śmigłowej w obudowie 172 Przykład 11. Problemy związane z erozją kawitacyjną pomp zatapialnych „mokrych” 173 Przykład 12. Niewłaściwy dobór pompy wyporowej ze względu na właściwości osadu 175 Przykład 13. Wpływ dopuszczalnego rozrzutu parametrów pracy pomp odśrodkowych 176 Przykład 14. Zaopatrzenie tylko jednej z dwóch pomp w przetwornicę częstotliwości 178 Część IV. TOK POSTĘPOWANIA PRZY PROJEKTOWANIU, ZALECENIA EKSPLOATACYJNE ORAZ MATERIAŁY UZUPEŁNIAJĄCE 181 20. Zarys toku postępowania podczas projektowania instalacji pompowych do transportu ścieków, osadów ściekowych i innych cieczy 182 20.1. Uwagi ogólne 182 20.2. Elementy projektu instalacji pompowej w przepompowni ścieków 183 20.2.1. Założenia 183 20.2.2. Liczba magistral przesyłowych oraz charakterystyka układu pompowego 184 20.2.3. Dobór pomp 188 20.3. Elementy projektów instalacji pompowych w oczyszczalniach ścieków 191 20.3.1. Pompownie ścieków surowych/podczyszczonych i ścieków oczyszczonych 191 20.3.2. Inne instalacje pompowe w oczyszczalniach ścieków 192 20.4. Dodatkowe przykłady obliczeniowe dotyczące pompowni ścieków surowych i pompowni ścieków oczyszczonych 193 Przykład 15. Wybór średnicy długiej magistrali tłocznej oraz liczby i wielkości pomp 193 Przykład 16. Porównanie dwóch sposobów sterowania pracą przepompowni ścieków surowych lub ścieków oczyszczonych 195 21. Uzupełniające materiały informacyjne dotyczące różnych rozwiązań pomp ściekowych, przepompowni i tłoczni ścieków oraz zaworów zwrotnych 197 21.1. Różne rozwiązania typowych, pionowych pomp ściekowych 197 21.2. Różne sposoby chłodzenia silników pomp zatapialnych suchych 206 21.3. Pompownie, zawory zwrotne i pompa zmodyfi kowana 210 21.3.1. Pompownia kompaktowa 210 21.3.2. Pompownia przewałowa 212 21.3.3. Pompownie klasyczne 213 21.3.4. Zawory zwrotne 214 21.3.5. Pompa zmodyfikowana 216 21.4. Tłocznie ścieków 217 22. Uwagi i zalecenia eksploatacyjne 221 Literatura 224 Skorowidz rzeczowy 226