N OTAT-FORPOSJEKT RÅVAN N PU M PESTASJON

Transkript

1 Oppdragsgiver: Oppdrag: Nytt inntak med tilhørende pumpestasjon og vannbehandling Dato: Skrevet av: Enrique Padron Kvalitetskontroll: Magne Kløve N OTAT-FORPOSJEKT RÅVAN N PU M PESTASJON INNHOLD 1. Innledning Pumpekapasitet Forutsetninger Kontroll trykktap sugeside Kontroll trykktap trykkside Kontroll kavitasjon sugeside Pumpestyring Elektroinstallasjoner Strømforsyning Frekvensomforming Plassering av ny anlegg Grunnforhold Vannstandsnivåer Forslag til plassering av pumpestasjon Situasjon av pumpeanlegg i snitt A-A Snitt kryssing av elva Forslag til prosedyre for konstruksjon av pumpekum Geoteknisk bistand Inntaksanlegg Kontroll - undertrykk inntaksledning Forankring med betonglodd Inntakssil / inntaksarrangement Vedlagte dokumenter...21

2 Side 2 av INNLEDNING Eksisterende Råkvåg vannverk skal oppgraderes. I dag får vannverket vannforsyning fra 3 stk. brønner, plassert ved siden av Haugsdalselva, ca.150m fra Osavatnet. Vann fra brønner inneholder bl.a. uønskede store mengder jern og mangan. Kommunen ønsker derfor å bruke råvann fra Osavatnet. Eksisterende grunnvannsanlegg skal kun beholdes som reservekilde. I den forbindelse skal det prosjekteres en råvannpumpestasjon, som har som hensikt å overføre råvann fra Osavatnet (i ca.25m dybde) frem til membranfilteranlegg ved vannverket. Plan og lengdeprofil M~ 1:500

3 Side 3 av 21 Nytt anlegg vil bestå av følgende hovedelementer: Ny, tørroppstilt råvannpumpestasjon: 3 stk. pumper á 15 kw, m/ frekvensomformere. Trykkside: ø160mm PE100 SDR11. (nytt rør: ca.15 m / eksist: ca.390m ) Sugeside: ø200mm PE100 SDR17, ca.170 m (landledning). Sugeside: ø200mm PE100 SDR17, ca.345 m (sjøledning). Inntakssil / inntaksarrangement.

4 N OTAT Side 4 av PU M PEKAP ASI TE T 2.1. Forutsetninger Midlere produksjon vannverk (Q mid): 600 m 3 /d (=25 m 3 /h = 6,94 l/s) Maksimal døgnproduksjon (Q maks): 1080 m 3 /d (=45 m 3 /h = 12,5 l/s). Vannstrøm mengde inntil 1/3 av netto vannproduksjon går til avløp som konsentrat. Produksjonen stanser normalt for spyling o.l. ca 1 time pr døgn. Dimensjonerende råvannsmengde: 12,5 l/s * 24 / 23 * 4/3 = 17,4 l/s. Q dim = 19 l/s Kontroll trykktap sugeside Friksjonstap: ø200mm PE100 SDR17 Di = 176,2 mm L = 515 m K = 1,0 mm v = Q/ p r² = 0,78 m/s l = 0,0326 Hf = l. L.v²/D.2g 2,953 m DN200 rustfritt stålrør Di = 200 mm L = 2,0 m K = 1,0 mm v = Q/ p r² = 0,60 m/s l = 0,0316 Hf = l. L.v²/D.2g 0,006 m DN80 rustfritt stålrør (2 stk. ledninger i drift) Di = 80 mm L = 0,5 m K = 1,0 mm v = Q/ p r² = 1,9 m/s l = 0,0416 Hf = l. L.v²/D.2g 0,047 m Hf 3,006 m

5 N OTAT Side 5 av 21 Singulærtap: ø200mm PE1 00 SDR1 7 Bend 45 = 2 x 0,2 z = 0,4 Inntak sil = 1 x 10 z = 10,0 Samlet singulærtapskoeffisient: z = 10,4 Hastighetshøyde = v²/2g = 0,03 m Hs = z.v²/2g 0,322 m DN200 rustfritt stålrør Sluseventil= 1 x 0,3 z = 0,3 T-rør = 1 x 1,5 z = 1,5 Samlet singulærtapskoeffisient: z = 1,8 Hastighetshøyde = v²/2g = 0,02 m Hs = z.v²/2g 0,034 m DN80 rustfritt stålrør (2 stk. ledninger i drift) Sluseventil= 1 x 0,3 z = 0,3 Overgang = 1 x 0,2 z = 0,2 Samlet singulærtapskoeffisient: z = 0,5 Hastighetshøyde = v²/2g = 0,18 m Hs = z.v²/2g 0,091 m Hs 0,447 m Hf + Hs 3,453 m

6 N OTAT Side 6 av Kontroll trykktap trykkside Friksjonstap: ø1 60 PE100 SDR11 Di = 130,8 mm L = 405 m K = 1,0 mm v = Q/ p r² = 1,41 m/s l = 0,0354 Hf = l. L.v²/D.2g 11,172 m DN150 rustfritt stålrør Di = 150 mm L = 5,0 m K = 0,5 mm v = Q/ p r² = 1,08 m/s l = 0,0282 Hf = l. L.v²/D.2g 0,055 m DN80 rustfritt stålrør (2 stk. ledninger i drift) Di = 80 mm L = 1,0 m K = 0,5 mm v = Q/ p r² = 1,89 m/s l = 0,0335 Hf = l. L.v²/D.2g 0,076 m DN1 50 rustfritt stålrør (Innvendig i vannverket) Di = 150 mm L = 5,0 m K = 1,0 mm v = Q/ p r² = 1,08 m/s l = 0,0341 Hf = l. L.v²/D.2g 0,067 m Hf 1 1,37 m

7 N OTAT Side 7 av 21 Singulærtap: ø1 60mm PE1 00 SDR1 1 Bend 45 = 2 x 0,2 z = 0,4 Utløp = 1 x 10 z = 1,0 Samlet singulærtapskoeffisient: z = 1,4 Hastighetshøyde = v²/2g = 0,10 m Hs = z.v²/2g 0,1 43 m DN150 rustfritt stålrør Bend 90 = 2 x 0,3 z = 0,6 Sluseventil = 1 x 0,3 z = 0,3 T-rør = 1 x 1,0 z = 1,0 Samlet singulærtapskoeffisient: z = 1,9 Hastighetshøyde = v²/2g = 0,06 m Hs = z.v²/2g 0,1 12 m DN80 rustfritt stålrør (2 stk. ledninger i drift) Sluseventil = 1 x 0,3 z = 0,3 Tilbakeslagsventil = 1 x 5,0 z = 5,0 Samlet singulærtapskoeffisient: z = 5,3 Hastighetshøyde = v²/2g = 0,18 m Hs = z.v²/2g 0,965 m DN1 50 rustfritt stålrør (Innvendig i vannverket) Bend 90 = 3 x 0,3 z = 0,9 Sluseventil = 3 x 0,3 z = 0,9 T-rør = 3 x 1,5 z = 4,5 Samlet singulærtapskoeffisient: z = 6,3 Hastighetshøyde = v²/2g = 0,06 m Hs = z.v²/2g Hs Hf + Hs 0,371 m 1,591 m 1 2,96 m

8 Side 8 av 21 Geodetisk løftehøyde Hg Trykkside (blåfarge): +128 (vannverket) -101,36 (LVS) + 70 (ekstra trykk foran filter) = 96,6 mvs Geodetisk Hg Sugeside (rødfarge): +96,6 (Hg Trykkside) 9,6 (disponibel trykk vatnet) = 87,0 mvs Total løftehøyde: Hg + Σ Hf + Hs = + 96,6 + 12,96 = 109,56 ~ 110 mvs Driftspunkt for 2 pumper i drift: 19 l/s 110 mvs. Tabell fra rørfirma Pipelife, viser maks tillat driftstrykk for PE-rør: Maks tillat driftstrykk for SDR11 = 12,5 bar (ca.125 mvs) krav: 125 mvs > 110 mvs Magne Kløve (vedlegg 5) skal vurdere trykkstøt, dvs. korttids trykk- / undertrykksituasjoner.

9 Side 9 av Kontroll kavitasjon sugeside Teori: NPSHr: Påkrevet positiv sugehøyde for Q maks = 19 l/s 3,3 m Eksempel aktuell pumpe Tabell for høyde damptrykk «Hdt»: ved ca. 10 0,10 m (1 mbar = 0,01 mvs)

10 Side 10 av 21 NPSHa: Atmosfærisk trykk At = + 10,0 m Positiv trykk (+) Hg = + 0,7 m Sikkerhetshøyde SF = - 1,0 m Høyde damptrykk for 10 C Hdt = - 0,1 m SUM + 9,6 m Friksjons- / singulærtap ved Q maks = 19 l/s Σ (Hf + Hs) = - 3,5 m SUM + 6,1 m NPSHa > NPSHr 6,1 m > 3,3 m Teoretisk sett har vi et reserve undertrykk på: (6,1 3,3) = 1,8 m. Dette anses derfor som en sikkerhetsfaktor, da det er vanskelig å forutse hvilken endelig NPSHr får vi, hvor mye trykktap gjennom inntakssil kan øke gjennom tiden, og hvor mye humusavleiring kan bygge seg opp innvendig, i sjøledningen. 3. PUMPESTYRING Pumpesystem: Forutsettes 3 stk. vertikale pumper av 15 kw motor. To pumper i drift skal tilsammen ha kapasitet på Q maks = 19 l/s. Alle tre pumper alternerer i drift, mens en av dem vil alltid være reserve. Pumpene styres via frekvensomformer. Normalt skal en eller to pumper være i drift, men systemet må være i stand til å få alle 3 pumpe i drift. Pådrag bestemmes av nivå i rentvannsbasseng på anlegget. Start- / stopp: Anlegget skal drives mest mulig kontinuerlig, dog med ca 1 time stans pr døgn for automatisk rengjøring. Uønsket undertrykk - sugeside: Trykkgiver plassert ved innløp (foran pumper) råvannpumpestasjon gir signal om uønsket undertrykk. Sannsynligvis pga. tett inntaksarrangement, avleiringer i rør, m.m. Systemet gir alarmsignal og pumpene stopper. Uønsket overtrykk - trykkside: Trykkgiver plassert ved utløp råvannpumpestasjon gir signal om uønsket overtrykk. Sannsynligvis pga. tett overføringsledning, delvis stengt ventil eller feil i membranfilteranlegg. Systemet gir alarmsignal og pumpene stopper.

11 Side 11 av ELEKTROINSTALLASJONER 4.1. Strømforsyning Brønnpumpene forsynes i dag via eksist. vannbehandlingsanlegg. Trasé for strømkabel og signalkabel går parallelt med pumpeledning. Det må sannsynligvis legges fram ekstra kapasitet til nye råvannspumper. Dette kan legges fram som eget abonnement direkte til ny pumpestasjon eller via renseanlegget Frekvensomforming I enkelt driftsperioder skal ny pumpestasjon levere små vannmengder. Minste vannmengde man kan forvente, antas å være 5 l/s. Eksempel: Grafens fargeovergang mellom lyse- og mørkeblå, viser kavitasjonsgrense. Mørkeblå farge indikerer område man kan pumpe uten fare til kavitasjon. Ved justering av turtall kan denne eksempel pumpen levere mellom (1,2 4,4) l/s problemfritt. I tillegg skal frekvensomformere sørge for myk start- / stopp av pumper.

12 Side 12 av PLASSERING AV NY ANLEGG 5.1. Grunnforhold Hydrogeolog Rolf Forbord fra Asplanviak opplyser at under jordlaget finnes 2-3 m med stein sand og grus, til dels stor stein, deretter minst 15 m grus. Grunnen er m.a.o. svært stabil. Følgende er kommentarer fra Rolf Forbord, som skal veilede geotekniker ang. grunnforhold i vedlagte rapporter: Vedlegg 1: NGU rapport nr Forundersøkelser og valg av brønnområde utført av NGU i Kart fremgår av vedlegg 2.4 og boringene fra vedlegg 3.11 til Vedlegg 2: Kommunen ville flytte brønnområdet lenger sør enn det NGU foreslo. Det ble derfor utført 5 boringer med odex-90. Planlagt ny råvannpumpestasjon ligger 7-10 m nord for punkt-e (senere brønn-3), se kart side 5 og bor-profiler side 6. Korngraderingskurver finnes i vedlegg 1 til 5. Vedlegg 3: Brønnrapport Råkvåg vannverk. Vedlegg 4: Beskrivelse av grunnforhold påvist under brønnetablering fremgår av side 5, vannstandsvariasjoner (grunnvann) side 20 og grunnvannsstrøm side 21 og 22. Vertikalsnitt side 24. Notat fra feltledelse og KS ved etablering av ny produksjonsbrønn ved Råkvåg vannverk. Rapport etter etablering av ny og grunnere brønn 3B nærmere elva. Grunnforhold på side Vannstandsnivåer Observert flom: +104,70m * Estimert laveste grunnvannsnivå: +101,56 m (LVS i vatnet: +101,36 m) ** Estimert høyest grunnvannsnivå: +102,80 m. (HVS i vatnet: +102,60 m) ** * Vannstandsnivå er påvist av grunneier. Under detaljprosjekteringsfase må opplysninger om aktuelle flom gjennomgås nøyere. ** Informasjon om LVS og HVS er opplyst av n. Grunnvannsnivå rundt pumpestasjonen ligger ca.20 cm høyere enn nivå i vannet. Grunnvannsnivåer er nå korrigert ihht. grunnvannrapport: «Brønnrapport Råkvåg vannverk» (Vedlegg 3)

13 Side 13 av Forslag til plassering av pumpestasjon

14 Side 14 av Situasjon av pumpeanlegg i snitt A-A

15 Side 15 av Snitt kryssing av elva.

16 Side 16 av Forslag til prosedyre for konstruksjon av pumpekum Valgt pumpesystem (dyp konstruksjon), nærliggende grunnvannstand, og store vanntilsigelse fra grunnmasser, gjør det vanskelig å holde gropa fri for vann. På grunn av dette er det nødvendig å støpe pumpekum gjennom flere etapper: Etappene: Pumpekummens nederste del prefabrikkeres på tørr grunn. Om vi tar høyde for HVS grunnvannstand (+102,8m), må nederste del av kum ha en min. høyde på 2,6 m. Armering må stikke noe over toppen av vegg for videre støping. Deretter skal kumdelen heises ned i åpen grop. Dette gjøres vha. en heisekran egnet til oppgave. Mens dette foregår, det kan stå vann i gropa. For å unngå oppdrift, må kummen etter hvert fylles med vann. Når kummen er på plass kan justeringer utføres. Kummens vegger må bli så loddrett og så stabil som mulig. Videre kan resten av kummen forskales og støpes ferdig. Forventet vekt av den prefabrikkerte kumdelen: Innvendig areal: 3 x 3 m perimeter for vegger = 13,2 m Volum vegger: 13,2 m (perimeter) x 2,6 m (høyde) x 0,3 m (veggtykkelse) = 10,3 m 3 Volum fundament / gulv: 4 x 4 m (areal) x 0,35 (tykkelse) = 5,6 m 3 Samlet volum: (10,3 + 5,6) ~ 16 m 3 Vekt: 16 m 3 x 2500 kg/m 3 = kg 40 tonn Tilsvarende for LVS:[ (13,2 x 0,3 x 1,4) m 3 + 5,6 m 3 ] x 2500 kg/m 3 ~ 28 tonn 5.7. Geoteknisk bistand Foreslått plassering, geometri og byggeprosedyre er kun orienterende. Her trenges geoteknisk bistand av sakkyndig kompetanse. Geotekniker skal minst gjennomgå følgende vurderinger: Kvalitetssikring for byggeprosedyre. Stille krav på hvor bratt grøftehelning av åpen grop skal være. Kontrollere minst avstand fra åpen grop til både permanent eksisterende brønnanlegg og evt. midlertidie, tunge installasjoner. Vurdere type heisekran egnet til oppgave. Eventuell tiltak for kryssing av elva. Alle nødvendige rutiner som er påkrevd for å oppnå et risikofritt arbeid.

17 Side 17 av INNTAKSANLEGG 6.1. Kontroll - undertrykk inntaksledning I kapitel 2.3 Kontroll trykktap sugeside regnet vi at forventer maks undertrykk, med ø200mm PE100 SDR17, og Q maks, vil bli: +0,7 (positiv trykk) 3,45 (Hf +Hs) = - 2,75 mvs. Tabellen fra plastrørfirma Pipelife, viser maks tillatt undertrykk (korttid langtid) Undertrykkgrense for SDR17 er 4,4 mvs. Sikkerhetsmargin blir da: (4,44 2,75) ~ 1,7 mvs 6.2. Forankring med betonglodd Forutsetninger: ρ vann_media = egenvekt media: 1000 kg/m 3 ρ vann_res = egenvekt resipient: 1000 kg/m 3 ρ rør_mat = egenvekt rør material: 955 kg/m 3 (PE100) ρ luft = egenvekt luft: 1,3 kg/m 3 ρ lodd = egenvekt betonglodd: 2400 kg/m 3 L = rør lengde: 345 m de = rørets utvendige diameter: 0,20 m di = rørets innvendige diameter: 0,1762 m P = luftfyllingsgrad 30 %

18 N OTAT Side 18 av 21 Teori: Mvann_res = vann_res. L. p. ² Mrør_mat = rør_mat. L. p. ( ) Mvann_media= vann_media. L. (1 - P). (p. ) Mluft : luft= L. P. p. Mvann_res = 1000 kg/m m. 3,1416. (, ) ² = 10838,5 kg Mrør_mat = 955 kg/m m. 3,1416. (, ) ² (, ) ² = 2317,0 kg Mvann_media = 1000 kg/m m. (1 0,30).,. (, ) ² = 5889,0 kg Mluft = 1,3 kg/m m. 0,30. 3,1416. (, ) ² = 3,0 kg Mledn = Mrør_mat + Mvann_media + Mluft = ( ) = 8209,0 kg Mlodd_vann = Mvann_res Mledn = (10838,5 8209) = 2629,5 kg Konverteringsfaktor: fra vekt av lodd i vann, til vekt av lodd i luft = ( _ ) = ( ) = 1,71 Mlodd_luft = Mlodd_vann x 1,71 = (2629,5 kg x 1,71) ~ 4500 kg Det er nødvendig en total belastning på 4500 kg, for å holde en 345 m lang ledning, type: ø200mm PE100 SDR17 og med 30 % luftfyllingsgrad, stabil ned i bunnen.

19 Side 19 av 21 Belastningslodd: Tabellen nedenfor viser boltefritt belastningslodd av betong CAPONE 2 Vi kan ta utgangspunkt i et lodd som veier 80 kg. Antall nødvendig lodd = ~ 56 stk. lodd. Nødvendig avstand mellom lodd, c / c = ~ 6,2 m.

20 Side 20 av Inntakssil / inntaksarrangement Inntakssil: Vi forutsetter at silen er en forlengelse av sjøledningen. Silen skal inneholde et bestemt antall hull, som til sammen, vil garanterer et fastsatt maks trykktap, når Q maks. inntreffer. En viktig forutsetning for å oppnå det overnevnte kravet, er bl.a. å få hullene perpendikulære mot senter rør og at disse har myke kanter. Eksempel: Inntaksarrangement: Siste forankringspunkt skal utformes med formål å holde inntaket stabilt ned i bunn. Inntaksende skal være min. 2 m over bunn. Endebukk, endehjul eller lignende kan benyttes. Silen skal også være lett demonterbar. Eksempel:

21 Side 21 av Vedlagte dokumenter VEDLEGG BESKRIVELSE DATO Grunnvannsundersøkelser i. Oppfølging av GiN-prosjekt i Sør-Trøndelag fylke. Fra NGU Råkvåg vannverk - Detaljundersøkelser for dimensjonering av 3 produksjonsbrønner. Fra Miljøgeologi AS Råkvåg vannverk. Rapport etter brønnetablering. Fra Miljøgeologi AS Feltledelse, kvalitetskontroll og kapasitetstesting ved etablering av ny brønn 3B ved Råkvåg vannverk. Fra Rolf E. Forbord, Asplanviak Trykkstøt beregning Råvannpumpestasjon Råkvåg Fra Magne Kløve, Asplanviak