Oppdragsgiver: Oppdrag: 530050-03 Utbygging Råkvåg vannverk Detaljprosjektering vannbehandling Dato: 15.11.2016 Skrevet av: Magne Kløve Kvalitetskontroll: Enrique Padron TRYKKSTØTBEREGNINGER RÅKVÅG VANNVERK INNHOLD 1 Innledning...1 2 forutsetninger...1 3 akseptable trykkgrenser for akutelle ledninger...3 3.1 Undertrykk ved trykkstøt...3 3.2 Overtrykk ved trykkstøt...3 4 Beregninger...3 4.1 Generelt...3 4.2 Trykkstøtforløp uten trykkstøthindrende tiltak...4 4.3 Vurderinger av aktuelle tiltak...5 4.4 Beregning med trykkstøtdempende tiltak...5 4.5 Andre forhold styring av membranfilteranlegget...7 5 Oppsummering...7 1 INNLEDNING Ifbm. med prosjektering av ny råvannspumpestasjon for Råkvåg vannverk er det utført beregninger for å vurdere effekten av trykkstøt. Beregningene er utført med programvaren Bentley Hammer. Beregningene er basert på inngangsdata og tegninger fra forprosjektet for nytt pumpeanlegg. 2 FORUTSETNINGER Nye pumper skal dimensjoneres til å gi 70 mvs trykk inn på membranfilteranlegg. I Hammer er dette simulert som singulærtap over en kort ledning i behandlingsanlegget som gir 70 mvs i tap ved dimensjonerende vannmengde. Simuleringen er kjørt med 2 stk pumper i parallell drift (for simuleringen er pumpekurver for en passende pumpe - Grundfos SP46-10 - lagt til grunn). For øvrig er bølgehastigheter mv. beregnet ut fra rørmaterialer mv. i foreliggende forprosjekt.
Side 2 av 7 3 AKSEPTABLE TRYKKGRENSER FOR AKUTELLE LEDNINGER 3.1 Undertrykk ved trykkstøt Aktuelle ledninger i prosjektet har følgende korttid buklingstrykk vist i tabellen under (hentet fra «Plastic pipes for Water Supply and Sewage Disposal», Lars-Eric Janson). Korttid buklingstrykk (3 min) 200 PE100 SDR 17 - inntaksledning 17 mvs 160 PE100 SDR11 - høytrykksledning 70 mvs Rustfrie rør i dimensjon i pumpestasjon >10 mvs DN80-DN200 (t>= 2-3 mm) Dvs. at alle rør i dette prosjektet tåler et trykk tilsvarende -10 mvs, dvs. separasjon i vannstrengen. 3.2 Overtrykk ved trykkstøt I følge «Plastic pipes for Water Supply and Sewage Disposal» aksepteres et maks trykk ved trykkstøt for PE ledninger på 1,5 x nominell trykklasse. Akseptable maks trykk under trykkstøt framkommer av tabellen under. 200 PE100 SDR 17 (c=1,6, PN8) - inntaksledning 160 PE100 SDR11 (c=1,6, PN12,5) - høytrykksledning Rustfrie rør i dimensjon i pumpestasjon DN80-DN200 (t>= 2-3 mm) Akseptabelt maks trykk ved trykkstøt 80x1,5 = 120 mvs 125x1,5 =187 mvs >150 mvs (prøvetrykk for PN10 rørsystem) 4 BEREGNINGER 4.1 Generelt Simuleringene er basert på strømutfall for pumpestasjon med to pumper i drift. Figuren under viser trykkstøtmodellen fra Hammer.
Side 3 av 7 Figur 1 Hammer modell 4.2 Trykkstøtforløp uten trykkstøthindrende tiltak Figur 2 Trykkstøtforløp omhyllingskurver totaltrykk
Side 4 av 7 Figur 3 Trykkstøtforløp omhyllingskurver væsketrykk Kommentarer: Inntaksledning: min trykk er -10 mvs (dvs. separasjon). Maks trykk oppstår i det damplomme klapper sammen og gir et trykk på 125 mvs ved sugeside av pumper. Høytrykksledning: min trykk er -10 mvs (dvs. separasjon). Maks trykk 105 mvs ved pumpestasjon. Ledninger er i dette tilfellet dimensjonert for å tåle separasjon, men overtrykket på inntaksledning (125 mvs) inn mot pumpestasjon er høyere enn anbefalt maks trykk (120 mvs). 4.3 Vurderinger av aktuelle tiltak Bruk av svinghjul ville i dette tilfellet vært den klart beste løsningen for å dempe trykkstøt. Dette er imidlertid ikke mulig siden det skal brukes stående pumper nede i kum. Det er ikke gunstig å bruke vindkjel på sugeside av pumper siden trykket under drift av pumper kan være negativt på sugesiden. Vi har vurdert flere andre ulike løsninger mht. trykkstøtdempende tiltak. For både å dempe over- og undertrykkene langs ledningstraseen foreslår vi en løsning med en sikkerhetsventil (enveisveis ventil som kan slippe vann ut) på sugeside av pumper og en vindkjel på trykksiden av pumpene. 4.4 Beregning med trykkstøtdempende tiltak Det er regnet med en vindkjel på totalt 500 l og et initialt luftvolum 150 l. Ledning mellom vindkjel og røropplegg er DN80. Vindkjel står på trykksiden av pumper.
Side 5 av 7 Sikkerhetsventil (pressure relief valve) i beregningen har en dimensjon på DN80. Ledning mellom sugestokk og sikkerhetsventil har også dimensjon DN80. Ventilen kan for eksempel være en ordinær fjærbelastet seteventil for å slippe trykk ut av ledningen ved et gitt åpningstrykk (eks Brauckmann). Vindkjel bør stå i overbygg i råvannspumpestsjon. Sikkerhetventil bør stå så lavt som mulig helst i rørkjeller i råvannspumpestsjon. Sikkerhetsventilen bør ha en åpningstrykk på ca. 5-10 mvs. Trykket må stilles inn i forhold til flomnivå i kilden. Figur 4 Prinsippskisse for råvannspumpestasjon vindkjel på trykkside og sikkerhetsventil på sugeside. Figurene under viser resultater av trykkstøtberegninger med skisserte tiltak. Figur 5 Trykkstøtforløp omhyllingskurver totaltrykk
Side 6 av 7 Figur 6 Trykkstøtforløp omhyllingskurver væsketrykk Kommentarer: Inntaksledning: Maks. trykk redusert til 20 mvs. Min. trykk er fortsatt -10 mvs og separasjon vil inntreffe ved strømutfall. I denne situasjonen aksepteres dette, røropplegget dimensjoneres for å tåle belastningen. Høytrykksledning: Maks. trykk er ca. 110 mvs. Min. trykk er 2 mvs. Ingen tilfeller av separasjon på ledningen. 4.5 Andre forhold styring av membranfilteranlegget Start og stopp av membranfilteranlegget bør helst skje ved å kjøre råvannspumper opp og ned. Hvis det også skal være evt. ventiler knyttet til start og stopp av membranfilteranlegget så er det meget viktig at disse har lang åpnings- og lukketid slik at disse ikke genererer trykkstøt i råvannspumpeledningen. Lukketiden bør være i størrelsesorden 30 sek - 1 min. 5 OPPSUMMERING All ordinær start og stopp av råvannspumper skal gjøres vha. frekvensomformere med tilstrekkelig lang rampetid slik at ikke trykkstøt opptrer. Ved strømutfall av råvannpumper anbefales det etablert en sikkerhetsventil på sugesiden og en vindkjel med totalt volum på 500 l på trykksiden av pumper for å dempe trykkstøt i størst mulig grad. Det aksepteres i dette tilfellet at det oppstår separasjon på sugeside av pumper. Det er en sjelden hendelse og røropplegget dimensjoneres for å tåle dette.
Side 7 av 7 En vindkjel i råvannspumpestasjonen vil også medvirke trykkdemping og forenklet styring av membranfilteranlegget. Det er for øvrig viktig at styring av membranfilteranlegget gjøres på en slik måte at det ikke genereres trykkstøt i råvannsledningen. Evt. on/off ventiler eller reguleringsventiler på inntak til membranriggen må derfor ha tilstrekkelig lang lukketid til at trykkstøt ikke opptrer i råvannsledningen. Tønsberg, 2016-11-15 Magne Kløve Siviling. Vann og miljø