VA-dagane på Vestlandet 2014

Transkript

1 Driftsassistansen i Hordaland Vatten og avlaup VA-dagane på Vestlandet 2014 Haugesund september september 2014 Selvrensing og rensing av trykkledninger (dykker- og pumpeledninger) Gunnar Mosevoll overingeniør, Vatten og avlaup i Skien kommune Driftsassistansen Hordaland_Foredrag_GM_Dykkerledninger rensing_ ppt 1

2 Bakgrunn I pumpeledninger og dykkerledninger for avløpsvann skjer strømningen av vann under trykk: Pumpeledning Dykkerledning Pumpestasjon Selv om de fleste trykkledningene virker godt, så har det vært en rekke tilfeller av svikt for trykkledninger. Det gjelder både pumpeledninger og dykkerledninger, men de fleste sviktene gjelder dykkerledninger. Redusert kapasitet er det vanligste, men for dykkerledninger er det flere tilfeller av fullstendig tilstopping.

3 Kort om hydraulisk dimensjonering av dykkerledninger

4 Kort om hydraulisk dimensjonering av dykkerledninger Falltap / trykktap: H f L H f = f L /D U 2 /2g m vannsøyle f = friksjonskoeffesient U = vannhastighet (m/s) L = ledningslengde (m) g = tyngdens akselerasjon (9,8 m/s 2 ) D = rørdiameter (m)

5 Kort om hydraulisk dimensjonering av dykkerledninger Selvrensing Skjærspenningen τ må overskride 2 4 N/m 2 i 0,5 2 timer /døgn τ = ρ g D/4 I (N/m 2 ) alt avhengig av mengden sand i avløpsvannet der ρ = vannets tetthet (1000 kg/m 3 ) g = tyngdens akselerasjon (9,8 m/s 2 ) D = rørdiameter (m) I = helningen på energilinjen (m/m) Helning på energilinjen (m/m eller promille) Diameter (mm) τ = 2 N/m2 8,2 5,4 4,1 2,7 2,0 τ = 4 N/m2 16,3 10,9 8,2 5,4 4,1

6 Kort om hydraulisk dimensjonering av dykkerledninger Oppholdstid / Utvikling av hydrogensulfid Dykkerledninger håndteres som pumpeledninger når faren for utvikling av hydrogensulfid (H 2 S) skal vurderes. Ved oppholdstid større enn 4 8 timer; alt avhengig av vanntemperaturen, må tiltak vurderes.

7 Hydraulisk dimensjonering av dykkerledninger Luftmedrivning og luftlommer Særlig for sjøledninger er det viktig at det ikke dras mye luft inn i ledningen. Luft kan skape ekstra trykktap i ledninger med høybrekk, og for slik ledninger bør det hindres at mye luft kommer inn i ledningen. En bratt innløpsdel med økt diameter forebygger luftproblemer. Hvis vannhastigheten på denne strekningen aldri overstiger 0,5 m/s, vil bare små luftmengder følge vannet ned i hoveddelen av ledningen. Strekningen må være lang nok

8 Hvordan skaffe stor nok vannføring for å få selvrensing? I noen tilfeller er den naturlige tilrenningen stor nok til å skape naturlig selvrensing. Vi kan skape kunstig selvrensing på følgende måter: 1. Pumping inn på dykkerledningen P 2. Oppfylling og tømming av basseng (utløpet av bassenget styres av en ventil Basseng Ventil

9 Dykkerledning som spyles fra basseng (eksempel) liter/sekund m o. h. Vannføring i utløpet Vannstand i innløpet Spyling med 15 liter/sekund i 4 minutter

10 Hvordan skaffe stor nok vannføring for å få selvrensing? En pumpestasjon med flere pumpesumper: Pumpe Sump 1 Sump 2 Pumpen starter når begge pumpesumpene er fylt opp. Sump 2 har mindre vannoverflate enn sump 1. Dermed tømmes sump 2 raskere enn sump 1, og det skapes en høydeforskjell mellom de to sumpene. Denne høydeforskjellen må være stor nok til å gi tilstrekkelig skjærspenning i ledningen mellom de to sumpene.

11 Svikt i pumpeledninger og dykkerledninger

12 Svikt i pumpeledninger: Redusert kapasitet 1. Avleiringer sand og grus reduserer kapasiteten Avleiringer reduserer rørtverrsnittet, og friksjonstapet øker Det danner seg «bølger» på avleiringen, og dette øker friksjonstapet 2. Avleiringer av sand i bunn og groe av fett i toppen av røret reduserer kapasiteten I pumpeledninger med kun spillvann fra boligområder kan det gå lang tid mellom hver pumpestopp. Vi kan da få avleiring i bunn av sand og groe av fett i toppen. Øker friksjonstapet. Stein holdes gjerne tilbake i pumpesumpen, i hvert fall i stasjoner med små pumper

13 Svikt i dykkerledninger: Redusert kapasitet eller tilstopping 1. Avleiringer av sand og grus reduserer kapasiteten: Som for pumpeledninger Pumpeledning Dykkerledning Pumpestasjon 2. Tilstopping: Pga. av at dykkerledninger ikke har en pumpesump ved innløpet, er det større fare for at stein kommer inn i en dykkerledning enn i en pumpeledning. Kommer en større stein eller mange småstein inn i en dykkerledning, er det stor fare for tilstopping.

14 Dykkerledninger: Erfaringer fra kommuner med dykkerledninger Eksempler: Trondheim kommune har siden 1960-tallet bygget en rekke dykkerledninger. Gode erfaringer. Planlegger å bygge flere. Skien kommune har siden slutten på 1980-tallet bygget en lang rekke dykkerledninger (2014: 16). Det har vært noen få driftsforstyrrelser (tilstopping). Planlegger å bygge flere. Kvinnherad kommune har flere dykkerledninger (foredrag på VA-dagane i 2012). Gode erfaringer. Bergen kommune har flere dykkerledninger. Flere av disse ledningene har hatt svært store problemer med stein. Noen av ledningene er erstattet av pumpeanlegg. Dette gjelder særlig ledningene med minst tilrenning.

15 Eksempler på dykkerledninger i Skien

16 Eksempler på dykkerledninger i Skien: Falkumbroa Falkumbroa - dagens forhold: Lengde: 100 m Diameter hovedledning: 140 mm innvendig Høydeforskjell innløp utløp: 3,0 m Selvrensing: Ingen særskilte tiltak Dagens selvrensing skapes av en stor andel vann fra felles avløpsledninger Trykkledning: Ledning med fritt vannspeil: Lengde- og høydemålestokk er ikke lik 16

17 Skien: Avskjærende avløpsledning Jønnevall Elstrøm Strekning Fossum - Elstrøm Gulset Fossum 25 m o. h. Elstrøm RA 11 m o. h. P 7 m o. h. Falkum Denne pumpestasjonen løfter vannet fra den ene dykkerledningen opp i den andre Selvfallsledning med fritt vannspeil Dykkerledning Pumpeledning

18 Skien: Avskjærende avløpsledning Jønnevall Elstrøm Strekning Jønnevall - Fossum 25 m o. h. Fossum P P 25 m o. h. Hoppestad Jønnevall 48 m o. h. Selvfallsledning fritt vannspeil Dykkerledning Pumpeledning

19 Skien: Dykkerledninger Jønnevall - Hoppestad Ventil Jønnevall Ventil Pumpestasjon Hoppestad stasjon To dykkerledninger i serie som spyles ved hjelp av trykkstyrte ventiler Når trykket oppstrøms en stengt ventil når en bestemt verdi, åpner ventilen og «rørbassenget» (rør med diameter 400 mm) tømmes: Dykkerledningen nedstrøm rørbassenget tømmes. Anlegget overvåkes automatisk

20 Selvrensing eller rensing?

21 Selvrensing eller rensing? Vi har to metoder for å holde avløpsledninger fri for avleiringer: Selvrensing Rensing I begge tilfeller sørger vi for at kraften mellom vannstrømmen og rørveggen blir stor nok til føre med seg sand: Skjærkraften (skjærspenningen) mellom vannstrøm og sand er stor nok: Til å føre med seg avleiret sand langs bunnen av rørtverrsnittet Til å rive med seg groe som er løst bundet til rørveggen God nok turbulens i vannstrømmen til å holde å begrense avleiringer og groe God nok turbulens til å holde mest mulig av både lette og tunge partikler i avløpsvannet svevende i vannstrømmen Groe i øvre halvdel av rørtverrsnittet kan løsne i flak når groen blir tykk nok. NB! Hvis det er store mengder fett i vannet, er groen blitt et problem før groen løsner.

22 Selvrensing

23 Steinfang / sandfang 1. Områder der det er stor fare for tilførsel av mye stein og sand Bratte områder (mer sandstrøing enn i flate områder) Overvann fra bekkeinntak og veggrøfter (god erosjonssikring reduserer tilførselen) Områder under utbygging 2. Utforming av et enkelt sandfang til brud ved liten tilførsel av vann: Forutsetninger for at slike sandfang skal virke: Rolige strømningsforhold i innløpet. Rettstrekning med inntil 10 m lengde og fall 10 promille kan være nødvendig for å «roe ned» vannet i bratte områder. Sandfanget må tømmes før det er fullt Tiltak som reduserer tilførselen av sand og stein til sandfanget kan være nødvendig. Hvis sandfanget fylles raskt, vil sandtilførselen være så stor at det blir vanskelig å drive en pumpestasjon effektivt. Her slipper en derfor ikke unna tiltak mot sand.

24 Rensing av pumpeledninger og dykkerledninger 1. Bruk av renseplugg: Renseplugger river løs groe og løsner litt på avleiringer. Pumpeledning Dykkerledning Pumpe- stasjon Innføring av renseplugg Renseplugger kan derfor ikke brukes til å skyve avleiringer foran seg.

25 Rensing av pumpeledninger og dykkerledninger 2. Bruk av ekstra vann: Tilførsel av ekstra vann er den mest effektive metoden for å fjerne avleiringer. Pumpeledning Dykkerledning Tilførsel av ekstra vann Tilførsel av ekstra vann Pumpe- stasjon Tilførsel av ekstra vann øker varigheten av høy skjærspenning uten at tilførselen av sand øker. Avleiringene vil da bli transportert ut av ledningen. Er det mye sand i ledningen, så tar dette tid. For pumpeledninger uten høybrekk kan tilførsel av litt luft i tillegg til ekstra vann øke vannets evne til å rive løs groe. Kummen i utløpet av pumpeledningen må sikres mot utblåsing av luftlommer.

26 Rensing av pumpeledninger og dykkerledninger 2. Bruk av ekstra vann: Tilførsel av ekstra vann er den mest effektive metoden for å fjerne avleiringer. Pumpeledning Dykkerledning Tilførsel av ekstra vann Tilførsel av ekstra vann Pumpestasjon Det kan være behov for mye vann: For en ledning med innvendig diameter 100 mm bør en komme opp i en vannføring på 7-8 liter/sekund (vanlig vannføring + ekstra vannføring) Hvor hyppig bør problemledninger spyles? Hver vår? Når skolenes sommerferie er over?

27 Rensing av pumpeledninger og dykkerledninger 3. Bruk av trykkvann fra høytrykks avløpspumpe: Trykkvann fra høyttrykks avløpspumpe kan brukes til å åpne tilstoppinger. Pumpeledning Dykkerledning Pumpe- stasjon Tilkopling av pumpe med høyt trykk (nødvendige ventiler er ikke vist) Trykkvann er effektivt for å åpne små tilstoppinger, særlig tilstoppinger der det ikke er mye grus og stein.

28 Det finnes alternativer til dykkerledninger Romersk aquaduct i Istanbul (Konstantinopel), Satt i drift 368 e. Kr.

29