Rodzaje zbiorników do przechowywania wody: nierdzewne, ciśnieniowe, przeciwpożarowe i cenowe

Rodzaje Zbiorniki do przechowywania wody : Praktyczne porównanie

Zbiorniki na wodę są klasyfikowane według materiału, konfiguracji strukturalnej, ciśnienia znamionowego i zastosowania. Zrozumienie różnic pomiędzy typami zbiorników zapobiega kosztownym błędom w specyfikacji i zapewnia, że ​​wybrany zbiornik spełnia zarówno wymagania eksploatacyjne, jak i otoczenie regulacyjne instalacji.

Według materiału

Zbiorniki ze stali nierdzewnej (gatunki 304 i 316) to doskonały wybór do wody pitnej, zastosowań w przemyśle spożywczym i wszelkich instalacji wymagających długiej żywotności bez konserwacji wykładzin wewnętrznych i powłok. Pasywna powierzchnia tlenku chromu jest odporna na korozję bez żadnej dodatkowej obróbki, dzięki czemu zbiorniki ze stali nierdzewnej są opcją wymagającą najniższych kosztów konserwacji w całym okresie użytkowania wynoszącym 30–50 lat.

Zbiorniki z polietylenu (HDPE lub LLDPE). dominują na rynku tanich mieszkań i gospodarstw rolnych. Są lekkie, niedrogie i dostępne od ręki w szerokiej gamie rozmiarów. Ich ograniczenia to degradacja pod wpływem promieni UV w czasie (która powoduje kruchość i odbarwienie), wrażliwość na temperaturę (zbiorniki HDPE miękną powyżej 60 ° C) oraz żywotność wynosząca 10–15 lat w instalacjach zewnętrznych, zanim zazwyczaj konieczna będzie wymiana.

Zbiorniki GRP (tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem szklanym/włókno szklane). oferują rozwiązanie pośrednie — dłuższą żywotność niż polietylen i niższy koszt niż stal nierdzewna. Ich wewnętrzna powierzchnia żelkotu może z czasem ulec degradacji i uwolnić cząsteczki do zmagazynowanej wody, co wymaga okresowych kontroli i ponownego malowania w wodzie pitnej.

Zbiorniki ze stali węglowej , albo fabrycznie powlekane, skręcane panele, albo spawane z wykładziną epoksydową, stanowią standard w przypadku magazynowania dużej objętości wody niezdatnej do spożycia w przemyśle, gdzie ekonomia wolumenowa faworyzuje stal zamiast stali nierdzewnej, ale gdzie tworzywo sztuczne lub GRP byłoby strukturalnie nieodpowiednie na dużą skalę.

Według konfiguracji

Oprócz materiału konfiguracja zbiornika określa sposób jego montażu i umiejscowienie w układzie hydraulicznym. Zbiorniki atmosferyczne (otwarte lub wentylowane). przechowywać wodę pod ciśnieniem otoczenia i polegać na grawitacji lub pompie wspomagającej jako ciśnienie zasilania. Zbiorniki ciśnieniowe — omówione osobno poniżej — przechowuj wodę pod podwyższonym ciśnieniem w celu utrzymania ciśnienia w systemie bez ciągłej pracy pompy. Podwyższone zbiorniki wykorzystać głowicę grawitacyjną z wysokości montażu do wytworzenia ciśnienia zasilania. Zbiorniki podziemne to cysterny zakopane stosowane tam, gdzie nie ma miejsca na powierzchnię, zwykle zbudowane ze zbrojonego betonu, GRP lub polietylenu.

Zbiorniki ciśnieniowe ze stali nierdzewnej: jak działają i kiedy ich używać

Zbiornik ciśnieniowy wody ze stali nierdzewnej — zwany także zbiornikiem ciśnieniowym, zbiornikiem hydropneumatycznym lub zbiornikiem wyrównawczym, w zależności od zastosowania — działa zasadniczo inaczej niż atmosferyczny zbiornik magazynujący. Zamiast po prostu utrzymywać pewną ilość wody pod ciśnieniem otoczenia, zbiornik ciśnieniowy utrzymuje wstępnie naładowaną poduszkę powietrzną, która magazynuje potencjalną energię i wykorzystuje ją do utrzymania ciśnienia wody w systemie dystrybucyjnym bez konieczności ciągłej pracy pompy.

Zasada działania

W zbiorniku ciśnieniowym ze stali nierdzewnej typu pęcherzowego elastyczny gumowy pęcherz oddziela wodę od komory wstępnie naładowanego powietrza. Kiedy pompa napełnia zbiornik, woda dostaje się do pęcherza, sprężając ładunek powietrza i podnosząc ciśnienie w układzie. Kiedy kurek się otworzy, sprężone powietrze wypycha wodę z pęcherza bez uruchamiania pompy, aż ciśnienie spadnie do wartości zadanej włączenia i pompa ponownie się włączy. Ten układ zmniejsza częstotliwość cykli pompy o 80–90% w porównaniu z systemem bez zbiornika ciśnieniowego, radykalnie wydłużając żywotność pompy poprzez zmniejszenie liczby uruchomień silnika na godzinę – co jest najbardziej szkodliwym zdarzeniem operacyjnym dla silników pomp i uszczelnień mechanicznych.

W zbiorniku ciśnieniowym ze stali membranowej zastosowano stałą gumową membranę przyspawaną do wnętrza zbiornika, a nie wymienny pęcherz. Zbiorniki membranowe są zwykle używane w mniejszych zbiornikach ciśnieniowych (poniżej 100 litrów) w instalacjach wspomagających i grzewczych w budynkach mieszkalnych.

Dlaczego stal nierdzewna do zbiorników ciśnieniowych

Zbiorniki ciśnieniowe podlegają cyklicznym obciążeniom mechanicznym — każde uruchomienie pompy powoduje zwiększenie ciśnienia w zbiorniku, każde spuszczenie powoduje jego rozhermetyzowanie. W całym okresie użytkowania zbiornika w ruchliwym budynku komercyjnym lub obiekcie przemysłowym oznacza to dziesiątki tysięcy cykli ciśnieniowych. Połączenie stali nierdzewnej o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie, odporności na korozję i odporności na zmęczenie sprawia, że jest to materiał z wyboru na zbiorniki ciśnieniowe w instalacjach wody pitnej, systemach wody farmaceutycznej, przetwórstwie żywności i wszelkich zastosowaniach, w których nie można kontrolować podatności stali węglowej na korozję wewnętrzną poprzez samo powlekanie pod cyklicznym ciśnieniem.

Zbiorniki ciśnieniowe ze stali nierdzewnej do zastosowań związanych z zaopatrzeniem w wodę mają ciśnienie znamionowe od zaledwie 6 barów (87 psi) do zastosowań mieszkaniowych i lekkich obiektów komercyjnych do 16 barów (232 psi) w przemysłowych stacjach podnoszenia ciśnienia i zaopatrywaniu wieżowców. Wszystkie zbiorniki ciśnieniowe powyżej pewnych progów ciśnienia objętościowego muszą być zaprojektowane i certyfikowane zgodnie z sekcją VIII ASME, PED (europejska dyrektywa w sprawie urządzeń ciśnieniowych) lub równoważnymi normami krajowymi – wymóg niezależny od doboru materiału.

Dobór zbiornika ciśnieniowego wody ze stali nierdzewnej

Rozmiar zbiornika ciśnieniowego jest określany na podstawie objętości poboru wymaganej pomiędzy uruchomieniem pompy a jej włączeniem, a nie na podstawie całkowitej objętości magazynowanej wody. Objętość poboru musi być wystarczająco duża, aby zaspokoić typowe zdarzenia zapotrzebowania (spłukanie toalety, krótki pobór prysznica) bez powodowania uruchomienia pompy. W zastosowaniach mieszkaniowych zbiornik zapewniający pobór 20–40 litrów jest standardem w większości nowoczesnych zestawów pomp o zmiennej prędkości. Systemy pomp o stałej prędkości z konwencjonalnymi przełącznikami ciśnienia wymagają większych zbiorników — zazwyczaj 80–200 litrów w domu z 4 sypialniami — aby zapobiec krótkim cyklom. Zbyt mały rozmiar zbiornika ciśnieniowego jest najczęstszym błędem montażowym; powoduje to szybką zmianę pracy pompy, przegrzanie i przedwczesną awarię pompy w ciągu 2–5 lat od instalacji.

Zbiorniki do przechowywania wody dla ochrony przeciwpożarowej: wymagania i projektowanie

Zbiorniki magazynujące wodę do ochrony przeciwpożarowej pełnią zasadniczo inną funkcję niż zbiorniki do użytku domowego lub technologicznego. Są to elementy zapewniające bezpieczeństwo życia, wymagane do zapewnienia określonego natężenia przepływu i objętości przez określony czas w warunkach awaryjnych, a ich projekt, instalacja i konserwacja podlegają przepisom, które mają moc prawną niezależnie od preferencji właściciela budynku.

Obowiązujące standardy

W Stanach Zjednoczonych zbiorniki do przechowywania wody przeciwpożarowej podlegają przede wszystkim przepisom NFPA 22 (norma dotycząca zbiorników na wodę do prywatnej ochrony przeciwpożarowej) . NFPA 22 definiuje wymagania konstrukcyjne, metody określania pojemności, wymagania instalacyjne (w tym ochronę przed zamarzaniem), harmonogramy przeglądów i projektowanie akcesoriów zbiorników (zawory napełniające, przyłącza napełniania awaryjnego, zawory wylotowe i systemy grzewcze). W większości jurysdykcji oprócz zgodności z przepisami NFPA wymagana jest zgoda władz lokalnych (AHJ).

Międzynarodowe odpowiedniki obejmują EN 12845 (europejska norma dotycząca stałych systemów przeciwpożarowych), AS 2304 (Australia/Nowa Zelandia zbiorniki do przechowywania wody do ochrony przeciwpożarowej) i równoważne przepisy krajowe na innych rynkach. Normy te różnią się szczegółami, ale łączy ich podstawowy wymóg, zgodnie z którym zbiorniki przeciwpożarowe muszą posiadać dedykowaną pojemność rezerwową, której nie można wykorzystać w żadnym przyłączu innym niż straż pożarna.

Określanie objętości

Objętość zbiornika przeciwpożarowego oblicza się z zapotrzebowania hydraulicznego obsługiwanej przez niego instalacji tryskaczowej lub hydrantowej, pomnożonego przez wymagany czas zasilania. Instalacja tryskaczowa o lekkim zagrożeniu dla małego budynku komercyjnego może wymagać 30-minutowego zasilania przy przepływie 150 gal/min, co daje minimalną objętość zbiornika wynoszącą 4500 galonów (17 000 litrów). Zwykły system zagrożeń dla magazynu o projektowanym zapotrzebowaniu na poziomie 500 galonów na minutę i czasie trwania 60 minut wymaga dedykowanej rezerwy o pojemności 30 000 galonów (114 000 litrów). Inżynier rejestrowy oblicza te wymagania na podstawie obliczeń hydraulicznych systemu gaśniczego, a zbiornik jest dobierany tak, aby mieścił się w obliczonej objętości z marginesem określonym przez obowiązującą normę.

Materiały zbiornikowe do ochrony przeciwpożarowej

NFPA 22 dopuszcza budowę zbiorników przeciwpożarowych ze stali (spawanych lub skręcanych), żelbetu, drewna (w przypadku istniejących instalacji) i materiałów kompozytowych spełniających wymagania konstrukcyjne normy. Stal nierdzewna i powlekana stal węglowa to najczęściej wybierane materiały do nowych instalacji na większości rynków. Stal nierdzewna jest preferowana w przypadku, gdy wnętrze zbiornika będzie wykorzystywane do przechowywania o podwójnym przeznaczeniu (rezerwa przeciwpożarowa plus zaopatrzenie gospodarstwa domowego), ponieważ pozwala uniknąć problemów związanych z jakością wody związanych z wykładzinami ze stali węglowej oraz gdy zbiornik znajduje się w środowisku korozyjnym, takim jak przybrzeżny obiekt przemysłowy. Fabrycznie powlekane, skręcane zbiorniki stalowe (ze stali stopionej szkłem lub pokryte żywicą epoksydową) są szeroko stosowane w dużych zbiornikach przeciwpożarowych o pojemności powyżej 50 000 galonów, gdzie spawana stal nierdzewna byłaby zbyt kosztowna.

Do czego służą duże zbiorniki na wodę i kto z nich korzysta

Duże zbiorniki na wodę — cylindryczne konstrukcje stalowe, które wyznaczają panoramę obiektów przemysłowych, gmin i kampusów komercyjnych — spełniają szereg funkcji, które nie zawsze są oczywiste dla osób niezaznajomionych z infrastrukturą wodną. Zrozumienie, do czego służą duże zbiorniki, wyjaśnia, dlaczego mają one takie wymiary i dlaczego wymagane są określone specyfikacje materiałów i konfiguracji.

Wyrównanie zaopatrzenia w wodę miejską

Miejskie wieże ciśnień i naziemne zbiorniki przezroczyste wyrównują różnicę między stałą wydajnością oczyszczalni a wysoce zmiennym godzinowym zapotrzebowaniem obsługiwanej przez nią populacji. Szczytowe zapotrzebowanie na wodę rano i wieczorem jest 2–4-krotnością średniej dziennej; bez magazynowania oczyszczalnia i pompy dystrybucyjne musiałyby być dobrane pod kątem zapotrzebowania szczytowego, a nie średniego, co stanowi wielokrotność kosztów kapitałowych 2–4-krotności projektu opartego na magazynowaniu. Wieża ciśnień utrzymuje również ciśnienie w systemie w sposób bierny: podniesienie poziomu zmagazynowanej wody powoduje powstanie ciśnienia hydraulicznego, które zasila domy i firmy bez ciągłej pracy pomp w normalnych okresach zapotrzebowania.

Bufor procesu przemysłowego i zasilanie awaryjne

Zakłady produkcyjne, elektrownie i centra danych utrzymują duże magazyny wody na miejscu z dwóch różnych powodów: ciągłości procesu (wieża chłodnicza lub system agregatów chłodniczych, w którym kończy się woda uzupełniająca, może zatrzymać produkcję w ciągu kilku minut) i wydajności awaryjnej (systemy przeciwpożarowe, systemy chłodzenia awaryjnego i systemy zlewowe wymagają objętości, których miejskie przyłącza zasilające nie są w stanie dostarczyć przy wymaganym chwilowym natężeniu przepływu). Przemysłowe zbiorniki do przechowywania wody w tej kategorii mają zazwyczaj pojemność od 50 000 do 2 000 000 galonów , przechowywane w spawanych lub skręcanych na śruby zbiornikach z paneli stalowych na poziomie gruntu.

Rezerwat nawadniania rolniczego

Duże gospodarstwa rolne przechowują wodę w okresach nadwyżek – zimowych opadów, okresów przydziału nawadniania poza szczytem lub powodzi – do wykorzystania w okresach szczytowego zapotrzebowania, gdy dostępność wód powierzchniowych lub limity przydziału w przeciwnym razie ograniczałyby nawadnianie. Zbiorniki w tym zastosowaniu mają pojemność od 10 000 do 500 000 galonów i są zazwyczaj zbudowane z ocynkowanej stali falistej z wykładziną lub z przykręcanych paneli ze stali nierdzewnej, gdzie utrzymanie jakości wody jest ważne w przypadku systemów nawadniania kropelkowego wrażliwych na zanieczyszczenia.

Stalowy zbiornik na wodę o pojemności 10 000 galonów: ceny i czynniki wpływające na koszty

Stalowy zbiornik na wodę o pojemności 10 000 galonów (około 38 000 litrów) jest typowym rozmiarem dla komercyjnych rezerw przeciwpożarowych, magazynów rolniczych i zbiorników buforowych w procesach przemysłowych. Jest na tyle duży, że wymaga profesjonalnej instalacji, ale na tyle mały, że może być jednoczęściową, spawaną jednostką, a nie konstrukcją montowaną na miejscu. Zrozumienie czynników wpływających na cenę w tej skali pomaga kupującym ocenić oferty i uniknąć porównywania specyfikacji, które nie są równoważne.

Przedziały cenowe według materiału i konfiguracji

Orientacyjna cena stalowego zbiornika na wodę o pojemności 10 000 galonów (sam zbiornik, bez fundamentu, instalacji i akcesoriów) według aktualnych warunków rynkowych:

Czynniki, które wpływają na cenę

Cena stali jest największą zmienną wpływającą na ceny zbiorników ze stali nierdzewnej — ceny kręgów ze stali nierdzewnej 304 wahały się od 1800 do 3500 dolarów za tonę metryczną w ciągu ostatnich pięciu lat, a zmienność ta przekłada się bezpośrednio na ceny gotowych zbiorników. Wycena uzyskana w jednym kwartale może różnić się od wyceny otrzymanej sześć miesięcy później o 15–25% z przyczyn całkowicie niezależnych od producenta. Zdecydowanie zaleca się blokowanie cen za pomocą zamówienia zakupu w przypadku dużych projektów kapitałowych, gdzie wymagana jest pewność budżetu.

Oprócz kosztów materiałów, głównymi czynnikami zwiększającymi cenę zbiornika w skali 10 000 galonów są: Certyfikat ASME lub NSF (dodatkowy koszt testów, dokumentacji i kontroli strony trzeciej); specyfikacja pakietu akcesoriów (wskaźniki poziomu, włazy dostępowe, otwory wentylacyjne, zespoły przelewowe, porty próbkowe i elementy grzejne dodają 2 000–8 000 USD do ceny zbiornika podstawowego, w zależności od zakresu); wymagania dotyczące wykończenia powierzchni (standardowe wykończenie walcowane 2B jest standardem; wykończenia szczotkowane lub elektropolerowane nr 4 do zastosowań spożywczych lub farmaceutycznych dodają 10–20% do kosztów produkcji); i przyspieszoną dostawę, która wiąże się z premią w wysokości 15–30% w stosunku do standardowych terminów realizacji wynoszących 8–16 tygodni w przypadku spawanych zbiorników ze stali nierdzewnej tej wielkości.