Menu

Projektowanie sieci kanalizacji podciśnieniowej

Material na podstawie seminarium (zasady projektowania i budowy kanalizacji podciśnieniowej).

Wymiarowanie kanalizacji podciśnieniowej sprowadza się do zaprojektowania sieci zbiorczych rurociągów podciśnieniowych oraz stacji próżniowo-pompowej. Zaleca się stosowanie wyłącznie rozgałęzionej sieci (promienistej) z centralną stacją próżniowo-pompową. Kanalizacja podciśnieniowa służy do zbierania ścieków, a nie do transportowania ścieków na większe
odległo
ści. Długość pojedynczego zbiorczego rurociągu podciśnieniowego nie może przekraczać 4 km. Duże obszary terenu można podzielić na strefy z własną stacją próżniowo-pompową. Węzeł opróżniający z zaworem opróżniającym będzie pracował prawidłowo, gdy minimalne podciśnienie na podłączeniu będzie wynosić 0,2 bara. System kanalizacji podciśnieniowej musi
by
ć szczelny i w razie awarii systemu musi mieć pojemność rezerwową, która powinna wynosić około 25 % średniego dobowego dopływu ścieków. Minimalne średnice zbiorczych rurociągów podciśnieniowych należy przyjmować w zależności od występowania w ściekach dużych zanieczyszczeń stałych. Gdy brak jest w ściekach dużych zanieczyszczeń stałych, to należy przyjmować minimalną średnicę 65 mm, a gdy występują duże zanieczyszczenia stałe - to 80 mm.
Obecnie do projektowania kanalizacji podci
śnieniowej ogólnie dostępne są wytyczne ATVDVWK-A 116 , PN-EN 1091 i EPA/625/1-91/024. Obowiązująca norma PN-EN 1091, odnośnie projektowania kanalizacji podciśnieniowej, zawiera minimalne wymagania projektowe. Wytyczne projektowania ograniczają się do ogólnych wymagań technicznych, dotyczących budowy i zastosowania urządzeń w systemach kanalizacji podciśnieniowej. Natomiast w wytycznych EPA/625/1-91/024 [4], występuje wiele nieścisłości przy dobrze parametrów projektowych. W wytycznych brak jest informacji, jak te parametry należy prawidłowo dobierać. W związku z tym, w niniejszym artykule zostanie przedstawiony tylko algorytm wymiarowania
kanalizacji podci
śnieniowej wg ATV-DVWK-A 116:


1. Obliczanie maksymalnej odległość pomiędzy wzniesieniami w zależności od rodzaju zastosowanego profilu ułożenia rurociągu (rys. 11):
dla profilu falowego F (rys. 11a):

  

dla profilu piłokształtnego P (rys. 11b)  

dla profilu kieszeniowego K (rys. 11c):  

gdzie:
L - dopuszczalna odległość pomiędzy wzniesieniami [m],
H - wysokość wzniesienia rurociągu podciśnieniowego [m],
d - wewnętrzna średnica rurociągu podciśnieniowego [m],
h - wysokość wzniesienia wewnątrz rurociągu podciśnieniowego - strata statyczna [m],
R - promień wygięcia rurociągu podciśnieniowego [m].  

Rys. 11. Profil zbiorczego rurociągu podciśnieniowego:
a) w kształcie fali, b) w kształcie zębatej piły, c) w kształcie kieszeni  

Promień wygięcia rurociągu podciśnieniowego R w zależności od rodzaju materiału wyznacza się ze wzorów: 

dla PVC-U:  

dla PE-HD:  

gdzie:
R - promień wygięcia rurociągu podciśnieniowego [m],
D - zewnętrzna średnica rurociągu podciśnieniowego [m].


2. Obliczanie średnic rurociągów podciśnieniowych.
Wymiarowane ruroci
ągów podciśnieniowych w pierwszym rzędzie zależy od długości gałęzi i gęstości zasiedlenia. Długość gałęzi jest to odległość zbiorczego rurociągu podciśnieniowego od stacji próżniowo-pompowej do najbardziej oddalonego węzła opróżniającego, bez uwzględniania krótkich rurociągów bocznych i podłączeniowych. Jako gęstość zasiedlenia przyjmuje się liczbę mieszkańców na metr długości gałęzi:  

gdzie:
Gz - gęstość zasiedlenia dla pojedynczej gałęzi [m-1],
ΣMi - liczba mieszkańców podłączonych do pojedynczej gałęzi [-],
Lg - długość pojedynczej gałęzi [m].


Na podstawie długości gałęzi i gęstości zasiedlenia z tabeli 1 określa się średni stosunek powierza do ścieków w danej gałęzi zbiorczego rurociągu podciśnieniowego. Natomiast stosunek powietrza do ścieków na poszczególnych odcinkach zbiorczego rurociągu podciśnieniowego zaleca się przyjmować od 2:1 do 12:1. Wskazane jest, żeby stosunek powietrza do ścieków na
poszczególnych odcinkach zbiorczego ruroci
ągu podciśnieniowego malał w kierunku stacji próżniowo-pompowej. Po ustaleniu stosunku powietrza do ścieków fi na poszczególnych odcinkach gałęzi z tabeli 2 dobiera się wewnętrzne średnice zbiorczego rurociągu podciśnieniowego. Zaleca się stopniowanie średnicy podciśnieniowego rurociągu nawet, jeśli z punktu widzenia
hydraulicznych warto
ści granicznych nie ma jeszcze potrzeby zwiększania średnicy rurociągu, ponieważ rurociąg podciśnieniowy dodatkowo pełni zadanie akumulatora podciśnienia. Zbiorcze rurociągi podciśnieniowe należy tak projektować, aby suma strat statycznych h na długości pojedynczej gałęzi nie była większa niż 5 m.

3. Obliczanie ilości ścieków i powietrza dopływającego do zbiornika podciśnieniowego.
Dobowy dopływ
ścieków do zbiornika podciśnieniowego oblicza się ze wzoru:    

gdzie:
Qdśr - dobowy dopływ ścieków [dm3d-1],
ΣM - liczba mieszkańców podłączonych do kanalizacji podciśnieniowej [-],
qdśr- średnia dobowa ilość ścieków na jednego mieszkańca (w krajach UE waha się od 120 dm3d-1do 400 dm3d-1) [dm3d-1].
Sekundowy przepływ
ścieków w poszczególnych gałęziach zbiorczych rurociągów podciśnieniowych oblicza się ze wzoru:

gdzie:
QSi - sekundowy przepływ ścieków w pojedynczej gałęzi [dm3s-1],
ΣMi - liczba mieszkańców podłączonych do pojedynczej gałęzi [-].
Całkowity sekundowy dopływ
ścieków QS do zbiornika podciśnieniowego oblicza się ze wzoru:  

Maksymalny sekundowy przepływ strumienia powietrza w poszczególnych gałęziach zbiorczych rurociągów podciśnieniowych oblicza się ze wzoru:  

  

gdzie:
QPi - sekundowy przepływ powietrza w pojedynczej gałęzi [dm3s-1],
QSi - sekundowy przepływ ścieków w pojedynczej gałęzi [dm3s-1],
fśri - średni stosunek powietrza do ścieków występujący w pojedynczej gałęzi [-].
Całkowity sekundowy dopływ powietrza
QP do zbiornika podciśnieniowego oblicza się ze wzoru:  

Średni stosunek powietrza do ścieków w całym systemie kanalizacji podciśnieniowej f oblicza się ze wzoru:  

4. Dobór pomp ściekowych i próżniowych.
Wydajno
ść pojedynczej pompy i ich ilość w kanalizacji podciśnieniowej dobiera się w taki sposób, aby był spełniony warunek:
dla pomp ściekowych:  

dla pomp próżniowych:  

gdzie:
QSs - wydajność pojedynczej pompy ściekowej [dm3s-1],
QS - całkowity sekundowy dopływ ścieków do zbiornika podciśnieniowego [dm3s-1],
ns - liczba pomp ściekowych [-],
QPp - wydajność pojedynczej pompy próżniowej [dm3s-1],
QP - całkowity sekundowy dopływ powietrza do zbiornika podciśnieniowego [dm3s-1],
a - współczynnik bezpieczeństwa, który zaleca się przyjmować pomiędzy 1,2 - 1,5 [-],
np - liczba pomp próżniowych [-],


Szczytowy przepływ powietrza w eksploatacyjnych warunkach pracy pomp próżniowych oblicza się ze wzoru:  

gdzie:
QPs - szczytowy przepływ powietrza w warunkach eksploatacyjnych [m3h-1],
a - współczynnik bezpieczeństwa, który zaleca się przyjmować pomiędzy 1,2 - 1,5 [-],
QP - całkowity sekundowy dopływ powietrza do zbiornika podciśnieniowego [m3h-1],
pb - ciśnienie barometryczne [kPa],
pśr - średnie bezwzględne ciśnienie pomiędzy ciśnieniem, przy którym następuje wyłączanie się i załączanie się pomp próżniowych [kPa].
Wymagan
ą wydajność ssania pomp próżniowych w kanalizacji podciśnieniowej oblicza się ze wzoru:  

gdzie:
QPps - wydajność pomp próżniowych w kanalizacji podciśnieniowej [m3h-1],
pb - ciśnienie barometryczne [kPa],
QPp - wydajność pojedynczej pompy próżniowej [m3h-1],
pmin - minimalne bezwzględne ciśnienie w zbiorniku podciśnieniowym, przy którym następuje wyłączenie pomp próżniowych [kPa],
pmax - maksymalne bezwzględne ciśnienie w zbiorniku podciśnieniowym, przy którym następuje załączenie pomp próżniowych [kPa].
Dobrze dobrane pompy
ściekowe i próżniowe dla projektowanej kanalizacji podciśnieniowej muszą spełniać następujące warunki:  

gdzie:
QSp - wydajność dobranych pomp ściekowych [dm3s-1],
QS - całkowity sekundowy dopływ ścieków do zbiornika podciśnieniowego [dm3s-1],
ns - liczba pomp ściekowych [-],
QPps - wydajność pomp próżniowych w kanalizacji podciśnieniowej [m3h-1],
QPs - szczytowy przepływ powietrza w eksploatacyjnych warunkach [m3h-1],
np - liczba pomp próżniowych [-].

5. Obliczanie objętości zbiornika podciśnieniowego.
Minimalną objętość ścieków w zbiorniku podciśnieniowym oblicza się ze wzoru:  

gdzie:
VS - minimalna objętość ścieków w zbiorniku podciśnieniowym [m3],
QSp - wydajność dobranych pomp ściekowych [m3h-1],
ks- liczba załączeń pomp ściekowych w ciągu godziny (maksymalnie 12/h) [-].


Minimalną objętość powietrza w zbiorniku podciśnieniowym oblicza się ze wzoru:  

gdzie:
VP - minimalna objętość powietrza w zbiorniku podciśnieniowym [m3],
QPps - wydajność pomp próżniowych w kanalizacji podciśnieniowej [m3h-1],
pmin - minimalne bezwzględne ciśnienie w zbiorniku podciśnieniowym, przy którym następuje wyłączenie pomp próżniowych [kPa],
pmax - maksymalne bezwzględne ciśnienie w zbiorniku podciśnieniowym, przy którym następuje załączenie pomp próżniowych [kPa],
kp- liczba załączeń pomp ściekowych w ciągu godziny (maksymalnie 12/h) [-],
np - liczba pomp próżniowych [-].
Obj
ętość zbiornika podciśnieniowego oblicza się ze wzoru:  

gdzie:
V - objętość zbiornika podciśnieniowego [m],
VS - minimalna objętość ścieków w zbiorniku podciśnieniowym [m3],
VP - minimalna objętość powietrza w zbiorniku podciśnieniowym [m3].
Nast
ępnie należy sprawdzić czy spełniony jest warunek:  

6. Obliczanie mocy silników dla pomp próżniowych i ściekowych.
W przypadku, kiedy w katalogu pomp pró
żniowych lub ściekowych trzeba oddzielnie dobierać silniki, to dla pomp próżniowych całkowitą moc silników można obliczyć ze wzoru:  

gdzie:

Pp- moc pomp próżniowych [kW],
QPps - wydajność pomp próżniowych w kanalizacji podciśnieniowej [m3s-1],
pmin - minimalne bezwzględne ciśnienie w zbiorniku podciśnieniowym, przy którym następuje wyłączenie pomp próżniowych [kPa],
pmax - maksymalne bezwzględne ciśnienie w zbiorniku podciśnieniowym, przy którym następuje załączenie pomp próżniowych [kPa],
pb - ciśnienie barometryczne [kPa],
ηp - sprawność pompy próżniowej [-],
κ - współczynnik adiabatyczny dla powietrza - wynosi 1,4 [-].
Natomiast całkowit
ą moc silników dla pomp ściekowych oblicza się ze wzoru: 

gdzie:
Ps - moc pomp ściekowych [W],
QSp - wydajność dobranych pomp ściekowych [m3s-1],
ρ - gęstość cieczy [kgm-3],
g - przyspieszenie ziemskie [ms-2]
Hu - użyteczna wysokość podnoszenia pomp [m],
ηs - sprawność pompy ściekowej [-].


7. Użyteczną wysokość podnoszenia pomp ściekowych oblicza się ze wzoru:   

gdzie:
HU - użyteczna wysokość podnoszenia pomp ściekowych [m H2O],
H - straty hydrauliczne w rurociągu ciśnieniowym [m H2O],
Z - geometryczna różnica wysokości [m H2O],
pvac - maksymalne podciśnienie w zbiorniku podciśnieniowym [m H2O].
Maksymalne podci
śnienie w zbiorniku podciśnieniowym oblicza się ze wzoru:  

gdzie:
pvac - maksymalne podciśnienie w zbiorniku podciśnieniowym [kPa].
pb - ciśnienie barometryczne [kPa],
pmin - minimalne bezwzględne ciśnienie w zbiorniku podciśnieniowym, przy którym następuje wyłączenie pomp próżniowych [kPa].  

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});