استفاده از پمپ‌های غوطه‌ور عمودی (Vertical Submersible Pumps) برای استخراج آب‌های شور (Brackish) و لب‌شور از منابع زیرزمینی و دریاچه‌ها، به دلیل نیاز روزافزون به منابع آبی جایگزین در کشاورزی و صنعت، اهمیتی حیاتی یافته است. با این حال، ماهیت خورنده و ساینده این نوع آب‌ها، چالش‌های فنی و موادشناسی ویژه‌ای را برای عملکرد و طول عمر این پمپ‌ها ایجاد می‌کند.
۱. تعریف و مزایای پمپ‌های غوطه‌ور عمودی
پمپ‌های غوطه‌ور عمودی، پمپ‌های سانتریفیوژ چندمرحله‌ای هستند که در آب غوطه‌ور شده و به صورت عمودی نصب می‌شوند. این پمپ‌ها موتور و پمپ را در یک محفظه مشترک دارند که به صورت کاملاً آب‌بندی شده عمل می‌کند.
مزایای اصلی برای آب شور
- حذف کاویتاسیون: از آنجا که پمپ کاملاً زیر آب قرار دارد، فشار مثبت مکش خالص (Net Positive Suction Head - NPSH) به صورت طبیعی تأمین می‌شود و خطر پدیده کاویتیشن (حباب‌زایی مخرب) به صفر می‌رسد.
- بهره‌وری انرژی بالا: طراحی چندمرحله‌ای برای تولید هد (ارتفاع) بالا در دبی‌های مشخص، بهینگی انرژی را برای چاه‌های عمیق تضمین می‌کند.
- کاهش نویز و فضا: نصب زیر آب، نویز عملکرد را کاملاً حذف کرده و نیاز به فضای اتاق پمپ روی زمین را از بین می‌برد.
۲. چالش‌های فنی و موادشناسی آب‌های شور
آب‌های شور و لب‌شور، آبی هستند که غلظت نمک آن‌ها بیشتر از آب شیرین و کمتر از آب دریا است (معمولاً بین 0.5 تا 30 گرم در لیتر).
الف) خوردگی (Corrosion)
اصلی‌ترین تهدید، خوردگی است. یون‌های کلرید (Cl^-) موجود در آب شور، به‌ویژه در ترکیب با اکسیژن محلول و دماهای بالاتر، فرآیند خوردگی را تسریع می‌کنند:
- خوردگی حفره‌ای (Pitting Corrosion): ایجاد گودال‌های کوچک و عمیق در سطح فلزات، به‌ویژه فولادهای ضدزنگ معمولی.
- خوردگی شکافی (Crevice Corrosion): خوردگی شدید در نواحی اتصال قطعات، مانند زیر پیچ‌ها و واشرها.
- خوردگی گالوانیکی: هنگام استفاده از دو فلز با پتانسیل الکتریکی متفاوت در کنار هم.
ب) سایش (Abrasion) و رسوب (Scaling)
- سایش: آب‌های زیرزمینی اغلب حاوی ذرات جامد و شن هستند. این ذرات به همراه نمک‌ها، سایش پروانه‌ها و دیفیوزرهای پمپ را تسریع کرده و راندمان را کاهش می‌دهند.
- رسوب‌گذاری: در صورت وجود یون‌های کلسیم (Ca^2+) و منیزیم (Mg^2+) بالا، رسوبات سخت کربناتی (مانند CaCO_3) روی پروانه‌ها و جداره پمپ تشکیل شده و عملکرد هیدرولیکی را مختل می‌کنند.
۳. راهکارهای مقابله: انتخاب مواد و طراحی
برای تضمین طول عمر پمپ در برابر آب شور، راهکارهای مهندسی زیر حیاتی هستند:
الف) انتخاب مواد مقاوم به خوردگی
انتخاب مواد باید بر اساس میزان شوری آب (TDS یا غلظت کلرید) صورت گیرد:
نوع شوری | فولاد ضدزنگ پیشنهادی | کاربرد |
آب لب‌شور ضعیف | 316L Stainless Steel | شوری پایین (زیر 5000 ppm کلرید)، مقاومت بالاتر نسبت به 304. |
آب لب‌شور متوسط | Duplex Stainless Steel | شوری متوسط تا بالا. استحکام مکانیکی و مقاومت به خوردگی حفره‌ای بسیار بالا. |
آب شور/دریا | Super Duplex (SDSS) یا Super Austenitic (SMO 254) | مقاومت عالی در محیط‌های با غلظت بالای کلرید و دمای بالا. |
نکته: در محیط‌های بسیار خورنده، از آلیاژهای پیشرفته‌تر نیکل و تیتانیوم نیز می‌توان استفاده کرد، اما هزینه آن‌ها به شدت افزایش می‌یابد.
ب) بهبود طراحی در برابر سایش و رسوب
- پروانه‌های مقاوم در برابر سایش: استفاده از مواد سخت‌تر مانند چدن مقاوم به سایش یا پوشش‌های سرامیکی روی پروانه‌ها.
- استفاده از فیلترهای ورودی: نصب فیلترهای مکش برای جلوگیری از ورود ذرات بزرگ شن و ماسه به پمپ.
- سیستم‌های کنترل رسوب: در صورت رسوب‌گذاری شدید، گاهی از روش‌های تزریق دوره‌ای مواد شیمیایی (اسیدهای ملایم) برای جلوگیری از تجمع رسوبات استفاده می‌شود.
۴. ملاحظات اقتصادی و فنی نهایی
تصمیم‌گیری برای استفاده از پمپ‌های غوطه‌ور در آب‌های شور باید بر اساس یک تحلیل هزینه چرخه عمر (Life Cycle Costing - LCC) باشد.
- هزینه اولیه بالا: قیمت پمپ‌های ساخته‌شده از آلیاژهای Duplex یا SMO به طور قابل توجهی بالاتر از پمپ‌های استاندارد است.
- LCC بهینه: با این حال، طول عمر طولانی‌تر این پمپ‌ها، کاهش زمان توقف کار (Down Time) و پایین بودن هزینه‌های تعمیر و نگهداری، اغلب هزینه کل چرخه عمر را نسبت به پمپ‌های استاندارد ارزان‌تر می‌کند.
- الزامات نصب و نگهداری: نگهداری از کابل‌های برق غوطه‌ور و آب‌بندی موتور در برابر نفوذ آب شور نیز باید با دقت بیشتری انجام شود تا از خرابی‌های ناگهانی جلوگیری شود.
