Схемы и системы водоснабжения

ЛЕКЦИЯ 3

СХЕМЫ И СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

1.1.Введение

В городах и населенных пунктах вода необходима для хозяйственно-питьевых, санитарно-гигиенических и противопожарных целей, а на промышленных предприятиях – для технологических нужд.

Наиболее крупными потребителями воды являются металлургические заводы.

Водоснабжение промышленных предприятий и населенных пунктов регламентируется рядом нормативных актов. Эти акты направлены на предупреждение и ликвидацию загрязнений водных источников, рациональное использование и сохранение водных ресурсов.

На ряде производств для обеспечения технологического процесса требуется подача воды определенного качества. Например, для питания паровых котлов нельзя использовать обычную воду, так как в ней содержится значительное количество механических и химических примесей. Наличие солей кальция и магния, обуславливающих жесткость воды, приводит к образованию накипи на стенках труб и барабанов паровых котлов. Отложившаяся накипь, вследствие её малого коэффициента теплопроводности, увеличивает удельный расход топлива и снижает к.п.д. котельного агрегата. Кроме того, накипь уменьшает проходное сечение труб и увеличивает их гидравлическое сопротивление. Это приводит к уменьшению скорости циркуляции пароводяной смеси в опускных и подъемных трубах паровых котлов, а следовательно, и к снижению их паропроизводительности.

Вода, используемая для хозяйственно-питьевых нужд, должна удовлетворять определенным санитарно-гигиеническим требованиям: быть прозрачной, не иметь запахов и привкусов, не содержать вредных веществ и болезнетворных бактерий. Поэтому системы хозяйственно-питьевого водоснабжения имеют устройства для фильтрации воды и ее обеззараживания.

 

1.2.Схемы и системы водоснабжения промышленных предприятий

На предприятиях черной металлургии применяют следующие системы водоснабжения: прямоточную, последовательную и оборотную.

Система водоснабжения включает комплекс сооружений и устройств для забора воды из источника водоснабжения, её очистки, хранения, подачи и распределения между потребителями.

Первая система (рис. 1.1) 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.

Рис.1.1. Схема прямоточного водоснабжения. 1 – водозабор и насосная станция; 2 – водопровод; 3 – промышленное предприятие; 4 – очистные сооружения; 5 – канализация.

Последовательное водоснабжение (рис.1.2) 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 рис.1.3.

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.

Рис.1.2. Схема последовательного водоснабжения. 1 – водозабор и насосная станция; 2 – водопровод; 3 – производство; 4 – очистные сооружения; 5 – канализация.

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 потребителю¹. Оборотное водоснабжение используется также в тех случаях, когда объём источника ограничен, а потребность в воде велика, и тогда, когда нельзя загрязнять источник.

Рис.1.3. Схема оборотного водоснабжения промышленного предприятия. А – агрегат; НС – насосная станция; ОС – очистные сооружения; ОХЛ – охладители; СТ – самотечные трубопроводы; НТ – напорные трубопроводы; СВ – трубопровод «свежей» воды.

 

1.3.Нормы и режимы водопотребления

Проектирование водоснабжения объекта (города, района, промышленного предприятия или их комплекса) начинается с определения количеств потребляемой воды и режима ее расходования на перспективный (расчетный) период. Величина водопотребления объектом определяется в кубических метрах в сутки максимального и в сутки среднего за год потребления воды. Все водопроводные сооружения рассчитываются из условия обеспечения максимального водопотребления в конце расчетного периода, а технико-экономические показатели — из условия среднего за год.

Так как каждый объект, для которого проектируется водоснабжение, включает различные категории потребителей, имеющих свои нормы водопотребления и свои режимы расходования воды, количество ее определяется отдельно для каждой категории потребителей.

В городах водопотребление определяется по следующим категориям:

хозяйственно-питьевое водопотребление населением с учетом нужд в воде общественных зданий;

расход воды на поливку и мойку улиц, площадей и зеленых насаждений;

хозяйственно-питьевое водопотребление рабочими и служащими во время пребывания их на производстве (для предприятий, не имеющих своих обособленных водопроводов);

расход воды на производственные нужды предприятий, получающих ее из городского водопровода;

расход воды на нужды пожаротушения.

Для промышленных объектов водопотребление определяется четырьмя последними категориями с учетом возможности повторного использования воды на технологические нужды.

Количество воды, потребляемое каждой категорией потребителей, определяется как произведение числа водопотребителей на норму водопотребления, а суточный расход всего объекта как сумма слагаемых по отдельным категориям потребителей.

 

1.3.1.Определение расхода воды на промышленные нужды

Расход воды на промышленные нужды определяют двумя методами:

1)в расчете на агрегат;

2)в расчете на единицу продукции.

Первый метод применяется при разработке технических проектов, второй - при составлении технико-экономических обоснований, перспективных и прогнозных разработок по водоснабжению промышленных районов.

Расход воды на агрегат в значительной мере зависит от его конструктивных особенностей. Так, расход воды на мартеновскую печь зависит от того, осуществляется мокрая или сухая очистка уходящих газов. В конвертере расход охлаждающей воды зависит от способа отвода газа – с дожиганием или без дожигания.

Таким образом, производительность металлургического агрегата не всегда может быть единственным критерием, определяющим его водопотребление.

Нормирование расхода воды играет важную роль в вопросе сокращения водопотребления и бережного отношения к воде. Вот средние удельные расходы воды на некоторые виды продукции металлургических комбинатов (таблица 1.1).

 

Таблица 1.1
Продукт	Расход воды, м3/т
Сырая руда (обогащенная гравитационно-магнитным способом)	11,75
Агломерат	7,4
Чугун (охлаждение)	18,5-23,0
Сталь мартеновская (испарительное охлаждение)	6,0
Сталь конвертерная (охлаждение)	12,8
Доменный газ (очистка)	11,0
Конвертерный газ (очистка при отводе без дожигания)	10,4
Непрерывная разливка стали	33,8
Прокат: тонколистовой холоднокатаный	36,0 26,8

 

Известны также среднеотраслевые комплексные удельные расходы воды для основных видов производства черной металлургии (таблица 1.2).

 

Таблица 1.2
Вид производства	Удельный расход воды, м3/т
Доменное	81,57
Сталеплавильное (конвертерное с НМЛЗ)	69,36
Электросталеплавильное	98,03
Прокатное (горячекатаный лист)	48,95

 

1.3.2.Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления

Расчетный (средний за год) суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения, м3/сут, определяется в зависимости от расчетного числа жителей и норм водопотребления.

Норму водопотребления определяют по табл. 1.3 в зависимости от санитарно-технического оборудования зданий, а также от географического месторасположения объекта водоснабжения.

В приведенные нормы включены расходы воды на хозяйственно-питьевые и коммунальные нужды жителей независимо от того, где происходит расходование воды — в жилых домах или общественных зданиях. Большие значения расходов (в пределах указанных норм) следует принимать для южных районов, а меньшие — для северных.

 

Таблица 1.3
Степень благоустройства районов жилой застройки	Норма водопотребления на 1 жителя, л/сут	Коэффициент неравномерности водопотребления
среднесуточная за год	в сутки наибольшего водопотребления
Здания, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией:
без ванн,	125-150	140-170	1,5-1,6
с ваннами и местными водонагревателями,	180-230	200-250	1,3-1,25
с ваннами и системой централизованного горячего водоснабжения	275-400	300-420	1,25-1,2
Здания, не оборудованными внутренним водопроводом и канализацией, с водопользованием из водоразборных колонок	30-50	40-60	2,0-1,8

 

При определении расхода воды для домов отдыха, санаториев, пионерских лагерей и подобных им заведений, если они располагаются на территории населенного пункта, надо учитывать нормы расхода воды для них (таблица 1.4).

 

Таблица 1.4
Водопотребители	Измеритель	Нормы водопотребления, л/сут
Больницы, санатории и дома отдыха общего типа	1 койка	250-300
Санатории и дома отдыха с ваннами во всех жилых комнатах	То же	300—400
Больницы и санатории с грязелечением	-“-	400—500
Пансионаты и гостиницы с общими ваннами,	1 житель	100-120
Пансионаты и гостиницы с ваннами в отдельных номерах	То же	200-400
Школы-интернаты	1 место	200-220
Пионерские лагеря	То же	200—250

 

Существуют также нормы расхода воды для общественных зданий. Например, для общежитий с душевыми норма максимального водопотребления на одного жителя составляет 75-100 л/сутки, а для учебных заведений – 15-20 л/сутки на 1 студента или преподавателя.

Заканчивают расчет расходов воды на хозяйственнопитьевые нужды населения определением расчетных часовых расходов воды в часы максимального и минимального водопотребления.

Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды промышленных предприятий. Для расчета расхода воды по этой категории водопотребления прежде всего должно быть установлено по каждому предприятию: количество рабочих, занятых на производстве в максимальную смену, отдельно в «горячих» цехах, и определено в зависимости от группы производственного процесса число душевых сеток, которыми пользуются рабочие в наиболее многочисленную смену. Кроме этого, следует установить число рабочих, пользующихся душем в каждую смену. Только после этого можно приступать к расчету расхода воды на хозяйственнопитьевые нужды по отдельным предприятиям.

Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления и коэффициенты неравномерности расхода воды на промышленных предприятиях принимаются равными: в цехах с тепловыделением более 20 ккал на 1 м³/ч — 45 л на человека в смену с коэффициентом часовой неравномерности 2,5; в остальных цехах 25 л на человека в смену с коэффициентом часовой неравномерности 3.

Часовой расход воды на одну душевую сетку на промышленных предприятиях следует принимать равным 500 л, а продолжительность пользования душем — 45 мин (после окончания смены). Число душевых сеток, которые устанавливаются на предприятии, определяется по количеству человек, пользующихся душем в максимальную смену, и количеству человек, обслуживаемых одной душевой сеткой, в зависимости от группы производственных процессов в соответствии с табл. 1.5.

 

Таблица 1.5
Группа производственных процессов	Санитарные характеристики производственных процессов	Расчетное количество человек на 1 душевую сетку л/сут
I	Не вызывающие загрязнения одежды и рук
II	Вызывающие загрязнения одежды и рук
С применением воды
С выделением больших количеств пыли либо особо загрязняющих веществ

 

1.3.3.Нормы расхода на нужды пожаротушения

Расчетный расход воды на пожаротушение не входит в расчетную сумму суточного водопотребления города, однако его значение необходимо знать для проверки сети водопровода на пропуск требуемых количеств воды для тушения пожаров.

Расчетный расход воды на наружное пожаротушение и расчетное число одновременных пожаров при проектировании и реконструкции населенных мест следует принимать по табл. 1.6.

 

Таблица 1.6
Количество жителей в населенном пункте, тыс. чел. (до)	Расчетное число одновременных пожаров	Расход воды на 1 пожар, л/с, для зданий (независимо от степени огнестойкости) высотой
до 2 этажей включительно	3 этажа и более
		-
		-
		-
		-
		-
		-
		-
		-
		-

 

Расход воды и расчетное количество одновременных пожаров для населенных пунктов с количеством жителей более 2 млн. чел. устанавливается в каждом отдельном случае в задании на проектирование по согласованию с органами Государственного пожарного надзора.

Расход воды на тушение пожаров на территории промышленных предприятий определяют в зависимости от степени огнестойкости здания, категории производства по пожарной опасности и объема здания. Так, для зданий с объемом от 3 до 5 тыс. м³ расчетный расход воды составляет 10л/с на один пожар при первой и второй степени огнестойкости здания и 20 л/с при четвертой и пятой степени огнестойкости здания. А при объеме здания более 400 тыс. м³ расчетный расход воды на 1 пожар не превышает 40 л/с. Причем, здания III, IV и V степеней огнестойкости при таких размерах не строятся.

Расчетное число одновременных пожаров принимают по условию:

1 пожар — при площади территории предприятия менее 150га;

2 пожара — при площади территории предприятия 150 га и более. Расход воды на тушение пожаров на территории предприятий рассчитывается по зданиям, для тушения которых требуется наибольший расход воды.

Для объединенного (производственного и противопожарного) водопровода расчетное число одновременных пожаров следует принимать: при площади территории предприятия до 150 га и количестве жителей в населенном пункте до 10 тыс. 1 пожар (на предприятии или в населенном пункте — по большему расходу) и 2 пожара (один на предприятии и один в населенном пункте) — при числе жителей в населенном пункте от 10 до 25 тыс.

При площади территории предприятия 150 га и более и количестве жителей населенного пункта до 25 тыс. следует принимать два одновременных пожара (оба на предприятии или оба в населенном пункте — по большему расходу), а при числе жителей населенного пункта более 25 тыс. число пожаров принимается отдельно для населенного пункта по табл. 1.6 и для предприятия.

Расчетная длительность пожара во всех случаях (в населенном пункте или предприятии) принимается равной трем часам. Подача полного расчетного расхода воды на тушение пожара должна быть обеспечена при наибольшем часовом расходе воды на другие нужды. При этом расходы воды на поливку территории, прием душей, мытье полов в производственных зданиях и мойку технологического оборудования не должны учитываться.

Расход воды на тушение пожара внутри зданий, оборудованных внутренними пожарными кранами, спринклерными² и дренчерными³установками, должен учитываться дополнительно к нормам расхода воды на наружное пожаротушение. Нормы расхода воды на внутреннее пожаротушение в производственных зданиях независимо от их объема и в общественных и жилых зданиях объемом более 25 тыс. м3 следует принимать из расчета двух пожарных струй производительностью не менее 2,5 л/с каждая; во вспомогательных зданиях, в общественных и жилых объемом менее 25 тыс. м³, а также в зданиях, оборудованных средствами автоматического пожаротушения из расчета одной пожарной струи производительностью не менее 2,5 л/с.

Расходы воды на тушение пожара при объединенном водоснабжении для спринклерных установок, внутренних пожарных кранов и наружных гидрантов следует принимать: не менее 15 л/с в течение первых 10 мин (до включения пожарных насосов), из них на питание спринклеров 10 л/с и на питание внутренних пожарных кранов 5 л/с; в течение последующего часа — 30—50 л/с на питание спринклеров, 5 л/с на питание внутренних пожарных кранов и 20—100 л/с на наружное пожаротушение для производственных зданий без фонарей с производствами категорий А, Б и В. Для зданий других типов — на питание спринклеров, согласно гидравлическому расчету спринклерной системы, но не более 30 л/с; на питание гидрантов 20 л/с и на питание внутренних пожарных кранов — 5 л/с.

Системой водоснабжения кроме обеспечения расчетных расходов воды на пожаротушение, должна быть предусмотрена возможность восстановления неприкосновенного противопожарного запаса в течение 24 ч — в населенных местах и на предприятиях с производством категорий А, Б и В и в течение 36 ч — на предприятия с производством категорий Г и Д.

 

1.3.4.Режим водопотребления

В населенных пунктах и на производственных предприятиях расход воды не бывает равномерный. Отношения максимального суточного расхода Q_maxсут в дни наибольшего водопотребления к среднему суточному расходу Q_ср.сут называют коэффициентом суточной неравномерности.

Колебания водопотребления (разбора воды из водопровода) происходит в очень короткие промежутки времени, измеряемые минутами и даже секундами, однако, при расчетах условно принимают, что в течение 1 часа водопотребление постоянно. Т.е. считают, что суточное водопотребление колеблется только по часам. Отношение Q_maxчас расхода к среднему часовому расходу Q_ср.час называется коэффициентом часовой неравномерности.

Для промышленных предприятий коэффициент часовой неравномерности хозяйственно-питьевого водопотребления принимается равным 3. Этот коэффициент для ТЭЦ-ПВС принимается равным 1; для аглофабрик – 1,1÷1,2; для прокатных станов - 1,15÷1,5 и т.д.

Водопроводные сооружения рассчитываются так, чтобы их пропускная способность и требуемый напор были достаточными в местах разбора.

Максимальный расход воды определяется умножением нормы расхода воды на коэффициент часовой неравномерности.

 

¹Более 10% всей потребляемой металлургическим заводом энергии расходуется на перекачку воды.

²Оросительная головка, снабженная тепловым замком – клапаном, закрытым легкоплавким припоем.

³Открытая оросительная головка системы автоматического пожаротушения.

 

Режимы водопотребления