Схемы и системы водоснабжения промышленных предприятий. Схемы водоснабжения промышленных предприятий
К атегория: Водоснабжение и канализация
Схемы водоснабжения промышленных предприятий
Схемы водоснабжения промышленных предприятий могут быть весьма разнообразны.
На промышленных предприятиях, как уже указывалось, чаще всего устраивают отдельные производственный и хозяйственно-противопожарный водопроводы.
Если при промышленном предприятии имеется рабочий поселок, то, как правило, одна система хозяйственно-противопожарного водоснабжения обслуживает как промышленное предприятие, так и поселок. При близком расположении двух или более предприятий друг к другу целесообразно устраивать общий хозяйственно-противопожарный водопровод, обслуживающий все предприятия с поселками.
Применяемые в подобных случаях схемы хозяйственно-противопожарного водоснабжения принципиально ничем не отличаются от рассмотренных схем для населенных пунктов. Видоизменения, вносимые в схемы в зависимости от местных условий, касаются только частностей.
В промышленных районах иногда устраивают районные системы хозяйственно-питьевого водоснабжения, обслуживающие ряд промышленных предприятий и населенных пунктов.
Устройству районных систем водоснабжения благоприятствуют особые условия нашего социалистического хозяйства, позволяющие кооперировать водоснабжение ряда предприятий на основе их взаимной выгоды. В районных системах водоснабжения вместо отдельных сооружений для каждого предприятия устраивают общие, районные, сооружения: водозаборные сооружения, насосные станции, очистные станции, водоводы и др. Это значительно уменьшает строительную стоимость сооружений и стоимость их эксплуатации. Регулирование в государственном порядке использования водных источников для районного водоснабжения обеспечивает наилучший народнохозяйственный эффект такого использования и надежное снабжение водой всех кооперированных предприятий. Примерами районных систем являются водопроводы в Донбассе, в Сталинском, Тульском и Других районах.
Промышленные предприятия, расположенные в городах, чаще всего снабжаются хозяйственно-питьевой водой из городского водопровода. В большинстве случаев хозяйственно-питьевой водопровод предприятия, получающий воду из городского водопровода, является одновременно и противопожарным. Если мощность городского водопровода не обеспечивает получение из него воды для тушения пожара в требуемом количестве и с требуемым напором, то на территории промышленного предприятия устраиваются резервуары для хранения запаса воды и насосная станция для повышения напора воды при тушении пожара.
Производственное водоснабжение устраивают обособленное для одного предприятия или для группы предприятий, расположенных поблизости.
Следует стремиться к устройству группового водоснабжения.
Принципиально схема производственного водоснабжения не отличается от рассмотренных схем хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Во многих случаях в общезаводскую систему входит ряд отдельных систем водопровода, предназначенных для обслуживания потребителей, предъявляющих разные требования в отношении напора или качества воды. Сами по себе эти отдельные системы обычно просты, но общий их комплекс может быть весьма сложным.
Рис. 1. Схема прямоточного водоснабжения промышленного предприятия
В качестве примера на рис. 1 приведена одна из возможных схем производственного водоснабжения. Особенностью этой схемы является наличие двух обособленных сетей - низкого давления и высокого давления. Вода низкого давления (2 ат) подается только в цехи Л и 5, а ко всем остальным цехам поступает вода высокого давления (4 ат). Общая для обеих сетей насосная станция совмещена с водозаборным сооружением, на ней установлены две группы насосов - высокого и низкого давления. На сети высокого давления имеется водонапорная башня. На сети низкого давления водонапорной башни нет, так как вода расходуется равномерно (на охлаждение производственного оборудования). В данном случае отдельные сети высокого и низкого давления приняты потому, что вода низкого давления расходуется в значительно большем количестве по сразнению с водой высокого давления. Поэтому подавать всю воду под повышенным давлением было бы экономически невыгодно, тем более, что потребители воды низкого давления (цехи Л и Б) расположены неподалеку от насосной станции I подъема и протяжение (а следовательно, и стоимость) отдельной сети низкого давления невелико.
Отработавшая в производстве вода отводится самотеком через водосточную сеть (показана пунктиром) в тот же водоем, ниже по течению. Такое водоснабжение называется прямоточным.
Рис. 2. Схема оборотного водоснабжения промышленного предприятия
Имеются такие производства, в которых используемая ими вода не загрязняется. Так, например, на металлургических заводах основная масса воды расходуется на охлаждение металлургических печей (доменных, мартеновских, нагревательных прокатных) и оборудования, причем она проходит закрытые охладительные устройства. На химических и нефтеперерабатывающих заводах много воды расходуется на охлаждение жидких и газообразных продуктов производства в теплообменных аппаратах, т.е. вода также не соприкасается с охлаждаемым продуктом. На тепловых электростанциях почти вся подаваемая им вода расходуется на охлаждение пара в конденсаторах, где она протекает по трубкам небольшого диаметра, омываемым паром.
В таких случаях в целях уменьшения количества воды, получаемой из источника, часто устраивают оборотное водоснабжение, при котором отработавшая вода не сбрасывается в водоем, а вновь подается на производство для тех же целей после охлаждения ее на охлаждающих сооружениях. При этом из источника подают в систему оборотного водоснабжения только очень небольшое количество (3-5%) так называемой «свежей» воды для пополнения потерь из системы.
Схема оборотного водоснабжения показана на рис. 2. Отработавшая в цехе А нагретая вода по трубопроводу (называемому обратным) поступает самотеком к насосной станции. Насосами одной группы вода подается для охлаждения на охлаждающее сооружение (брызгальный бассейн или градирню) по напорному трубопроводу. Охлажденная вода по самотечному каналу 6 вновь поступает к насосной станции и насосами другой группы подается на производство по напорным трубопроводам.
Рис. 3. Схема водоснабжения с охлаждением воды в пруде 1 - охлаждающий пруд; 2 - плотина; 3 - водозаборное сооружение и насосная станция; 4 - территория промышленного предприятия; 5- водоводы; 6 - водопроводная сеть; 7 - водоотводящая сеть
Свежая вода обычно подается в резервуар охлаждающего сооружения (трубопровод), но она может подаваться и в другую точку оборотной системы, например, в приемную камеру, из которой забирают воду насосы.
Устройство оборотного водоснабжения вместо прямоточного обычно бывает целесообразным:
а) если площадка промышленного предприятия расположена значительно выше уровня воды в источнике; в этом случае при устройстве оборотного водоснабжения основная экономия получается в расходе электроэнергии, так как из источника нужно поднимать не всю воду, расходуемую в производстве, а только небольшую ее часть - свежую воду;
б) если промышленное предприятие находится на большом расстоянии от источника водоснабжения; в этом случае, помимо экономии электроэнергии, получается значительная экономия в строительной стоимости, так как водовод от источника водоснабжения до площадки промышленного предприятия, рассчитанный на подачу только свежей воды, имеет значительно меньший диаметр;
в) если воды в источнике не хватает для прямоточного водоснабжения даже при устройстве водохранилища; в этом случае оборотное водоснабжение является единственным решением независимо от экономических соображений.
Оборотным называют и такое водоснабжение, когда отработавшая вода охлаждается не на искусственных охлаждающих сооружениях, а в пруде (за счет поверхностного охлаждения), образуемом на реке водоподъемной плотиной (рис. г
г). В этом случае отработавшая вода поступает в пруд самотеком, а охлажденная вода подается на производство насосной станцией.
Оборотное водоснабжение может быть устроено и в том случае, когда вода в процессе производства загрязняется, но после простейшей очистки, например после отстаивания, может быть снова использована для этого же производства. Если вода, кроме того, в процессе производства нагревается, то после отстаивания она должна быть охлаждена и затем направлена на производство.
В некоторых случаях на промышленных предприятиях может быть применено последовательное водоснабжение, при котором вода, отработавшая в одном каком-либо цехе, используется последовательно в другом цехе (а иногда даже и в третьем) и только после этого сбрасывается в водосток или в канализационную сеть.
Очень часты случаи использования отработавшей воды для гидравлического транспортирования шлака и золы (для гидрозолоудаления) от энергетических установок.
При большом количестве и сосредоточенном в одном месте выпуске отработавшей воды возможно использование ее для приведения в действие турбинной установки. При благоприятных местных условиях таким путем можно получить энергетическую мощность, исчисляемую десятками и даже сотнями киловатт.
Водопроводные сети и сооружения наносят на генеральный план промышленного предприятия. При сложных системах водоснабжения, помимо такого плана, целесообразно для наглядности составлять еще балансовую схему водоснабжения. На этой схеме потоки воды изображают в виде эпюр, выполненных в каком-либо масштабе, пропорциональном количествам протекающей воды. Схема получается еще нагляднее, если эпюры потоков воды разного качества (свежей, нагретой, загрязненной и др.) изображены разным цветом или разной штриховкой.
Рис. 4. Балансовая схема оборотного водоснабжения завода черной металлургии 1 - свежая иода; 2 - отработавшая чистая нагретая; 3 - охлажденная; 4 - отработавшая загрязненная; 5 - отработавшая загрязненная и нагретая; 6 - осветленная; 7 - нагретая осветленная; 8 - осветленная и охлажденная; 9 - безвозвратные потери в производстве; 10 - потери в охладительных сооружениях и отстойниках
Для примера на рис. 4 приведена балансовая схема оборотного водоснабжения завода черной металлургии. На эпюрах желательно проставлять расходы воды в л/сек или м3/час. На приведенной схеме этого не сделано, чтобы не загромождать рисунок.
Схемы водоснабжения промышленных предприятий
Для крупных промышленных предприятий, которые могут использовать неочищенную воду, обычно устраивают самостоятельные производственные водопроводы. Иногда такие водопроводы устраивают для группы предприятий, расположенных в одном районе города.
Вода используется в большинстве производственных процессов. Использование воды может быть сведено к следующим основным группам: охлаждение, промывка, парообразование, гидротранспорт, использование в составе выпускаемой продукции.
К качеству воды указанных групп водопотребления предъявляют самые разнообразные требования. Вода для охлаждения должна быть маложесткой, мало мутной (ниже 50 мг/л), не обладать коррозийными свойствами: для питания котлов должна быть обессоленной; для промывки не должны содержать солей, влияющих на качество продукта. Режим расходования воды на производственные нужды определяется режимом работы промышленного предприятия.
Промышленное водоснабжение имеет ряд особенностей. Основная особенность заключается в том, что использованная вода, если она не загрязняется или может быть легко очищена от загрязнений, во многих случаях не сбрасывается в водоем, а снова используется в производстве.
Системы производственного водоснабжения также различают по способу использования воды:
1. Система прямоточного водоснабжения, которая предусматривает подачу воды к потребителям и сброс ее в водоем после использования, т. е. эта система с однократным использованием воды. Если вода загрязняется в производстве, то перед выпуском ее в водоем она очищается на очистных сооружениях.
Прямоточное водоснабжение применяется в тех случаях, когда источник водоснабжения расположен вблизи предприятия (не более 2-3 км) и высота расположения площадки предприятия над уровнем источника невелика (15-20 км).
2. Оборотная система водоснабжения – вода, нагретая в производстве, охлаждается на охладительных сооружениях и вновь используется для тех же целей. Если вода загрязняется в процессе производства, то ее очищают. При очистке и охлаждении воды некоторое количество ее теряется. Потери в оборотной системе составляют обычно 3-5 % от общего количества используемой воды. Это потери восполняются из источника водоснабжения.
Благодаря устройству оборотных систем водоснабжения можно значительно уменьшить сброс в водоем загрязненных промышленных сточных вод и тем самым уменьшить загрязнение водоемов.
3 Системы повторного (последовательного) использования воды, когда вода, использованная в одном производстве, используется повторно в других производствах.
При этой системе водоснабжения уменьшается количество воды, подаваемой из источника по сравнению с прямоточным водоснабжением.
Рисунок 18 - Схема оборотного водоснабжения
На рисунке 18 представлена схема оборотного водоснабжения для двух групп цехов при различных качествах сбросной воды. В этих условиях устраивают изолированные отсеки охлаждающих устройств А и Б, отдельные группы насосов и отдельные подающие водоводы.
Рисунок 19 - Схема оборотного водоснабжения
На рисунке 19 представлена схема оборотного водоснабжения, при которой цехи одной группы сбрасывают воду, требующие дополнительного осветления в отстойниках. После охлаждения вода подается в цеха единой системой водоводов.
На рисунке 20 представлена система последовательного использования воды, когда ее качество допускает использование в других цехах. Ряд передовых предприятий, применяя комбинированные схемы (прямоточно-последовательные, оборотные и оборотно-последовательные), совершенно прекратили спуск в водоем загрязненных сточных вод.
Рисунок 20 – Схема последовательного использования воды
На рисунке 21 представлена одна из таких комбинированных схем. Вода из оборотного цикла А после охлаждения частично используется для группы других потребителей Б, т. е. имеет место комбинация оборотного водоснабжения и последовательного использования воды.Иногда система производственного водоснабжения значительно усложняется тем, что отдельные потребители предъявляют различные требования к качеству воды, для отдельных цехов требуются разные давления в сетях. Тогда на территории предприятия устраивают несколько систем водоснабжения с водой разного качества и разных напоров.
Рисунок 21 – Комбинированная схема
Основная цель разобранных схем производств водоснабжения - значительное сокращение потребления (расхода) воды источника и снижения затрат на водоснабжение.
Режимы работы систем водоснабжения
Связь между отдельными элементами водопровода
После того, как принят режим водопотребления, должен быть установлен и режим работы отдельных сооружений водопровода. Все эти сооружения должны быть рассчитаны на работу в сутки максимального водопотребления.
Проследим связь между режимом отдельных элементов водопровода на примере схемы городского водопровода, приведенной на рисунке 22. Пусть режим расходования воды городом в течение суток задан графиком водопотребления согласно ниже приведенному рисунку.
В этом случае водопроводная сеть подает воду непосредственно к водоразборным устройствам. Следовательно, режим работы сети в целом определяется режимом водоразбора и может характеризоваться тем же графиком водопотребления.
В рассматриваемой системе вода подается в сеть насосной станцией II-го подъема. График работы этой станции назначается в зависимости от принятого графика водопотребления и, по возможности, к нему приближается.
На насосной станции II-го подъема установлены два насосных агрегата. Первый работает с 0 до 4 час., подавая за час 2,5 % суточного расхода. Второй насосный агрегат вступает в работу в 4 часа и работает вместе с первым до 24 часа и оба насоса за час 4,5 % суточного расхода. За сутки насосы подают необходимые городу количество воды, т. к. %. При подаче воды насосами количество поданной воды не будет совпадать с количеством израсходованной (см. график).
Рисунок 22 –График суточного водопотребления для среднего города
При рассмотрении совмещенных графиков подачи и потребления воды легко уяснить роль водонапорной башни. В часы, когда подача воды насосами превышает потребление ее городом, избыток воды подается в башню. В часы, когда потребление превышает подачу, недостающее количество воды наполняется из башни.
Следовательно, водонапорная башня компенсирует несовпадение режимов подачи и потребления воды в отдельные часы суток, накапливая избыток подаваемой воды в одни часы и пополняя недостаток в другие. Для уменьшения требующей регулирующей емкости бака стремятся приблизить кривую подачи воды к кривой потребления. Достичь этого можно увеличением ступеней графика подачи, однако это вызывает увеличение числа агрегатов насосной станции, т. е. удорожание и усложнение эксплуатации. В современных водопроводах, имеющих водонапорные башни, число ступеней графика работы насосных станций II-го подъема колеблется от одной (для малых водопроводов) до трех (для средних). Для крупных водопроводов количество ступеней значительно увеличивается и поэтому в настоящее время в крупных водопроводах от строительства башен отказываются.
Большинство производственных водопроводов имеют равномерные водопотребление в течение суток, поэтому устройство водонапорной башни не требуется (как регулирующей емкости).
После того как принят график водопотребления и в соответствии и с ним намечен график работы станции II-го подъема, определяют режим работы всех элементов водопровода, связанных непосредственно с наносной станцией.
Расчетные напоры в водопроводной сети
Насосные станции II-го подъема должны подавать воду потребителям не только в требуемом количестве, но и под определенным напором. Разбор воды большинством потребителей происходит на некоторой высоте над поверхностью земли, поэтому в водопроводной сети должно быть обеспечено давление, необходимое для подъема воды на эту высоту. Так, для подачи воды в верхние этажи здания в водопроводной сети необходимо иметь внутреннее давление, достаточное для подъема и соответствующего излива воды в наивысшей водоразборной точке, т. е. пьезометрическая высота в точке ответвления от городской сети должна равняться сумме геометрической высоты подъема и суммарной потери напора на пути движения воды. Пьезометрическая высота, требуемая для нормальной хозяйственной деятельности водопровода, обычно называется свободным хозяйственным напором в кН/м 2 , который равен
;
,
(63)
где
- геометрическая высота расположения
над поверхностью земли наивысшей
водоразборной точки, м;
- свободный напор
излива, который необходимо обеспечить
у водоразборных приборов, м;
- потери напора в
трубах, фасонных частях, арматуре, на
участке от точки присоединения к линии
городской сети до водоразборной точки,
м;
- внутреннее
давление в трубе, кгс/м 2 ;
- удельный вес
воды, кгс/м 3 .
При расчете
водопровода величину
принимают различной для отдельных
районов в зависимости от расчетной
этажности их застройки. Так СНиП
рекомендует следующие величиныв сети водопровода населенных мест:
при одноэтажной
застройке
м
(0,098 МН/м 2);
при двухэтажной
застройке
м
(0,118 МН/м 2);
при большей этажности необходимо прибавлять по 0,039 МН/м 2 (4 м) на каждый следующий этаж.
Изобразим вертикальный продольный разрез системы водоснабжения и покажем положения пьезометрических линий для момента минимального водоразбора для населенного пункта.
Рисунок 23 – Вертикальный продольный разрез системы водоснабжения
Из рисунка наглядно видно, что наиболее неблагоприятно расположенными в отношении напора оказываются точки, дальше всего отстоящие от напорной башни. В этих точках самые низкие пьезометрические отметки вследствие падения давления напора на пути от насосной станции II-го подъема до этих конечных точек. Вместе с тем, чем меньше геодезическая отметка точки, тем больше величина располагаемого свободного напора.
Для определения величины расчетного напора, который необходимо создать в начале сети, наиболее неблагоприятную как в отношении ее геодезической отметки, так и в отношении ее удаленности от источника питания. На рисунке такой критической точкой будет точка а, наиболее высшая из конечных точек сети. Пьезометрическая линия, характеризующая падение напора в сети в часы максимального водоразбора, показана схематически в виде сплошной линии.
Связь между напорами в отдельных характерных точках системы:
где
- соответственно геодезическая отметка
и расчетная высота башни;
- геодезическая
отметка критической точки;
- потери напора на
участке от башни до критической точки.
Водонапорную башню следует стремиться располагать на высоких отметках. Если в результате расчета получится, что высота башни равна нулю, то вместо башни устраивают резервуар, расположенный на поверхности земли.
На вышеприведенном рисунке показано расчетное положение пьезометрической линии, определяющей величину напора насосов.
Конечная точка пьезометрической линии располагается на высоте максимального уровня воды в баке башни. При этом величина потери напора в водоводе должна соответствовать максимальному количеству воды, подаваемой насосами по графику работы насосной станции.
Напор, создаваемый насосами (без учета высоты всасывания и потерь на всасывание):
где
- отметка оси насоса, м;
- расчетная высота
бака башни, м;
- потери напора в
водоводе, м.
Аналогичным образом устанавливают зависимость между напором, создаваемым насосами I-го подъема, и свободным напором, который необходимо создать у очистных сооружений.
Особенности режимов работы системы водоснабжения при тушении
пожара
В целях повышения надежности при проектировании водопроводов их рассчитывают в предположении, что пожар происходит в часы максимального водоразбора (водопотребления), в наиболее высоких и в наиболее удаленных от источников питания точках территории.
По способу тушения пожара водопроводы разделяют на высокого и низкого давления. Первая система (обычно применяется на промышленных объектах) предусматривает подачу воды к месту тушения пожара пожарного расхода воды (установленного нормами) и повышение давления в водопроводной сети до величины, достаточной для создания пожарных струй непосредственно от гидрантов. В водопроводах низкого давления повышение напора производится лишь на время тушения пожара и предусматривается лишь подача увеличенного в связи с пожаром расхода воды.
Напор для получения пожарных струй создается передвижными пожарными насосами, забирающими воду через пожарные гидранты. Согласно СНиП напор в любой точке сети при этом должен быть не менее 0,098 МН/м 2 (10 м) и в особенно неблагоприятных точках не менее 6,9 МН/м 2 (7 м). Это делается для предотвращения возможности образования в сети при отсосе воды пожарными насосами вакуума, т. к. это может вызвать проникновение в водовод через неплотности почвенной воды, и с целью преодоления весьма значительных сопротивлений во всасывающих линиях насосов.
При системе пожаротушения напор воды в линиях высокого давления в 2-2,5 раза превышает свободный хозяйственный напор. Потери напора в сети вследствие увеличения расхода воды при пожаре возрастают, и ординаты пьезометрической линии теоретически будут выше. При этом требуемый напор будет больше высоты башни. Это приводит к тому, что для создания требуемых в сети напоров башню при пожаре необходимо отключить. Напор при этом определяется
где
- свободный напор в точке пожара, м;
-
потери напора в сети между башней и
точкой пожара;
- потери напора в
водопроводе при пожаре.
Т. е. из формулы видно, для того, чтобы насосной станции II-го подъема увеличить не только количество подаваемой воды, но и напор, необходимо включить в работу специально установленные пожарные насосы взамен обычно работающих насосов (или в дополнение к ним).
При расчете систем водоснабжения низкого давления питания от башни также учитывать не следует. При этом напор, который должны развивать насосы при пожаре, может быть меньше или больше напора насосов при работе в обычное время.
При объединенной системе хозяйственно-противопожарного водопровода необходимый запас воды обычно храниться в резервуаре чистой воды, который все время восполняется по мере израсходования во время пожара (срок его восполнения по СНиП – 24 часа для водопроводов населенных мест и 36 час – для промышленных предприятий).
Водопроводная сеть и водоводы
Назначение и основные требования, предъявляемые к водопроводным сетям. Разветвленные и кольцевые водопроводные сети
Водопроводная сеть представляет собой совокупность трубопроводов, по которым вода транспортируется потребителям.
Она состоит из водоводов, магистральной сети и распределительных трубопроводов. Для транспортирования воды от водоприемника к очистным сооружениям и магистральной сети прокладывают водоводы. Их проектируют не менее чем в 2 линии. Количество линий водоводов надлежит выбирать на основании технико-экономических расчетов с учетом стоимости мероприятий по обеспечению бесперебойности водоснабжения потребителей. При этом необходимо учитывать, что при отключении одного водовода в систему водоснабжения должно быть подано не меньше 50 % расчетного расхода водопотребления населения и обеспечения работы промышленных предприятий по аварийному графику.
Трассу водовода выбирают из условия подачи воды потребителю по кратчайшему направлению, по возможности она должна иметь минимальное количество искусственных сооружений и быть доступной дл обслуживания. рекомендуется прокладывать их вблизи от автодорог. При прокладке нескольких линий водоводов расстояние между ними должно быть не менее 5 м при диаметре труб до 30 мм и 10 м – при диаметре труб больше 300 мм.
На территории города водоводы прокладывают по разным улицам по одной из ее сторон и присоединяют к магистральным сетям в двух различных точках. Точки присоединения соединяют между собой трубопроводы диаметром, равным диаметру водовода.
Основные требования, предъявляемые к водопроводным сетям:
1 обеспечивать подачу заданных количеств воды к местам ее потребления и под требуемым напором;
2 обладать достаточной степенью надежности и бесперебойности снабжения водой потребителей.
По начертанию в плане различают 2 основных вида сетей – тупиковые (разветвленные) (рисунок 24, А) и кольцевые (рисунок 24, Б).
А - тупиковые; Б - кольцевые
Рисунок 24 – Виды сетей
Тупиковые или разветвленные сети в оптимальном варианте обеспечивают подачу воды к потребителям по кратчайшему пути, но не полностью удовлетворяют требование бесперебойности водоснабжения. Поэтому, как правило, в городах и на промышленных предприятиях проектируют кольцевые водопроводные сети.
Кольцевые сети имеют несколько большую протяженность, но обеспечивают более высокую степень надежности и бесперебойности подачи воды к потребителю, чем тупиковые.
Тупиковые водопроводные сети разрешается принимать для снабжения водой объектов, допускающих перерыв в водоснабжении на время ликвидации аварии и в населенных пунктах с населением до 500 чел.
Линии водопроводной сети в зависимости от их назначения можно разделять на магистральные и распределительные.
Магистральными называются линии, которые предназначаются для транспортирования воды по территории населенного пункта.
Распределительными называются линии, которые получают воду из магистральных линий и подают ее к потребителям через центральные пункты или домовые вводы. Минимальный диаметр распределительных линий городского хозяйственно-противопожарного водопровода принимается не менее 100 мм и диктуется в основном расходом воды на пожаротушение.
При проектировании магистральной сети руководствуются следующими соображениями:
1 Кольца, образуемые транзитными магистралями и перемычками должны иметь вытянутую форму в направлении основного движения воды.
2 По основному направлению движения воды должны быть проложено несколько параллельных магистральных линий (не менее двух). С точки зрения экономики число параллельно работающих транзитных магистралей должно быть по возможности наименьшим.
Опыт проектирования показывает, что оптимальное расстояние между магистральными линиями составляет 300-600 м. Соответствующее расстояние между перемычками принимается равным 400-800 м. Диметры трубопроводов перемычек должны назначаться с учетом работы их при аварии на магистральной линии, т. к. при нормальной работе они несут малую нагрузку.
4 При трассировке магистральных линий необходимо учитывать строительно-эксплуатационные условия и увязывать трассы магистральной сети с размещением других сетей городского хозяйства.
Выбирая трассу, необходимо соблюдать минимальное расстояние от трубопровода до различных коммуникаций в соответствии с требованиями СНиП. Глубину заложения водоводов и водопроводных сетей следует принимать с учетом возможности замерзания воды в зимний период и недопустимости нагрева в летний период. Минимальную глубину заложения трубопроводов, считая от низа трубы, принимают на 0,3-0,5 м больше расчетной глубины промерзания грунта.
Гидравлический расчет водоводов и сети
Гидравлический расчет сети заключается в определении по установленным расчетным расходам наиболее выгодных диаметров труб и соответствующих потерь напоров для каждого участка сети. Экономический расчет магистральной сети имеет важное значение, т. к. водопроводная сеть является самым дорогим элементом системы водоснабжения. Для расчета сети требуется, прежде всего, установить расчетные расходы воды по участкам сети.
В большинстве случаев отбор воды из сети производится во многих точках, и получается большое количество расчетных участков, а расчет весьма трудоемким. Поэтому принимают схему равномерно распределенного отбора воды на хозяйственно-питьевые нужды населения.
Расход воды крупных потребителей (промышленных предприятия, железнодорожные вокзалы, банно-прачечным кабинам и т. д.) выделяются в сосредоточенные расходы в определенных узловых точках их расположения.
Расход, приходящийся на 1 м длины сети в л/с, называется удельным
,
(68)
где
- максимальный расчетный секундный
расход, л/с;
- сосредоточенный
расход крупных потребителей, л/с;
- общая длина сети,
м.
По принятой методике
расчета считают, что расход воды на
каждом участке пропорционален его длине
(
).
Расход воды на каждом участке называетсяпутевым
расходом и определяется по формуле
,
л/с. (69)
Каждый промежуточный участок сети, кроме путевого расхода несет транзитный расход, идущий на питание последующих участков, т. е. расход на участке равен
.
(70)
По принятой методике расчета путевые расходы воды переводятся на расходы сосредоточенные в узловых точках сети. Узловой расход каждого узла сети равен полусумме путевых расходов участков, примыкающих к данному узлу
.
(71)
Для определения
диаметра труб участков сети применяют
известную формулу гидравлики трубопроводов,
связывающую плотность живого сечения
трубы
в м 2
с расходом
в
м 3 /с
и со скоростью движения воды
в м/с
.
(72)
.
(73)
Из формулы видно, что диаметр определяется не только расходом, но и скоростью движения воды. Если принять малую величину расчетной скорости, то трубопровод получится относительно большого диаметра, а, следовательно, будет иметь большую стоимость. И наоборот, если скорость движения воды принять большей. Однако увеличение скорости движения воды вызывает резкое увеличение потерь напора в трубах и, следовательно, увеличиваются затраты электроэнергии на подачу воды к потребителям, т. е. увеличиваются эксплуатационные затраты. Кроме того, скорость движения воды по водопроводным трубам имеет технические пределы. При скорости 2 м/сек и больше в трубопроводах могут возникнуть гидравлические удары, опасные для прочности труб и стыковых соединений.
При выборе диаметров труб руководствуются так называемой экономической скоростью движения воды. Величина этой скорости зависит от целого ряда условий: стоимости энергии, стоимости труб и их монтажа, расчетного срока службы и материала труб.
Н. Н. Абрамовым
(Абрамов Н. Н., Поспелов М. М. Расчет
водопроводных сетей. Госстройиздат,
1962) предложен график для определения
экономического фактора Э, для различных
значений стоимости электроэнергии (
)
в зависимости от коэффициента стоимости
труб (b).
Для удобства подбора диаметра труб составлена таблица (таблица) предельных экономических расходов для каждого стандартного диаметра металлических труб.
Потери напора на трение в трубах можно определить по формуле
,
(74)
где
- расход;
- длина
трубопровода;
- диаметр труб;
и
-
коэффициенты потери напора,
.
В практике расчета сети для определения потерь в трубопроводах в большинстве случаев пользуются формулой
,
(75)
где
- длина трубопровода, км;
- потери напора на
1000 м принимают по таблицам Ф. А. Шевелева
(Шевелев Ф. А. «Таблицы для гидравлического
расчета стальных, чугунных, асбоцементных
и пластмассовых водопроводных труб».
Госстройиздат, 1970).
В таблицах выделена область экономически выгодных диаметров.
Гидравлический расчет разветвленной сети производят в следующей последовательности:
1 рассчитывают главную магистраль 1-2-3-4 (см. рисунок 24, А), соединяющую начальную точку сети с наиболее удаленной и возвышенной из конечных ее точек;
2 рассчитывают ответвления сети (1-8, 2-6, 2-7, 3-5).
Расчет сети может быть произведен, когда:
а) заданы требуемые напоры во всех узлах, необходимо определить требуемый напор в начальной точке;
б) заданы напоры в начальной и узловых точках, требуется определить диметры труб для пропуска расхода при располагаемом напоре.
При расчете кольцевой сети в общем случае неизвестными являются как диаметры участков, так и расходы на участках. Следовательно, каждый участок сети два неизвестных – диаметр и расход, а общее число неизвестных равно удвоенному числу участков. Для нахождения этих неизвестных необходимо составить надлежащее число уравнений. Рассмотрение законов движения жидкости по замкнутому контуру позволяет составить некоторое число уровней для их нахождения.
1 Сумма расходов, приходящих в узел, равно сумме расходов, уходящих из этого узла, плюс узловой расход.
Если обозначить
расходы, приходящие в узел, знаком
«плюс», а уходящие (включая узловой
расход) – знаком «минус», то алгебраическая
сумма расходов будет равна нулю (
).
2 В каждом замкнутом
кольце сети сумма потерь напора на
участках, где вода движется по часовой
стрелке (обозначим условно положительными),
равна сумме потерь напора на участках,
на которых вода движется против часовой
стрелки (обозначим – отрицательными),
т. е. алгебраическая сумма потерь в
кольце равна нулю (
)
или
,
где
–
сопротивление участка (
- удельное сопротивление трубы, принимается
по таблице Ф. А. Шевелева).
Однако решение системы квадратных уравнений для сети с большим количеством колец представляется сложной задачей. Поэтому гидравлический расчет производят различными приближенными способами, причем все они сводятся к методу последовательного приближения.
Производственный водопровод подаёт воду в производственные здания на различные технологические нужды, поэтому требования по качеству воды весьма разнообразны. Стандартная классификация производственного водопровода по качеству воды изображена на рисунок 13.
Производственный водопровод
Рисунок 13 - Классификация производственного водопровода
В3 – общее обозначение производственного водопровода; В4 и В5 – оборотное водоснабжение. Подающая В4 и обратная В5 труба; В6 – система с умягчённой водой; В7 – система с речной водой; В8 – система с осветлённой водой; В9 – система с подземной (промышленной) водой и т.д..
На предприятиях применяют следующие системы водоснабжения: прямоточную, последовательную и оборотную.
Первая система (рисунок 14) применяется при наличии мощного источника, расположенного вблизи промышленного предприятии (до 4 - 5 км). Геодезическая (геометрическая) высота подачи при этом не должна превышать 20-25 м. Отработавшая вода после очистки сбрасывается в водоем.
Последовательное водоснабжение (рисунок 15) предусматривает повторное использование отработавшей вода и применяется в целях снижения количества воды, забираемой из источника. Так как при последовательном водоснабжении не предусматривается очистка отработавшей воды, его применяют в тех случаях, когда сточные воды не содержат вредных химических или механических примесей, а только нагреваются в процессе использования.
При проектировании оборотной системы водоснабжения оборотные циклы группируют по качеству воды с учетом расположения её потребителей. В оборотных циклах водоснабжения оборотная вода подвергается очистке от взвешенных в ней веществ и охлаждается. Схема системы оборотного водоснабжения показана на рисунке 16.
Как видно из рисунка, отработавшая вода подается насосной станцией на очистные сооружения. Оттуда очищенную воду насосами направляют к охладителям. После охлаждения насосная станция возвращает воду к агрегату, где она используется на технологические нужды.
Рисунок - 16 Оборотная схема СПВ
1 - водозабор; 2 - насосная станция 1 подъёма; 3 - станция водоочистки;
4 - охлаждающая установка; 5 - насосная станция 2 подъёма; 6 - станция очистки загрязненных вод; 7 – резервуар очищенной воды; 8 – насосная станция оборотной
воды.
При оборотном водоснабжении теряется (испарение, унос) 3-5% общего расхода воды. Для восполнения этих потерь подается «свежая» вода.
Оборотное водоснабжение экономически выгодно применять в том случае, когда промышленное предприятие расположено на значительном расстоянии от источника водоснабжения, так как при этом снижаются затраты электрической энергии на подачу воды потребителю. Оборотное водоснабжение используется также в тех случаях, когда объём источника ограничен, а потребность в воде велика, и тогда, когда нельзя загрязнять источник.
Та или иная схема водоснабжения выбирается на основе технико-экономических сравнений вариантов и соблюдения условий охраны водоемов от загрязнений.
Системы водоснабжения и канализации при встроенно-пристроенных к жилым зданиям предприятий общественного питания для них должны быть самостоятельными.
Качество воды, используемой для технологических, питьевых и хозяйственно-бытовых нужд, должно соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества".
В зданиях (сооружениях) в зависимости от их назначения надлежит предусматривать следующие системы внутренних водопроводов:
1. Хозяйственно-питьевые;
2. Противопожарные;
3. Производственные (одну или несколько).
Водоснабжение предприятий торговли и общественного питания должно производиться присоединением их к централизованной сети водопровода, а при отсутствии его - устройством внутреннего водопровода от артезианских скважин.
При отсутствии водопровода и артезианских скважин выбор иных источников водоснабжения должен согласовываться с органами госсанэпиднадзора.
В случае использования не питьевой (технической) воды для технических нужд (охлаждение компрессоров, поливка территории, подводки к смывным бачкам и писсуарам в туалетах и т.п.) следует предусматривать на предприятии раздельные системы водоснабжения: питьевого и технического. Соединения между системами питьевого и технического водопровода не допускаются, трубопроводы этих систем водоснабжения должны быть окрашены в отличительные цвета.
Для охлаждения воды, поступающей в конденсаторы холодильных машин, проектируют систему оборотного водоснабжения с установкой, как правило, градирни типа ГВП. Если расход воды, необходимой для охлаждения конденсатора холодильных машин, не превышает 4 м/ч, допускается присоединение системы охлаждения к городскому водопроводу.
Прокладку разводящих сетей внутреннего водопровода в жилых и общественных зданиях следует предусматривать в подпольях, подвалах, технических этажах и на чердаках, а в случае отсутствия чердаков - на первом этаже в подпольных каналах совместно с трубопроводами отопления или под полом с устройством съемного фриза, а также по конструкциям зданий, по которым допускается открытая прокладка трубопроводов, или под потолком верхнего этажа. Прокладку стояков и разводки внутреннего водопровода следует предусматривать в шахтах, открыто - по стенам душевых, кухонь и других помещений.
Не допускается:
- прокладка транзитных водопроводных магистралей через кладовые предприятий общественного питания;
- размещение санузлов и помещений с мокрыми процессами над складскими, технологическими
помещениями и охлаждаемыми камерами предприятий торговли и общественного питания;
- использование горячей воды из системы водяного отопления для технологических, хозяйственно-
бытовых целей, а также обработки технологического оборудования, тары, инвентаря и помещений;
- использование привозной воды;
- работа организации при отсутствии горячей или холодной воды.
Нормы водопотребления, расчетные расходы воды и напоры у приборов следует принимать в соответствии с действующими нормативными требованиями, а расход на технологическое оборудование в соответствии с технологическим разделом проекта.
Количество воды, используемой организацией, должно полностью обеспечивать ее потребности.
Расчет расходов воды в системах водоснабжения и канализации и теплоты на нужды горячего водоснабжения производится на основе СНиП 2.04.01-85.
Для предприятий общественного питания нормы расхода воды должны соответствовать таблицам 1 и 2 СанПиН 2.3.6.1079-01.
Все стационарные организации оборудуются туалетами и раковинами для мытья рук посетителей. Совмещение туалетов для персонала и посетителей не допускается.
Временные организации быстрого обслуживания (павильоны, палатки, фургоны и др.) рекомендуется размещать в местах, оборудованных общественными туалетами.
Во встроенных и отдельно стоящих предприятиях общественного питания должны быть установлены счетчики для воды для каждого абонента отдельно.
Помещение водомерного узла должно размещаться в отапливаемом помещении и быть легкодоступным для осмотра. Высота помещения должна быть не менее 1,7 м до выступающих конструкций.
При недостаточном напоре в водопроводной сети используются хозяйственные и противопожарные насосы. Помещение с противопожарными насосами должно иметь отдельный вход. Площадь насосной следует принимать не менее 20 м. Помещение водомерного узла может быть объединено с насосной, при этом площадь помещения должна быть не менее 22 м.
Количество стоков, отводимых предприятиями общественного питания в наружные сети канализации, принимается с К-0,85 от количества потребляемой воды.
Для системы горячего водоснабжения должна использоваться вода, отвечающая требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества".
Температуру горячей воды в местах водоразбора следует предусматривать:
1. Не ниже 60 °С - для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединяемых к открытым системам теплоснабжения;
2. Не ниже 50 °С - для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединяемых к закрытым системам теплоснабжения;
3. Не выше 75 °С - для всех систем централизованного горячего водоснабжения.
На предприятиях общественного питания, которым необходима горячая вода с температурой выше 75 градусов, следует для догрева воды предусматривать местные водонагреватели.
Во всех предприятиях розничной торговли горячую воду следует подводить к умывальникам, душам, производственным мойкам и раковинам.
В системах горячего водоснабжения для подачи воды следует предусматривать установку смесителей с раздельной подводкой к ним горячей и холодной воды.
Допускается не предусматривать установку смесителей в системах горячего водоснабжения, если для водоразбора подача воды принята без подмешивания холодной воды.
Систему противопожарного водопровода в зданиях (сооружениях), имеющих системы хозяйственно-питьевого или производственного водопровода, следует, как правило, объединять с одной из них.
Внутренний противопожарный водопровод не требуется предусматривать:
1. В зданиях и помещениях, объемом или высотой менее указанных в таблицами 1 и 2 СНиП 2.04.01-85;
2. В производственных и административно-бытовых зданиях промышленных предприятий, а также в помещениях для хранения овощей и фруктов и в холодильниках, не оборудованных хозяйственно-питьевым или производственным водопроводом, для которых предусмотрено тушение пожаров из емкостей (резервуаров, водоемов).
Для частей зданий различной этажности или помещений различного назначения необходимость устройства внутреннего противопожарного водопровода и расхода воды на пожаротушение надлежит принимать отдельно для каждой части здания согласно пп.6.1 и 6.2 СНиП 2.04.01-85.
При этом расход воды на внутреннее пожаротушение следует принимать:
1. Для зданий, не имеющих противопожарных стен, - по общему объему здания;
2. Для зданий, разделенных на части противопожарными стенами I и II типов, - по объему той части здания, где требуется наибольший расход воды.
При соединении зданий I и II степеней огнестойкости переходами из несгораемых материалов и установке противопожарных дверей объем здания считается по каждому зданию отдельно; при отсутствии противопожарных дверей - по общему объему зданий и более опасной категории.
Пожарные насосные агрегаты, устанавливаемые в зданиях магазинов, должны иметь 100%-ный резерв. Если городской водопровод не обеспечивает расчетного расхода воды на наружное пожаротушение, необходимо предусматривать устройство пожарных резервуаров.
Расположение и вместимость водонапорных баков здания должны обеспечивать получение в любое время суток компактной струи высотой не менее 4 м на верхнем этаже или этаже, расположенном непосредственно под баком, и не менее 6 м - на остальных этажах; при этом число струй следует принимать: две производительностью 2,5 л/с каждая в течение 10 мин при общем расчетном числе струй две и более, одну - в остальных случаях.
При установке на пожарных кранах датчиков положения пожарных кранов для автоматического пуска пожарных насосов водонапорные баки допускается не предусматривать
Свободные напоры у внутренних пожарных кранов должны обеспечивать получение компактных пожарных струй высотой, необходимой для тушения пожара в любое время суток в самой высокой и удаленной части здания. Наименьшую высоту и радиус действия компактной части пожарной струи следует принимать равными высоте помещения, считая от пола до наивысшей точки перекрытия (покрытия), но не менее, м:
6 - в жилых, общественных, производственных и вспомогательных зданиях промышленных предприятий высотой до 50 м;
16 - в общественных, производственных и вспомогательных зданиях промышленных предприятий высотой свыше 50 м.
Пожарные краны следует устанавливать на высоте 1,35 м над полом помещения и размещать в шкафчиках, имеющих отверстия для проветривания, приспособленных для их опломбирования и визуального осмотра без вскрытия. Спаренные пожарные краны допускается устанавливать один над другим, при этом второй кран устанавливается на высоте не менее 1 м от пола.
В пожарных шкафах производственных, вспомогательных и общественных зданий следует предусматривать возможность размещения двух ручных огнетушителей.
Каждый пожарный кран должен быть снабжен пожарным рукавом одинакового с ним диаметра длиной 10, 15 или 20 м и пожарным стволом.