JPH06200877A - 沈澱池の排水方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 スケールや砂等の沈澱池に所要の最高水位お
よび最低水位を設定し、複数台の排水ポンプを使用する
スケール沈澱池の排水方法であって、連続的に水位を測
定し該水位の時間当たりの変化量（ｄｈ／ｄＴ）をもと
め、該変化量（ｄｈ／ｄＴ）の絶対値が零以外の最も小
さい値となるように稼働する排水ポンプの組み合わせを
選択して排水することを特徴とするスケール沈澱池の排
水方法。 【効果】 水位変化がゆるやかになるとともに、排水ポ
ンプおよびモータの起動、停止の頻度が従来法に比べて
大幅に削減することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数台の排水ポンプを
組み合わせて使用する沈澱池の排水方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、製鉄業における連続鋳造工場や
熱間圧延工場等におけるスケールピット等の沈澱池の排
水方法としては次のような方法が用いられている。第一
の方法は、スケール沈澱池の深さに応じて複数のゾーン
に区分けし、各々のゾーンに１台〜複数台の排水ポンプ
を割りつけておき、水位があるゾーンに達したことを水
位計によって検知すると、割りつけられた排水ポンプを
運転、稼働することによって排水をおこない、水位を適
正レベルに維持しながら排水する方法である。（以下、
ゾーン区分け法と略す。）例えば、図７に示すようにス
ケール沈澱池の水位を上から順にＡ、ＢおよびＣの３ゾ
ーンに区分けし、各々のゾーンにＰ_A 、Ｐ_B 、Ｐ_C の排
水能力を持つ１台〜複数台の排水ポンプを割りつけてお
く。

【０００３】排水がスケール沈澱池に流入して水位がＣ
ゾーンにある間は排水ポンプＰ_C を運転する。流入水量
が排水ポンプＰ_C の能力を上廻り次第に水位が上昇しは
じめ、ＣゾーンからＢゾーンに水位が達したことを水位
計が検知すると排水ポンプＰ _C に加えてＰ_B が運転さ
れ、さらに水位が上昇を続け水位がＢゾーンからＡゾー
ンに達したことを水位計が検知すると、それまでに運転
されていた排水ポンプＰ _B 、Ｐ_C に加えてＰ_A が運転さ
れる。その結果、流入水量よりも排水量（Ｐ_A ＋Ｐ_B ＋
Ｐ_C ）の方が大きければ水位は下降し始め、Ａゾーンか
らＢゾーンへ、更にＣゾーンへと水位が下がるため、排
水ポンプＰ_A を停止させる。この時、流入水量が一定で
あれば、排水量（Ｐ_B ＋Ｐ_C ）よりも多いため、再び水
位は上昇し始め、上記のパターンを繰り返すことにな
る。

【０００４】第二の方法として、実開昭５５−１５０４
１２号公報に開示されたポンプ設備の流量調整装置によ
る方法がある。この方法は、ポンプの吐出管に並列に配
設した複数の開閉弁と、これら開閉弁よりポンプ側の吐
出管を貯液槽に接続するバイパス管に設けた開閉弁の開
閉制御を、貯液槽内の液位を検出する液位検出器によっ
て行うものであり、貯液槽内の貯液量の多い場合もしく
は少ない場合、または貯液槽に送り込まれる液量に変動
がある場合でも、ポンプは起動、停止を繰り返すことな
く連続運転でき、インペラー破損等の障害を防止できる
とともに、貯液槽に送り込まれる液量が変動しても常
に、ある液量で平衡に達するように開閉弁を開閉制御で
きるので、液位が急激に変化することはなく、揚程変動
によるポンプの負荷変動を最小限に抑えることができる
とされている。

【０００５】第三の方法として、特開平０４−３４１３
９号公報に開示された技術による方法がある。この方法
は高架水槽を有する給水設備の複数台の揚水ポンプの駆
動制御方法として開発された技術で、高架水槽内に上下
２系統の水位検出装置を設け、上側の水位検出装置によ
って起動、停止する揚水ポンプのうち、少なくとも１台
の揚水ポンプの電動機を可変電圧可変周波数電力変換制
御（以下ＶＶＶＦ制御と略す。）することによって、水
位変動を小幅に押さえながら電動機の起動、停止回数を
大幅に削減して第一および第二の方法と同様の効果をえ
ようとする方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記第一の方法のよう
なゾーン区分け法では、排水ポンプの運転、稼働の範囲
が各ゾーンによって予め固定されており、所定の水位に
達しないと排水ポンプの稼働、停止ができない。すなわ
ち、 （ａ）流入水量が一定の場合でも流入水量とあるゾーン
内に割りつけられた排水ポンプの排水能力が等しくなる
ことは希有で、その大小関係によってあるゾーンの範囲
で水位が変動する。 （ｂ）流入水量が変化する場合、各々のゾーンの排水ポ
ンプの排水能力との間に大きな差が生じ、水位変動が更
に激しくなる。 等の理由によって排水ポンプの起動、停止回数が多くな
り、排水ポンプのモータの熱ストレスによる損傷、ある
いは排水ポンプのインペラーの損傷等の問題を生ずる。

【０００７】前記第二の方法では、 （ａ）スケール沈澱池等の貯液槽の排水作業を一台の排
水ポンプでカバーしようとするので、排水ポンプの容量
を変動する流入水の流量の最大値に合わせる必要があ
り、排水ポンプの運転費用が高価になる。 （ｂ）排水ポンプの運転費用を低下させ、排水ポンプの
起動、停止を繰り返すことによるモータ、インペラー等
の損傷を防止するために、排水ポンプの吐出管に並列に
複数の開閉弁を設け、これを開閉制御しているが、スケ
ール沈澱池の排水のように微粉スケール等の懸濁物質を
多く含む場合は、懸濁物質の開閉弁への沈着によって開
閉弁の動作不良、漏水等を生じ、メンテナンスが困難で
あり、水位制御自体、さらには排水作業自体が困難にな
る恐れがある。

【０００８】前記第三の方法は、省エネルギー、電動機
の起動、停止回数の大幅削減に関しては有効な方法であ
るが、ＶＶＶＦ制御装置自体が高価な装置であり、既設
の複数の排水ポンプにＶＶＶＦ制御装置を付設したり、
既設の複数の排水ポンプをより容量の大きな排水ポンプ
に置き換えてこれにＶＶＶＦ制御装置を付設することは
いずれも高額の投資を要することになり、この点で実施
には問題がある。

【０００９】本発明は、以上のような従来技術の現状に
かんがみてなされたものであって、第一のゾーン区分け
法を改善して、流入水量に合わせて適正な排水能力の排
水ポンプの組み合わせを選択することによって、高価な
ＶＶＶＦ制御装置等も必要とせずに、水位変化がゆるや
かになるとともに、排水ポンプおよびモータの保護のた
めに運転、停止の頻度を少なくすることのできるスケー
ル沈澱池の排水方法を提供することを課題とするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、スケールや砂
等の沈澱池に所要の最高水位および最低水位を設定し、
複数台の排水ポンプを使用する沈澱池の排水方法であっ
て、連続的に水位を測定し該水位の時間当たりの変化量
ｄｈ／ｄＴをもとめ、水位の上昇時および降下時には、
水位の時間当たりの変化量ｄｈ／ｄＴの絶対値が零以外
の最も小さい値となるように運転する排水ポンプの組み
合わせを選択して、沈澱池の水位を最高水位と最低水位
の間に維持するように排水することを特徴とする沈澱池
の排水方法である。

【００１１】

【作用】流入水量が明確で一定の場合には、排水ポンプ
の選定は簡単であるが、スケール沈澱池等の場合、雨水
や湧水、他の冷却水、水処理系統等からのオーバーフロ
ー水等も加ってその水量を正確に把握することは困難で
ある。そこで、本発明では、水位からではなく、時間当
たりの水位の変化量から適正容量の排水ポンプの組み合
わせを選択し、流入水量と排水量とをできるだけバラン
スさせることによって水位を安定に制御しながら排水す
るように構成したものである。

【００１２】すなわち、水位ｈは流入水量Ｑ、排水量
Ｑ’、沈澱池の横断面積Ｓから下記（１）式より求ま
る。 ｈ＝（Ｑ−Ｑ′）／Ｓ ・・・・・ （１） （１）式を時間Ｔで微分すると ｄｈ／ｄＴ＝（ｄＱ／ｄＴ−ｄＱ′／ｄＴ）／Ｓ ｄＱ／ｄＴ＝Ｓ（ｄｈ／ｄＴ）＋ｄＱ′／ｄＴ ・・・・・ （２） （２）式で、ｄｈ／ｄＴの値は水位の上昇時には正、水
位の降下時には負の値となるので、（ｄｈ／ｄＴ）が０
に近くなるように稼働する排水ポンプの組み合わせを選
択して運転すれば流入水量と排水量がほぼバランスする
事になる。

【００１３】但し、（ｄｈ／ｄＴ）が０になってしまう
と、設定した水位の上下限の限界付近では排水ポンプの
起動、停止が頻繁に起きる所謂ハンチング現象を引き起
こす恐れがあるので零は選択しない。ここで、図１に示
す沈澱池についてその水位制御および排水作業は次のよ
うにして実施される。

【００１４】まず、水位計１２より水位３を信号として
入力し、１３、１４の信号変換回路および微分回路で時
間当たりの水位の変化量ｄｈ／ｄＴを演算する。次に、
排水ポンプの組み合わせの選択および運転指令回路１５
で各々の排水ポンプの排水能力に基づき流入水量に合致
した稼働する排水ポンプの組み合わせを選択する。選択
方法は種々あるが、図５及び図６にその考え方の一例を
フロー図でしめした。ここで、図５は時間当たりの水位
の変化量ｄｈ／ｄＴが正の場合、すなわち水位上昇時に
運転する排水ポンプの組み合わせの選択のフロー図であ
り、図６は時間当たりの水位の変化量ｄｈ／ｄＴが負の
場合、すなわち水位降下時に運転する排水ポンプの組み
合わせの選択のフロー図である。

【００１５】図において、３段の排水ポンプもしくは３
種の排水ポンプの組み合わせがそれぞれＰ_A 、Ｐ_B 、Ｐ
_C の排水能力を持つものでＰ_A ＞Ｐ_B ＞Ｐ_C とする。流
入水量が０である場合の上記の各々排水ポンプもしくは
各々の排水ポンプの組み合わせのそれぞれの運転に伴う
単位時間当たりの水位変化（降下）量は、沈澱池の横断
面積をＳとするとそれぞれＰ_A ／Ｓ、Ｐ_B ／Ｓ、Ｐ_C ／
Ｓとなり、これをｈ_A、ｈ_B 、ｈ_C とする。当然ｈ_A ＞
ｈ_B ＞ｈ_C となる。

【００１６】いま、時間当たりの水位変化量ｄｈ／ｄＴ
が正の場合、すなわち水位上昇時には図５に示すように
ｄｈ／ｄＴと前記ｈ_A 、ｈ_B 、ｈ_C との大小関係を大き
な方から比較していく。例えばｄｈ／ｄＴ＞ｈ_A ならば
ポンプまたはポンプ群Ｐ_A を選択運転してやればｄｈ／
ｄＴ−ｈ_A は０でない最も小さい値となり、水位上昇速
度は最も緩やかになる。また、仮にｄｈ／ｄＴ＞ｈ_A で
ない場合、即ち、ｄｈ／ｄＴ＜＝ｈ_A ならばｄｈ／ｄＴ
−ｈ_A ＜＝０となり、水位変化速度が０となって所定の
最高水位付近で排水ポンプのハンチングを起こす恐れが
あるか、水位変化速度が負となって水位が最高水位に達
する以前に下降しはじめるので水位変動幅が小さくな
り、その結果ポンプの起動・停止頻度が必要以上に多く
なるのでポンプまたはポンプ群Ｐ_A を選択運転しない
で、次に、ｈ_A の次に大きなｈ_B とｄｈ／ｄＴを比較し
てその大小関係から上記と同じ判断基準で以後のステッ
プに進む。なお、ｈ_A 、ｈ_B 、ｈ_C の中で最も小さいｈ
_C とｄｈ／ｄＴとの大小関係の比較において、ｄｈ／ｄ
Ｔ＞ｈ_C でなくｄｈ／ｄＴ＜＝ｈ_C 、言い換えればｄｈ
／ｄＴ−ｈ_C ＜＝０の場合、水位が上限になければポン
プまたはポンプ群Ｐ_C を運転しないが、水位が上限に来
たときはポンプまたはポンプ群Ｐ_C を運転して水位が上
限を超えないようにする。

【００１７】次に時間当たりの水位変化量ｄｈ／ｄＴが
負の場合、即ち水位下降時には図６に示すようにｄｈ／
ｄＴの絶対値｜ｄｈ／ｄＴ｜と前記ｈ_A 、ｈ_B 、ｈ_C と
の大小関係を大きな方から比較して行く。例えば｜ｄｈ
／ｄＴ｜＞ｈ_A すなわち−ｄｈ／ｄＴ＞ｈ_A ならば、ポ
ンプまたはポンプ群Ｐ_A を選択停止してやれば０＞ｄｈ
／ｄＴ＋ｈ_A 、即ちその後の水位変化速度ｄｈ／ｄＴ＋
ｈ_A は０でない最も小さい負の値となり、水位下降速度
は最も緩やかになる。また仮に｜ｄｈ／ｄＴ｜＞ｈ_A で
ない場合、言い換えれば−ｄｈ／ｄＴ＞ｈ_A でない場合
０＜＝ｄｈ／ｄＴ＋ｈ_A となり、水位変化速度が０とな
って所定の最低水位付近で排水ポンプのハンチングを起
こす恐れがあるか、水位変化速度が正となって水位が最
低水位に達する以前に上昇しはじめるので水位変動幅が
小さくなり、その結果、ポンプの起動・停止頻度が必要
以上に多くなるのでポンプまたはポンプ群Ｐ_A を選択停
止することなく、次に、ｈ_A の次に大きなｈ_B と｜ｄｈ
／ｄＴ｜とを比較してその大小関係から上記と同じ判断
基準で以後のステップに進む。なお、ｈ_A 、ｈ_B 、ｈ_C
の中で最も小さいｈ_C と｜ｄｈ／ｄＴ｜との大小関係の
比較において｜ｄｈ／ｄＴ｜＞ｈ_C でなく−ｄｈ／ｄＴ
＜＝ｈ_C 、言い換えれば０＜＝ｄｈ／ｄＴ＋ｈ_C の場
合、水位が下限になければポンプまたはポンプ群Ｐ_C を
停止しないが、水位が下限に来た時はポンプまたはポン
プ群Ｐ_C を停止して水位が下限より下に下降しないよう
にする。

【００１８】以上のように流入水量Ｑに合わせて運転す
る排水ポンプの組み合わせを適正に選択することが可能
となるので、水位変化が極めて緩やかになり、その結
果、排水ポンプの起動、停止の回数も従来法に比べて大
幅に削減することが可能となる。

【００１９】

【実施例１】本発明にかかる排水方法を熱間圧延工場の
スケール沈澱池の排水作業に適用した場合について説明
する。使用した装置は図１に示した装置で、１は流入水
（ロール冷却水等）、２は流入水（雨水、漏水等）、３
は水位、４はスケール沈澱池、５〜１１は排水ポンプ、
１２は水位計、１３は信号変換回路、１４は微分回路、
１５は運転する排水ポンプの組み合わせの選択および運
転指令回路である。

【００２０】以上の装置を用いて、流入水量が１１，０
００ｍ³ ／Ｈの場合について本発明の排水法にしたがっ
て運転する排水ポンプの組み合わせを選択し、実施例１
とした。このときの水位の設定条件は、最高水位４．７
ｍ、最低水位４．３ｍ、管理水位の幅（Ｐ）＝０．４と
した。

【００２１】次いで、同一の流入水量で、かつ同一の水
位の設定条件で、図４にしめす従来のゾーン区分法によ
る排水作業をおこない、比較例１とした。なお、比較例
１はＣゾーンにおけるゾーン区分け法によって排水作業
を進めた。また、比較例１での最高水位および最低水位
はＣゾーンの上限値および下限値とした。

【００２２】このときの結果をまとめて表１に、また実
施例１および比較例１での時間に対する水位の１〜数サ
イクルでの変化を示す線図を図２に示した。なお、図２
で実線は実施例１を、点線は比較例１を示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１での計算基準は次の通りである。 ｄｈ／ｄＴ＝（Ｑ−Ｑ′）／（Ｓ×１００×６０） Ｔ_U ＝（Ｐ×１００）／（ｄｈ／ｄＴ） Ｔ_D ＝（Ｐ×１００）／（ｄｈ／ｄＴ） Ｔ_T ＝Ｔ_U ＋Ｔ_D Ｄ ＝（２４×６０）／Ｔ_T 但し ｄｈ／ｄＴ：時間当たりの水位の変化量 Ｑ ：流入水量（ｍ³ ／Ｈ） Ｑ′：排水量、すなわち組み合わせた排水ポンプの合計
の排水量（ｍ³ ／Ｈ） Ｓ ：スケール沈澱池の底面積（３１０ｍ² ） Ｐ ：管理水位の幅（ｍ）（＝設定最高水位−設定最低
水位） Ｔ_U ：水位が管理水位の幅Ｐだけ上昇するのに要する時
間（分） Ｔ_D ：水位が管理水位の幅Ｐだけ降下するのに要する時
間（分） Ｔ_T ：水位の上昇、降下の１サイクルの所要時間（分） Ｄ ：１日当たりの排水ポンプの起動、停止回数（回／
日） ○ ：稼働する排水ポンプ × ：停止する排水ポンプ なお、各排水ポンプの排水容量の次の（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）および（Ｄ）は、従来法の各ゾーン名を示す。

【００２５】表１および図２から明らかなように、本発
明の排水方法によると、１日当たりの排水ポンプの起
動、停止回数Ｄを従来法の約１／４に低下することがで
き、排水ポンプおよびモータの保護に大きな効果を発揮
することが分かる。

【００２６】

【実施例２】流入水量Ｑが８，０００ｍ³ ／Ｈの場合に
ついて、実施例１と同様の設備を使用して本発明の排水
法にしたがって稼働する排水ポンプの組み合わせを選択
し、実施例２とした。このときの水位の設定条件は、最
高水位４．３ｍ、最低水位４．０ｍ、管理水位の幅
（Ｐ）＝０．３とした。

【００２７】次いで、同一の流入水量Ｑおよび同一の水
位の設定条件で、図４にしめす従来のゾーン区分け法
（Ｄゾーンによる。）による排水ポンプ配置によって排
水作業をおこない、比較例２とした。このときの結果を
まとめて表１に、また実施例２および比較例２での時間
に対する水位の１〜数サイクルでの変化を示す線図を図
３に示した。なお、図２で実線は実施例２を、点線は比
較例２を示す。

【００２８】表１の計算基準等は実施例１と全く同様で
ある。表１および図３から明らかなように、本発明の排
水方法によると、１日当たりの排水ポンプの起動、停止
回数Ｄを従来法の約１／１０以下に低下することがで
き、排水ポンプおよびモータの保護に大きな効果を発揮
することが分かる。さらに、比較例１および２では、流
入水量Ｑ（それぞれ11,000m³/Hr および 8,000m³/Hr ）
と図４のように割り当てられた排水ポンプの排水能力と
のバランス上、それぞれＣゾーンおよびＤゾーンでの水
位変動となるのに対して、本発明の排水方法では、例え
ば最低水位を4.0 ｍ（Ｄゾーン下限）、最高水位を5.0
ｍ（Ｂゾーン上限）とし管理水位の幅Ｐを例えば１ｍに
設定することも可能となるので、その場合は本発明の効
果は一層大きくなる。

【００２９】すなわち、Ｐを１．０ｍとした場合、１サ
イクルの上昇、降下の所要時間Ｔ_T（分）は流入水量が
１１，０００ｍ³ ／Ｈの場合および８，０００ｍ³ ／Ｈ
の場合、ともに約１５５分となり１日当たりの排水ポン
プの起動、停止回数Ｄは約９．３回／日とさらに大幅に
低下することが可能となる。

【００３０】

【発明の効果】以上、本発明の排水方法によるときは、
水位変化がゆるやかになるとともに、排水ポンプおよび
モータの保護のために、その起動、停止の回数も従来法
に比べて大幅に削減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で使用した装置の排水ポンプ等の配置を
示す概略構成図である。

【図２】実施例１および比較例１での時間に対する水位
の上昇、降下の１〜数サイクルでの変化を示す線図であ
る。

【図３】実施例２および比較例２での時間に対する水位
の上昇、降下の１〜数サイクルでの変化を示す線図であ
る。

【図４】従来のゾーン区分け法でのゾーン区分および排
水ポンプ等の割り付けを示す概略構成図である。

【図５】時間当たりの水位の変化量ｄｈ／ｄＴが正の場
合、すなわち水位が上昇時の運転する排水ポンプの組み
合わせの選択のフロー図の１例である。

【図６】時間当たりの水位の変化量ｄｈ／ｄＴが負の場
合、すなわち水位が降下時の運転する排水ポンプの組み
合わせの選択のフロー図の１例である。

【図７】従来のゾーン区分け法でのゾーン区分および排
水ポンプの運転状況を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ 流入水（ロール冷却水等） ２ 流入水（雨水、漏水等） ３ 水位 ４ スケール沈澱池 ５ 排水ポンプ（１，５００ｍ³ ／Ｈ） ６ 排水ポンプ（３，２００ｍ³ ／Ｈ） ７ 排水ポンプ（１，５００ｍ³ ／Ｈ） ８ 排水ポンプ（１，５００ｍ³ ／Ｈ） ９ 排水ポンプ（２，５００ｍ³ ／Ｈ） １０ 排水ポンプ（２，５００ｍ³ ／Ｈ） １１ 排水ポンプ（２，５００ｍ³ ／Ｈ） １２ 水位計 １３ 信号変換回路 １４ 微分回路 １５ 稼働する排水ポンプの組み合わせの選択および
運転指令回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スケールや砂等の沈澱池に所要の最高水
   位および最低水位を設定し、複数台の排水ポンプを使用
   する沈澱池の排水方法であって、連続的に水位を測定し
   該水位の時間当たりの変化量（ｄｈ／ｄＴ）をもとめ、
   該水位の上昇時および降下時には、水位の時間当たりの
   変化量（ｄｈ／ｄＴ）の絶対値が零以外の最も小さい値
   となるように運転する排水ポンプの組み合わせを選択し
   て、沈澱池の水位を最高水位と最低水位の間に維持する
   ように排水することを特徴とする沈澱池の排水方法。