اهمیت آب بند بودن مخازن ذخیره آب

در هر واحد صنعتی بر حسب میزان مصرف آب و برای تامین مصرف پیک مقدار ذخیره آب اهمیت دارد.که باتوجه به اهمیت بالای آن باید برای آب بندی مخازن اقدام نمود. مثلا در صنایع رنگرزی مصرف آب زیاد می باشد, همچنین احتمال خراب شدن پمپ چاه و یا قطع آب شهر و نظایر آن فاکتوری در تعیین میزان ذخیره آب است. بنابراین مقدار ذخیره آب تعیین کننده نوع مخزن ذخیره می باشد و نیز مقایسه اقتصادی خود فاکتوری در انتخاب نوع مخزن است. مثلا برج آب را برای هر نوع ظرفیتی می توان ساخت ولی اگر یک مقدار بالاتر ساخت آن اقتصادی نمی باشد و مخازن بتنی زمینی ارزانتر تمام می شود, در نتیجه همیشه باید پس از تعیین ظرفیت ذخیره لازم و بررسی مواد فنی یک مقایسه اقتصادی بین انواع مخازن ذخیره بعمل آید تا نوع مناسب از جهت فنی و اقتصادی مشخص شود. انواع مخازن ذخیره عبارتند از:

۱– برج آب

۲- مخازن زمینی

۱- برج آب (ثقلی) (Elevated tank)

برج آب می تواند علاوه بر ذخیره آب یک فشار استاتیک در شبکه ایجاد نماید. حسن برج آب در این است که اگر برق قطع شود تا ساعاتی می تواند آب مصرفی سرویس ها را تا مین نماید،اما باتوجه به این نظر که در صورت آببند نبودن این سازه دچار مشکل های استاتیکی و همچنین مشکلات تأسیساتی خواهد شد.ارتفاع برج اگر فقط برای مصارف خانگی و بهداشتی باشد می تواند بین ۱۵ تا ۲۰ متر باشد که با توجه به افت فشار شبکه , فشار پشت مصرف کننده های بهداشتی را تامین نماید. ولی اگر برای مصارف صنعتی هم باشد باید ارتفاع برج را بین ۲۵ تا ۳۰ متر در نظر گرفت.ارتفاع برج از کمر تانک تا کف فونداسیون آن می باشد.

ولی به هر حال فشار لازم در شبکه و افت فشار شبکه تعیین کننده ارتفاع برج می باشد که باید مورد محاسبه قرار گیرند.البته باید سعی نمود که برج آب را در نقطه ای از زمین که بلندتر از سایر نقاط است نصب کرد تا ارتفاع خود برج را بتوان کمتر در نظر گرفت و ارزانتر تمام شود.سطح آب در برج در دو نقطه کنترل می گردد یکی حد بالای سطح آب و دیگری حد پایینی سطح آب که این دو سطح توسط یک شناور الکتریکی(Float switch) کنترل می گردد یعنی هر گاه سطح آب به کمتر از حد پایینی برسد پمپ تغذیه برج از شناور برقی فرمان استارت می گیرد و هرگاه سطح آب در برج به حد بالایی رسید شناور برقی به پمپ فرمان قطع می دهد.برج آب دارای دو لوله می باشد که از سطح زمین و از محور عمودی برج وارد تانک می شود که یکی هم لوله پر کننده و هم لوله مصرف می باشد و دیگری سرریز برج است که در صورتی که شناور الکتریکی کار نکند آب اضافه به حد بالای سطح آب از طریق آن خارج شده و در صورت وجود مخازن زمینی به آنها می ریزد و در صورت نبودن مخازن زمینی به نقطه ای ریخته می شود که اپراتور با ملاحظه آن مطلع می شود که شناور الکتریکی کار نمی کند و نسبت به تعمیر آن اقدام می نماید.در گذشته برای برج آب سه لوله در نظر میگرفتند که یکی برای پرکننده و دیگری برای مصرف و سومی برای سرریز بوده است که عملا وجود دو لوله جداگانه برای پر کردن و مصرف کردن آب ضرورتی نداشته و کار بیهوده ای است.با توجه به شکل ها و مقایسه آنها این مطلب روشن می شود.

هرگاه مصرف شروع شود آب از برج به شبکه می رود و هرگاه ذخیره برج کاهش یابد و به حد پایینی برسد شناور الکتریکی به پمپ فرمان استارت می دهد و تا زمانی که مصرف زیاد باشد آب بطور مرتب توسط پمپ به برج می ریزد و از برج به شبکه میرود تا وقتی که مصرف به حدی کاهش یابد که پمپ شروع به پر کردن برج نماید تا آب به حد بالایی برسد, شناور الکتریکی فرمان قطع به پمپ می دهد و سیکل کار دوباره تکرار می گردد.

هرگاه مصرف شروع شود آب از برج به شبکه می رود و هر گاه ذخیره برج کاهش یافته و به حد پایینی رسید شناور الکتریکی به پمپ فرمان استارت می دهد و شبکه مستقیما توسط پمپ تغذیه می گردد بدون آنکه آب وارد برج شود ( چون مقاومت ارتفاع برج بیش از مقاومت شبکه می شود زیرا مصرف کننده ها باز هستند ) و وقتی مصرف به حدی کاهش یابد که پمپ شروع به پر کردن برج نماید تا آب به سطح بالایی برسد, شناور الکتریکی فرمان قطع به پمپ می دهد و سیکل کار دوباره تکرار می گردد.

نتیجه اینکه در حال اول وقتی پمپ کار می کند آب از طریق برج به شبکه می رود بدون آن که برج پر شود و در حالت دوم آب مستقیما از طریق لوله به شبکه می رود و لزومی ندارد که به برج برود, بنابراین وجود دو لوله جداگانه برای پرکردن و خالی کردن برج هیچ ضرورتی ندارد .

۲- مخازن زمینی (Reservoir Tank)

مخازن زمینی به دو منظور ساخته می شوند. یکی برای ذخیره آب برای مصارف صنعتی بخصوص برای ساعات پیک و دیگری برای آتش نشای .بطور کلی برای آتش نشانی فقط مخازن زمینی مناسب هستند زیرا برج آب به ظرفیت بسیار زیاد که بتواند جوابگوی مصرف آتش نشانی باشد بسیار گران و غیر اقتصادی میباشد.همچنین در صنایعی که مصرف آب آنها زیاد است و دارای چاه نامناسب یا انشعاب هستند مخزن زمینی ضروریست.مخازن زمینی برای ظرفیت های کم مانند آب نرم می تواند فلزی باشد ( تانک های ایستاده فلزی ) ولی برای ظرفیت های زیاد باید از بتن مسلح ساخته شوند. یک مخزن بتنی حتما باید حداقل دارای دو قسمت باشد تا در مواقع اضطراری و یا تمیز کردن کف یکی از آنها بتوان از دیگری استفاده کرد تا در کار تولید خللی وارد نشود . در این مخازن لوله های زیر آب و لوله های مکش پمپ ها باید در نظر گرفته شود, در زیر انواع مخازن بتونی و روش کار با آنها شرح داده شده است:

مخزن بتونی دو خانه زمینی(مخزن بتنی زمینی)

– لوله های مکش پمپ ها باید حداقل in 6 باشند.

– لوله های زیر آب حدود in 4 باشند.

– لوله پر کن بر حسب ظرفیت پمپ چاه یا شناور بین in 2 تا in 4 می باشند.

در هر یک از لوله های مکش پمپ ها از مخازن یک عدد شیر قطع و وصل نصب می گردد ( شیر دروازه ای ) که در حالت عادی هر دو شیر باز هستند و در صورت لزوم هر یک از مخازن را می توان با شیر از مدار خارج کرد.لوله های تخلیه در گوشه هر مخزن بطوری که هر دو لوله تخلیه در یک نقطه جنب یکدیگر باشند نصب می شود زیرا هر سیستمی که برای خروج آب تخلیه شده در نظر گرفته شود در این حالت ساده تر و کم خرج تر است , طول لوله تخلیه هرگز نباید بیش از یک متر باشد تا در صورت گرفتگی به سادگی باز شوند .

لوله های پر کن که یا از پمپ چاه آب و یا از انشعاب آب شهری به مخازن می آیند باید به بالای هر مخزن به طور جداگانه هدایت شوند تا در صورت نیاز هر یک را بتوان از مدار خارج کرد. روی این مخازن بهتر است با سقف های سبک پوشانده شود تا علاوه بر جلوگیری از ورود برگ و آشغال و گرد و خاک به آن از تابش نور به آب نیز جلوگیری گردد , زیرا تابش نور سبب ایجاد خزه در جداره ها و کف مخازن می گردد که دردسر زیادی تولید می کنند (مثل کرم گذاشتن و کثیف کردن آب و گرفتگی صافی پمپ ها و نظایر آن ها ), البته با کلر زنی و یا استفاده از خزه کش هایی مثل سولفات مس و گاز ازن و نظایر آن می توان از ایجاد خزه جلوگیری کرد . ولی این مواد برای بعضی از پروسس های تولیدی مضر هستند , مثل رنگرزی که وجود این مواد خاصیت رنگ بری دارند و سبب می شوند که مصرف رنگ زیاد شود. همچنین تمام این مواد برای دیگ های بخار مصرف هستند و تشکیل اسید های خورنده می دهند.

بنابراین از هیچ نوع ماده شیمیایی نمی توان برای از بین بردن یا جلوگیری از ایجاد خزه در آب استفاده کرد و سیستم های دیگر نیز پر هزینه هستند.محل اتاق پمپ خانه که بهتر است چسبیده به مخزن باشد می تواند در هر یک از نقاط مناسب اطراف مخزن قرار بگیرد که البته باید محل لوله های زیر آب و لوله های پر کن در نقطه ای قرار گیرند که در اتاق پمپ نباشند.مخازن بتونی می توانند بیش از دو خانه باشند ولی ابعاد هر خانه نباید کمتر از ۶ متر در ۶ متر باشد ,زیرا اقتصادی نیست و لزومی هم ندارد که ابعاد هر مخزن کمتر از این مقدار باشد .ارتفاع مخزن بتنی روی زمین می تواند حدود ۵/۲ متر باشد که برای آب بندی راحت مخزن و ایستایی آن حداکثر نیم متر آن می تواند در زیر قرار بگیرد و بقیه آن باید بالای زمین باشد زیرا به پمپ های آب سوار هستند و پمپ ها که در ارتفاع مکش محدودی می توانند کار کنند می توانند در راندمان ماکزیمم بدون ایجاد مشکلی کار کنند . همچنین لوله های تخلیه در این عمق به هر کانالی که آب تخلیه شده را به خارج هدایت کند سوار هستند . در محل تخلیه هر مخزن باید یک چاهک به ابعاد ۴۰سانتیمتر در ۴۰سانتیمتر و عمق ۱۰ سانتیمتر در نظر گرفت تا عمل شستشو و تخلیه مخزنها راحت باشد . کف کانال آبرو تخلیه زیر آب , باید ۱۰ سانتیمتر زیر لوله تخلیه باشد (برای باز و بسته کردن شیر از لوله و ….) . زیر لوله های مکش پمپ نیز باید ۱۰ سانتیمتر بالا تر از کف مخزن باشند تا احتمالا مواد ته نشین شده وارد لوله های مکش نشوند .

لوله های پرکن از دیواره وارد مخزن می شوند و در حد فاصل سقف و دیوار قرار می گیرند.همیشه محل لوله های پر کن و لوله های زیر آب باید در یک نقطه باشد تا دریچه بازدید که در روی سقف در این نقاط پیش بینی می شود برای مواقع ضروری هم مشرف به لوله های زیر آب و هم به لوله های پر کن باشند.لوله مکش آب باید در سمت داخل مخزن از دیوار تمام شده ۲۰ سانتیمتر بیرون باشد و در سمت بیرون مخزن باید ۵۰ سانتیمتر بیرون باشد و هر دو سر لوله دنده شوند تا در صورت لزوم بتوان اتصالاتی را به آن متصل نمود , جنس لوله بهتر است گالوانیزه باشد و طول لوله زیر آب در سمت داخل مخزن باندازه ای باشد که سر آن هم سطح دیوار مخزن گردد و در سمت بیرون مخزن ۵۰ سانتیمتر از دیوار مخزن بیرون باشد , جنس این لوله هم بهتر است گالوانیزه باشد و سر لوله در سمت بیرون مخزن دنده شود , بنابراین با توجه به توضیحات فوق دارای لوله برای هر یک قابل محاسبه می باشد.

مخازن بتنی داخل زمینی

این نوع مخازن چندان مناسب نیستند زیرا اولا به پمپ های زمینی سوار نیستند و یا باید پمپ خانه نیز در زیرزمین باشد که در نتیجه دسترسی به پمپ ها و سایر وسایل برای تعمیر و حمل و نقل مشکل است و یا باید در آنها از پمپ شناور که به صورت افقی در کف مخزن نصب می گردد استفاده نمود که دسترسی به این پمپ ها نیز مشکل است و در صورت خراب شدن مدتی کار تولید مختل می گردد و اگر دو پمپ شناور نصب کنیم ( یکی رزرو ) هزینه اولیه تاسیسات بالا میرود.تخلیه این مخازن را با ثقل نمی توان انجام داد و باید از پمپ کف کش سیار استفاده نمود که این پمپ ها نیز گران می باشند . بطور کلی این سیستم دردسر فراوانی داشته و شستشوی مخزن نیز زحمت زیادی دارد و چون فقط یک مخزن است لذا شستشوی آن فقط در ایام تعطیلات سالیانه کارخانه مقدور خواهد بود ( اگر دو مخزن ساخته شود ناچارا باید در هر یک پمپ شناور جداگانه نصب نمود).روی این مخازن نیز باید با سقف سبک پوشانده شود.

ظرفیت مخازن زمینی برابر است با مجموع ظرفیت های صنعتی و بهداشتی و مصرف آتش نشانی.

تانک تحت فشار (Pressure tank)

در هر سیستم آبرسانی حداقل در یک نقطه از آن برای انتقال آب و تامین فشار لازم در شبکه از پمپ استفاده می شود, این پمپ یا در چاه و یا در جلوی مخازن زمینی ذخیره آب نصب می گردد. پمپها نباید بطور دایم کار کنند چون اگر مصرف در شبکه کم باشد یا اصولا مصرف نباشد پمپ های سانتریفوژ آب را در خود به گردش در می آورند و پروانه بطور آزاد در محفظه پمپ درون آب گردش می کند, البته پمپ های سانتریفوژ(Contrifugal pump) تفاوت عمده با پمپ های دنده ای (Cearing pump)دارند. به این صورت که اگر شیر خروج سیال از پمپ دنده ای بسته شود چون سیال راه خروج ندارد و به دندانه های چرخ دنده پمپ فشار می آورد دنده های پمپ را می شکند ولی در پمپ های سانتریفوژ اگر شیر خروجی بسته شود پروانه پمپ, سیال را از پشت خود گرفته و از داخل خود خارج می کند و لذا پروانه بطور آزاد در داخل سیال گردش می کند.بنابراین گردش پروانه در آب دو نکته بوجود می آورد یکی اینکه انرژی الکتریکی بدون آنکه کاری انجام شود مصرف می گردد و دوم اینکه گردش زیاد پروانه در آب سبب تبخیر آب در سطح پروانه و ایجاد پدیده کاویتاسیون(Cavitation) می گردد چون تبخیر آب در سطح پروانه ایجاد یک خلا روی فلز پروانه می کند و این خلا در مرور زمان از سطح فلز جرم برداری می کند و حفره هایی در سطح پروانه ایجاد می شود که بعد از مدتی پروانه خراب شده و پمپ از کار می افتد.همچنین شبکه تحت یک فشار دینامیکی قرار می گیرد که سبب استهلاک شیرآلات و اتصالات دنده ای شده می شود. در نتیجه با استفاده از برج آب یا تانک تحت فشار که موازی با پمپ نصب می گردند توسط سیستم کنترل سطح آب در مواقعی که مصرف کم یا قطع می شود به پمپ فرمان قطع می دهد و شبکه در شروع مصرف از ذخیره آب در برج و به نوعی در تانک تحت فشار استفاده می کند تا وقتی مصرف زیاد شد و آب ذخیره جوابگو نبود سطح آب در برج یا تانک تحت فشار کاهش یافته و پمپ فرمان روشن می گردد.تانک تحت فشار روی زمین نصب می شود و نسبت به برج آب بسیارارزانتر در می آید و دسترسی به آن بسیار راحت تر از برج آب می باشد و مشکلات نگهداری برج آب را ندارد, تامیت فشار توسط هوای فشرده می باشد که در بالای تانک قرار می گیرد و با فشار خود آب را تحت فشار قرار می دهد, این فشار باید برابر فشار پمپ (Head) باشد تا شبکه تحت فشار نسبتا ثابتی قرار گیرد و متعادل (Balance) باشد از طرفی چون هوا به مرور زمان در آب حل می شود لذا فشار هوای محبوس بالای تانک, کاهش می یابد و سطح آب به دلیل غلبه فشار پمپ به فشار هوا بالا می آید تا هوا متراکم شده و فشار آن برابر فشار پمپ شود به همین علت سعی می شود که تانک های تحت فشار دارای قطر کم و ارتفاع زیاد باشند تا سطح تماس آب با هوا کمتر باشد ( البته از نظر مقاومت مصالح نیز موضوع مهم است ) باید توجه داشت که هر چه فشار بیشتر باشد حلالیت هوا در آب بیشتر می شود. البته چون بیشتر مواقع تانک های تحت فشار را در محل های مسقف نصب می کنند گاه به دلیل محدودیت ارتفاع مسقف اتاق ,ناچار می شوند از مخازن تحت فشار افقی استفاده کنند که سطح تماس آب و هوا بسیار زیاد می شود. کنترل سطح آب تثبیت فشار هئا در تانک های تحت فشار به دو روش صورت می گیرد:

۱- تنظیم دستی سطح هوا و فرمان به پمپ یا پرشرسویچ :

در شروع بهره برداری سطح آب را در نقطه ای در حدود ۳/۱ ارتفاع تانک از بالای آن انتخاب می کنیم و روی شیشه آب نما علامت می زنیم, سپس پمپ را روشن می کنیم تا سطح آب در تانک به علامت برسد, سپس پمپ را خاموش کرده و شیر هوای فشرده را باز می کنیم تا آنقدر هوا وارد شود تا فشار سنج به فشار مورد نظر برسد سپس شیر هوا را می بندیم , سیستم در این حالت می تواند کار کند و هر گاه فشار به حد بالا رسید پرشرسویچ پمپ را قطع می کند و هرگاه فشار کاهش یافت و به حد پایین رسید پمپ شروع به کار می کند. باید توجه کرد که روی پرشرسویچ دو محل تنظیم وجود دارد که یکی برای تنظیم فشار حد اکثر و یکی برای تنظیم اختلاف فشار مورد نظر است, که در نتیجه فشار ماکزیمم و منیموم را می توان داشت. اختلاف بین فشار حداکثر و فشار حداقل ( اختلاف فشار ) باید به اندازه ای باشد که پمپ با توجه به مصرف در هر ساعت حداکثر ۶ بار استارت کند ( برای محافظت الکتروموتور ) که معمولا اختلاف یک اتمسفر این نتیجه را بدست می دهد, بنابراین سطح پایین آب در تانک در حالت فشار حداقل باید مورد توجه قرار گیرد و اگر تانک از آب خالی شد و تمام حجم تانک را هوا گرفت باید سطح آب را در فشار حداکثر به بالاتر برد تا هنگامی که سطح پایینی آب در فشار حداقل در آب نما مشاهده گردد ( روش آزمون و خطا ) و علامتی که برای فشار حداکثر روی آب نما بدست می آید باید به گونه ای ثابت شود که همیشه باقی بماند, معمولا در هر فاصله زمانی مناسب سطح آب باید نسبت به علامت بازبینی گردد تا در صورت بالا رفتن سطح آب نسبت به علامت ( بدلیل حل شدن هوا در آب ) با باز کردن شیر تخلیه مقداری آب را تخلیه نمود تا سطح آن به علامت برسد و سپس با بستن شیر تخلیه و باز کردن شیر هوا آنقدر هوا وارد تانک کرد تا فشار روی فشار سنج به حداکثر مقدار قبلی برسد . در عمل, این فاصله زمانی حدود دو ماه می باشد.

۲- تنظیم اتوماتیک سطح هوا و فرمان به پمپ توسط رله کنترل سطح مایعات:

در این حالت سطح بالا و یا پایین آب توسط محاسبه بدست می آید و این سطوح توسط الکترود بالا و الکترود پایین کنترل می شوند و فشار هوای بالای آب همواره توسط پرشر سویچ و شیر مغناطیسی روی لوله هوا ثابت نگهداشته می شود ( چون هوا در آب حل می شود و فشار آن کاهش می یابد ).

اساس کار سیستم کنترل سطح آب بر اندازه گیری مقاومت بین دو الکترود توسط پتانسیو متر می باشد یعنی اگر الکترود بالا در آب باشد مقاومت بین آن دو تفاوت می کند و فرمانی صادر نمی شود, وقتی الکترود پایینی نیز در هوا قرار گرفت مقاومت حاصل بین دو الکترود, فرمان استارت به پمپ می دهد و سیکل کار تکرار می گردد, برای اندازه گیری مقاومت توسط پتانسیومتر نیاز به یک الکترود واسطه (Reference) می باشد که همیشه در آب قرار دارد که در پایین ترین نقطه تانک و مقداری پایین تر از الکترود پایین نصب می شود ( البته این الکترود لازم نیست حتما در آب باشد و می توان را به جدار خرجی تانک نیز نصب نمود )

محاسبه ظرفیت تانک تحت فشار و سطوح آب

مفهوم علایمی که در روابط محاسباتی به کار رفته عبارتند از:

ماکزیمم مصرف بر حسب متر مکعب بر ساعت QM

تعداد استارت پمپ در ساعت (۴ الی ۶ بار) N

حداقل ارتفاع آب در تانک ( معمولا ۰.۱ متر ) R

حداقل فشار داخل تانک برحسب bar PL

حداکثر فشار داخل تانک برحسب bar PH

حجم کل تانک بر حسب متر مکعب Vt

حجم حداکثر آب در تانک بر حسب متر مکعب VW

سطح مقطع تانک بر حسب متر مربع S

زمان ذخیره (نسبتی از یک ساعت , معمولا یک ربع ) a

ارتفاع حجم VW بر حسبm HW

ارتفاع حجم حداقل سطح آب بر حسب m HR

حجم حداکثر آب ( VW ) :

)/N (a VW =

مقدار VW نسبتی از Vt ( حجم تانک ) می باشد که داریم:

= CVtVW

در نتیجه حجم کل تانک برابر است با:

C Vt = VW/

که مقدار ضریب C از رابطه زیر بدست می آید :

C = ( 1- R ) (1- PL/PH)

اگر حجم تانک بیش از ۵۰۰۰ لیتر شود باید از دو عدد تانک که با یکدیگر بطور موازی در مدار قرار گیرند و مجموع حجم آنها برابر Vt می شوند استفاده کرد یعنی حجم هر تانک برابر Vt/2 می شود.