Prędkość filtracji w układach jednostopniowego pompowania

Cover Image for Prędkość filtracji w układach jednostopniowego pompowania
dr inż. Łukasz Weber
dr inż. Łukasz Weber

Sposób wyznaczenia prędkości filtracji jest zależny od układu hydraulicznego SUW. W niniejszym artykule będą omówione sposoby wyznaczania prędkości filtracji w układach jednostopniowego pompowania.

  1. Układ jednostopniowego pompowania.

Układ jednostopniowego pompowania to przykład SUW, w której pompy głębinowe tłoczą wodę przez urządzenia uzdatniające - typu aeratory, filtry, bezpośrednio do hydroforów. Z hydroforów zasilana jest sieć.

Jeśli w hydroforze ciśnienie spadnie poniżej zadanej wartości załącza się głębinówka i tłoczy wodę. Na początku oczywiście przepływ wody jest wyższy, później zdecydowanie niższy, aż w końcu, gdy ciśnienie w hydroforze osiągnie zadaną wartość pompa głębinowa zatrzymuje się.

Zgodnie z powyższym w początkowej fazie pracy pompy głębinowej przepływ wody przez filtry jest wyższy, a pod koniec niższy.

Przykład 1.

Schemat SUW wygląda następująco:

pompa głębinowa o wydajności - aerator - 3 filtry ciśnieniowe o średnicy 1400 mm - hydrofory sieć.

Jak ustalić prędkość filtracji?

Najpierw średnia prędkość filtracji:

  1. Zczytujemy stan wodomierza na rurociągu wody surowej (np kolanowego na pompie głębinowej, lub jak jest to bezpośrednio na rurociągu wody surowej na Stacji) - przykładowo jest to 125 456,7 m3
  2. Po załączeniu pompy głębinowej mierzymy stoperem czas pracy studni, aż do jej wyłączenia - przykładowo jest to 2 min i 15 s.
  3. Zczytujemy stan wodomierza na rurociągu wody surowej, po wyłączeniu pompy głębinowej - przykładowo jest to 125 458,3 m3
  4. Wyznaczamy różnicę we wskazaniach wodomierza (przed i po wyłączeniu głębinówki): V = 125 458,3 - 125 456,7 = 1,6 m3
  5. Przeliczamy czas na sekundy: 2 min i 15 s = 135 sekund
  6. Dzielimy ilość m3 przez czas w sekundach: Q = 1,6 m3 / 135 sekund = 0,01185 m3/s
  7. Przeliczamy wynik na godziny mnożąc go przez 3600: Q = 0,01185 m3/s * 3600 s = 42,66m3/h
  8. Wyznaczamy powierzchnię filtracji eksploatowanych filtrów - czyli dla jednego filtra o średnicy 1,4 m będzie to: Af = ((1,4^2)*3,14)/4 = 1,54 m2
  9. Dla trzech filtrów: ΣAf = 3 * 1,54 m2 = 4,62 m2
  10. Dzielimy wyznaczonym w punkcie 7 przepływ wody surowej w m3/h przez powierzchnię filtracji w m2 (wyznaczoną w punkcie 9) i uzyskujemy średnią prędkość filtracji, która jest równa: vf = 42,66 m3/h / 4,62m2 = 9,23 m/h
  11. Porównujemy z wartościami zalecanymi (podanymi w jednym z kolejnych artykułów z serii)

Jak stwierdzono jednak wcześniej jest to tylko tzw. średnia prędkość filtracji, bowiem w pierwszym momencie załączenia pompa głębinowa będzie pracowała intensywniej, a przy prawie pełnym hydroforze, z mniejszą wydajnością. Ważny jest szczególnie pierwszy moment załączenia pompy i jej wydajność maksymalna. Różnica pomiędzy wydajnością maksymalną i minimalną będzie tym większa im wyższa różnica nastaw ciśnienia na hydroforze.

Przykładowo:

Przykład 2. Dla tego samego układu technologicznego wyznaczyć wydajność pompy w pierwszym momencie załączenia.

Wyznaczenie maksymalnej wydajności pompy głębinowej i tym samym maksymalnej prędkości filtracji możemy przeprowadzić zgodnie z następującymi punktami

  1. Zczytujemy stan wodomierza na rurociągu wody surowej przed załączeniem pompy głębinowej - przykładowo: 125 458,3 m3
  2. Po załączeniu pompy głębinowej odmierzamy czas np 10 s pracy pompy (może być trochę więcej - do 30 s) po którym odczytujemy ponownie stan licznika (lub po prostu sprawdzamy ile przez 10 s przepłynie wody przez licznik) - przykładowo będzie to 0,20 m3
  3. Przeliczamy wydajność pompy głębinowej w pierwszym momencie jej pracy: Q = 0,20 m3 / 10 s = 0,020 m3/s * 3600 s = 72,0 m3/h
  4. Wyznaczamy prędkość filtracji dzieląc wydajność przez powierzchnię filtracji: 72,0 m3/h / 4,62m2 = 15,7 m/h
  5. Porównujemy z wartościami dopuszczalnymi.

Jak widać na przykładzie różnica pomiędzy średnią, a maksymalną prędkością filtracji jest spora. Zależeć będzie ona od:

  • wspomnianych wcześniej nastaw ciśnienia maksymalnego i minimalnego na hydroforze (im większa różnica nastaw tym wyższa różnica prędkości filtracji),

  • charakterystyki pompy głębinowej - w przypadku tzw. "płaskich charakterystyk" różnice pomiędzy prędkością maksymalną i minimalną będą znaczne, dla "charakterystyk stromych" różnice będą zdecydowanie mniejsze

    Znacznie łatwiej ustalić prędkość filtracji w sytuacji, gdy na rurociągu wody surowej zamontowany jest przepływomierz. Wówczas procedura wyznaczania prędkości filtracji wygląda następująco:

  1. Odczytujemy przepływ wody na przepływomierzu - przy czym tutaj będzie już widać wyraźnie różnice pomiędzy maksymalnym i minimalnym przepływem wody tłoczonej ze studni głębinowej - w zależności czy odczytamy w początkowej czy końcowej fazie pracy pompy głębinowej w cyklu tłoczenia
  2. Dzielimy odczytany w m3/h przepływ przez powierzchnię filtracji
  3. Otrzymujemy prędkość filtracji, którą porównujemy z zaleceniami

Niestety w większości przypadków na stacjach pracujących w układzie jednostopniowej filtracji montowane są wodomierze na rurociągach wody surowej. Dlatego zastosowanie będzie miał przykład opisany wcześniej.

Pamiętać należy jednak, że bierzemy pod uwagę odczyt wodomierza zamonotwanego na rurociągu wody surowej (względnie w studni głębinowej), a nie wodomierza na wyjściu wody na sieć wodociągową.

Zapraszamy do zadawania pytań i komentowania artykulu na forum.

Autor: Łukasz Weber