Тема: Розрахунок зовнішнього водопроводу промислового підприємства

Лекція № 9

Тема: Системи і схеми водопостачання населених пунктів і промислових підприємств.

План лекції

1. Класифікація систем водопостачання.

2. Схеми водопостачання населених пунктів.

3. Схеми водопостачання промислових підприємств.

Питання №1: Класифікація систем водопостачання.

Системою водопостачання називають комплекс інженерних споруд, призначених для забора води з вододжерела, її очищення, зберігання і подачі до місць споживання.

Призначення протипожежного водопостачання полягає в забезпеченні подачі необхідних обє’мів води під вимагаємим напором на протязі заданого часу гасіння пожежі.

Основні нормативні вимоги до водопостачання викладені в будівельних нормах і правилах: СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий», СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжениє. Наружныє сети і сооружения»

Системи водопостачання класифікують:

По надійності подачі води

2. По виду обслуговуємого об’єкта

· Міські;

· Містечкові;

· Промислові;

· Сільськогосподарські.

3. По виду використовуємих природних джерел

· Водопроводи, які забирають воду з поверхневих джерел (річки, озера, водосховища);

· Водопроводи, які забирають воду з підземних джерел (артезіанських, роднікових).

За призначенням

· Господарсько питні – які задовольняють потреби населення;

· Виробничі – забезпечують технологічні виробництва;

· Протипожежні і об’єднанні – влаштовують, в населених пунктах, з цих же водопроводів вода подається і на промислові підприємства, якщо вони споживають незначну кількість води, або за умовами технологічного процесу виробництва необхідна вода питної якості.

При великих витратах води підприємства можуть мати самостійні системи водопостачання, які забезпечують їх господарсько-питні, виробничі та протипожежні потреби. В цьому випадку влаштовують господарсько-протипожежний і виробничий водопроводи. Суміщення протипожежного водопроводу з господарським, а не з виробничим пояснюється тим, що виробнича водопровідна мережа є менш розгалуженою і не охоплює всіх об’ємів підприємства. Крім того для деяких технологічних процесів виробництва вода повинна подаватися під визначеним напором, який при гасінні пожежі буде змінюватися. А це може призвести або до збільшення витрат води, або до аварії виробничих апаратів.

Самостійний протипожежний водопровід влаштовують на найбільш пожежонебезпечних підприємствах – нафтохімічної і нафтопереробної промисловості, сховищах зріджених газів.

Протипожежні водопроводи (окремі або об’єднані з водопроводами іншого призначення) бувають низького і високого тиску.

У водопроводах низького тиску необхідний напір біля стволів створюється пересувними пожежними насосами, встановленими на гідранти.

У водопроводах високого тиску вода до місця пожежі подається по рукавним лініям безпосередньо від гідрантів під напором від стаціонарних пожежних насосів, встановлених в насосних станціях.

Протипожежний водопровід високого тиску повинен забезпечувати висоту компактної струї не менше 10 м при повних витратах води на пожежегасіння і розташуванні пожежного ствола на рівні найвищої точки самої високої будівлі.

Протипожежний водопровід низького тиску повинен забезпечувати висоту компактної струї (на рівні поверхні землі) при пожежегасінні не менше 10 м.

Системи водопостачання можуть обслуговувати як один об'єкт, наприклад місто або промислове підприємство, так і декілька об'єктів. В останьому випадку їх називають груповими.

Якщо система водопостачання обслуговує одну будівлю або невелику кількість компактно розташованих будівель з найближчого вододжерела, то ії називають місцевою системою.

Система водопостачання, яка обслуговує декілька великих водокористувачів, розташованих на певній тереторії, називається районою.

Питання № 2. Схеми водопостачання населених пунктів.

На території більшості населених пунктів є різні категорії водокористувачів, які висувають різні вимоги до якості і кількості споживаємої води. В сучасних міських водопроводах витрати води на технологічні потреби промисловості складають в середньому біля 40 % всьго об’єму, який подається у водопровідну мережу. Пр цьому біля 84 % води береться з поверхневих вододжерел і 16 % - з підземних.

Схема водопостачання для міст з використанням поверхневих вододжерел представлена на слайді 1. Вода поступає у водоприймач (оголовок) 1 і по самопливних трубах 2перетікає в береговий колодязь 3,а з нього насосною станцією першого підйому (НС-1) 4подається у відстійники 5і далі на фільтри 6для очищення від

1 — водоприймач; 2— самопливні труби; 3— береговий колодязь; 4— насосна станція I підйому; 5 — відстійники; 6—фільтри; 7 — запасні резервуари чистої води; 8— насосна станція II підйому; 9— водоводи; 10— водонапірна башта; 11— магістральні трубопроводи; 12 — розподільчі трубопроводи; 13— вводи у будівлі; 15— водоспоживачі.

чистої води 7, з яких вона насосною станцією другого підйому (НС-П) 8подається по водоводах 9в напірно-регулюючу споруду 10(наземний або підземний резервуар, розміщений на природному підвищенні, водонапірна башта або гідропневматична установка). Звідси вода поступає по магістральних лініях 11 розподільчих трубах 12 водопровідної мережі до вводів у будівлю 13 і користувачам.

Систему водопостачання поділяють на дві частини зовнішню і внутрішню. До зовнішнього водопроводу відносять всі споруди для забору, очищення і розподілу води водопровідною мережею до вводів в будівлі. Внутрішні водопроводи представляють собою сукупність пристроїв, що забезпечують отримання води із зовнішньої мережі і подачу її до водорозбірних приладів, розташованих в будівлі. Використання підземних вододжерел зазвичай дозволяє обходитися без очисних споруд.

Схема водопроводу при підземному вододжерелі:

1 – артезіанська свердловина з насосом;

2 – запасний резервуар;

3 – НС – 2;

4 – водонапірна башта;

5 – водопровідна мережа.

Вода подається безпосередньо в запасні резервуари 2(слайд 2). При використанні підземних вод, а також при водопостачанні крупних міст може бути не один, а декілька джерел водоживлення, розташованих з різних сторін населеного пункту. Таке водопостачання дозволяє отримати більш рівномірний розподіл води по мережі і надходження її до споживачів. Нерівномірність водоспоживання із збільшенням чисельності населення в містах значною мірою згладжується, що дозволяє обходитися без напірно – регулюючих споруд. В цьому випадку вода від НС-П поступає безпосередньо в труби водопровідної мережі.

Подача води для цілей пожежегасіння в містах забезпечується пожежними автомобілями від гідрантів, встановлених на водопровідній мережі. У невеликих містах для подачі води на гасіння пожеж включають додаткові насоси в НС-ІІ, а у великих містах пожежна витрата складає незначну частину водоспоживання, тому практично не впливає на режим роботи водопроводу.

Відповідно до сучасних норм в населених пунктах з числом жителів до 500 чол., які знаходяться в основному в сільській місцевості, повинен влаштовуватися об’єднаний водопровід високого тиску, що забезпечує господарсько-питні, виробничі і пожежні потреби. Проте нерідкі випадки, коли споруджується тільки господарсько-питний водопровід, а на пожежні потреби воду подають пересувними насосами з водоймищ і резервуарів, що поповнюються від водопроводу.

У малих населених пунктах для господарсько-протипожежних потреб частіше всього влаштовують системи місцевого водопостачання із забором води з підземних джерел (шахтних колодязів або свердловин). Як водопідіймальні пристрої застосовують відцентрові і поршневі насоси. Найбільш надійні і зручні в експлуатації відцентрові насоси. Що стосується інших водопідіймальних пристроїв, то унаслідок малої продуктивності вони можуть використовуватися лише для поповнення пожежних запасів води у водоймищах, резервуарах, водонапірних баштах.

Питання № 3. Схеми водопостачання промислових підприємств.

Схема виробничого водопостачання промислового об’єкту залежить від потужності та розташування вододжерела і буває: прямоточна, зворотна і послідовна.

При прямоточному водопостачанні вода для виробничихпотреб подається з вододжерела насосною станцією по водопровідній мережі в цехи. Звідси відпрацьована вода по каналізаційній мережі поступає в теж саме водоймище – після обробки в очисних спорудах.

При зворотному водопостачанні використана в технологічному процесі вода не скидається у вододжерело, а знову подається споживачам після відповідної обробки. Для поновлення втрат води у зворотній цикл добавляють свіжу воду з джерела.

При послідовному водопостачанні вода, використана одним споживачем, може застосовуватися в другому, а іноді і в третьому технологічному циклі промислового підприємства, після чого скидається в каналізаційну мережу для обробки на очисних спорудах.

Господарсько-протипожежний водопровід промислового підприємства може забезпечуватися водою від загального міського (або районного) водопроводу, а за їх відсутності або малої потужності схеми розробляються з самостійними джерелами водопостачання.

Схема подачі води підприємствам

а – при подачі води від міської мережі, що перевищує витрати води на господарсько-питні і пожежені потреби підприємства; б – при подачі води від міської мережі, що забезпечує господарсько питні потреби, но менше вимагаємих пожежних витрат підприємства; в – при подачі води від міської мережі, менше вимагаемих витрат на господарсько-питні і пожежні потреби підприємства.

Вода з міської мережі безпосередньо подається в мережу внутрізаводського водопроводу в тому випадку, коли існуючий тиск дозволяє забезпечити підприємство у відповідності з його графіком водоспоживання. Однак для забезпечення більшої надійності водопостачання підприємств необхідно влаштовувати не менше двох вводів від різних магістральних ліній водопровідної мережі.

Якщо вільний напір у внутрізаводській мережі повинен бути більше, чим у прилеглих до підприємства лініях водопровідної мережі міста, то влаштовують місцеві підвищувальні насосні станції. Вони можуть забирати воду або безпосередньо з магістральних ліній, або з додаткових резервуарів, які забезпечують зберігання протипожежного запасу і більш рівномірне споживання води з міського водопроводу. При цьому доречно мати власні напірно регулюючі споруди, які підтримують вимагаємий у мережі напір води. У підвищувальній насосній станції в залежності від співвідношення напорів у міський і заводський водопровідних мережах встановлюють як господарські, так і протипожежні насоси.

Якщо господарсько-протипожежний водопровід не забезпечує збільшених потреб у воді, то іноді влаштовують пожежні гідранти на виробничому водопроводі. Для потреб пожежегасіння можуть бути використані також пруди–охолоджувачі, бризкальні басейни і градирні, в яких вода не замерзає в сильні морози. В цьому випадку необхідно передбачати улаштування під’їздів і спеціальних колодязів для забору води пересувними насосами. При будівництві пожежних під’їздів необхідно намагатися до того, щоб висота всмоктування насосів (відстань від рівня води до осі насосу) була мінімальною.

Лекція № 10

Тема: Розрахунок зовнішнього водопроводу промислового підприємства.

План лекції

4. Порядок розрахунку зовнішньої водопровідної мережі.

5. Гідравлічний розрахунок розгалуженої мережі.

6. Гідравлічний розрахунок кільцевої мережі.

7. Приклад розрахунку зовнішнього протипожежного водопроводу промислового об’єкту.

Питання 1. Порядок розрахунку зовнішньої водопровідної мережі.

Розрахунок водопровідних мереж проводять для того, щоб вибрати найбільш економічні діаметри труб, що забезпечують пропуск розрахункових витрат, а також визначити втрати напору в них, величину яких необхідно знати при розрахунках водонапірних башт і насосних станцій.

Гідравлічний розрахунок мережі об’єднаного водопроводу проводиться на два режима:

а). в звичайний час, тобто при подачі розрахункових витрат води Q_розр на господарсько-питні Q_г/п, виробничі Q_вир і душові Q_д потреби, тоді

Q_розр = Q_г/п + Q_вир + Q_д

б). при пожежі, коли водопровідна мережа повинна забезпечити пропуск розрахункових витрат води Q_розр на господарсько-питні Q_г/п і виробничі Q_вир потреби, а також на пожежегасіння Q_пож (витрати води на душ не враховуються), тоді

Q_розр = Q_г/п + Q_вир + Q_пож

1. Визначення розрахункових витрати води включає потреби на виробничі цілі і на пожежегасіння. При цьому Q_вирдля кожного виробничого цеху задається у відповідності з технологічним регламентом. Витрата води на пожежні потреби Q_пож представляє суму витрат води на зовнішнє Q_зов (див. СНиП 2.04.02 – 84 «Водопостачання. Зовнішні мережі» табл. 7 і 8) і внутрішнє пожежегасіння Q_вн (див. СНиП 2.04.01 – 85 «Внутрішній водопровід і каналізація зданій» табл. 2), тобто.

Q_пож = Q_зов + Q_вн

2. Визначивши величину витрати в звичайний час роботи водопроводу для кожного виробничого цеху, отриманні значення проставляють в точках вводів в будівлі і споруди. Ці витрати q₁, q₂, q₃, називають вузловими витратами.

3. Вузлові витрати розподіляють по ділянках водопровідної мережі, тобто по ділянках, які розміщені між сусідніми вузлами, дотримуючи обов’язково умову: та кількість води, яка пішла від вузла, повинна дорівнювати тій кількості, яка повинна підійти по ділянках, прилеглих до цього вузла.

При визначенні витрати води на ділянках магістралі розгалуженої мережі враховують, що її величина складається з витрати, використовуваної споживачем в кінцевій точці даної ділянки, і витраті води що проходить по даній ділянці до більш віддалених, споживачів.

Так, наприклад, витрата води на ділянці 1 – 4 буде дорівнювати q₁ = q₄ + q_4-5 + q_4-6 ( мал.1), на ділянці 1 – 3 q_3-1 = q₃ + q_3-0 ( мал.2).

Визначення витрат по ділянках необхідно починати від точки, найбільш віддаленої і високо розташованої від точки живлення мережі (диктуючої точки: точки 6 для схеми на мал..1; точки 0 для схеми на мал.2).)

Мал.1. Розрахункова схема тупикової мережі

1 – 6 – точки відбору води

4. За величиною витрат на ділянках визначають діаметри труб, користуючись рівнянням

Q = (Пd²/4)v,

звідси

d = √4Q/П v,

де Q – витрати води на розрахунковій ділянці; v – швидкість руху води.

Діаметр труб вибирається з урахуванням найбільш економічних швидкостей руху води в них при яких будівельні і експлуатаційні затрати будуть мінімальними. Величина цих швидкостей при нормальному режимі роботи водопроводу складає: 0,7 – 1,2 м/с для труб малих діаметрів; 1 – 1,5 м/с – великих діаметрів; 2 – 2,5 м/с при пропуску витрат на пожежегасіння.

При виборі діаметру труб можна скористатися табл.41. в якій вказані значення найбільш економічних швидкостей.

5. Визначають втрати напору на ділянках мережі, користуючись формулами

h = Аℓ Q² h = SQ².

Значення питомого опору S приведені в табл. 2.

Втрати напору в місцевих опорах зовнішній водопровідній мережі складають ≈5% від втрат по довжині трубопроводу, тому загальні втрати h_заг = 1,05h

Питання 2. Гідравлічний розрахунок розгалуженої мережі.

Розгалужені водопровідні мережі розраховують як систему послідовно сполучених трубопроводів. Для розрахунку перш за все складається схема водопроводу, на якій в місцях розташування водокористувачів зосереджуються розрахункові (вузлові) витрати (мал. 1).

Розрахунок починають з основної (магістральною) мережі, рухаючись проти потоку води від діктуючої точки до точки живлення мережі. Для вказаної схеми розрахунковим напрямом буде: 6—4—1—0.

Спочатку визначають розрахункову витрату води для кожної з ділянок мережі. Втрати напору по всій довжині мережі будуть дорівнювати сумі втрат на окремих ділянках

h = S₁ q₁² + S₂ q₂² + …+ S_n q_n²

Для дуже розгалужених мереж іноді не відразу вдається визначити диктуючу точку, а в наслідок і розташування основного розрахункового напрямку. В цьому випадку розглядають декілька варіантів. При цьому основною (магістральною) лінією є лінія, при розрахунку якої в точці живлення мережі отримується найбільший напір. Після розрахунку основної лінії приступають до розрахунку відгалужень.

Розглянемо декілька прикладів подібних розрахунків.

Приклад. Вода для виробничих потреб в кількості 30 л/с поступає по розгалуженій мережі об'єднаного виробничо-пожежного водопроводу (див. мал. 1). До споживачів вода поступає по відгалуженнях (вводам) в кількості, вказаній на схемі. При пожежі вода з витратою 15 л/с відбирається від гідранта, встановленого в точці 6. Визначимо діаметри труб мережі і втрати напору.

Рішення. Визначимо витрати на окремих ділянках магістральних ліній 6—4—1—0; q_6-4 = 8 л/с; (q_4-1 = 8+12 = 20 л/с; q_1-0 = 20+10 = 30 л/с; витрати води у відгалуженнях: q_4-5 = 10 л/с; q_3-2 =3,5 л/с; q_2-1 = 6 + 3,5 = 9,5 л/с.

Діаметри труб підбирають по витраті і швидкості (табл. 42) при подачі води на виробничі потреби. Втрати напору визначаються по формулі h = SQ ², у якій значення S знаходять по табл.42.

Розрахунок зводять в табл. 43.

Як видно з табл. 43, при пропуску пожежних витрат швидкість руху води на ділянці 6—4 складає 2,81 м/с, що більше допустимої 2,5 м/с. Тому запропоновано на цій ділянці труби діаметром 100 мм замінити на труби діаметром 150 мм.

За рахунок цього швидкість руху води на ділянці стала менше допустимої. Сумарні втрати напору в магістралі складають:

до пожежі

h = 0,47 + 5,92 + 2,16 = 8,55 м;

при пожежі

h'= 3,91 + 18,13 + 4,86 = 26,9 м.

Загальні втрати (з урахуванням втрат напору в місцевих опорах) будуть дорівнювати

h_заг = 1,05h = 1,05 • 8,55 = 8,98 м;

h_заг = 1,05h = 1,05 • 26,9 = 28,25 м;

Питання 3. Гідравлічний розрахунок кільцевої мережі.

Розрахунок кільцевих водопровідних мереж складніше розрахунку тупикових, оскільки шукані діаметри труб повинні визначатися по витратах води, які в них протікають а ці витрати невідомі, як невідомий і напрямок потоків води на ділянках мережі; вони в свою чергу залежать від діаметру труб. Тому розрахунок кільцевих водопровідних мереж проводиться методом послідовного наближення. Розглянемо водопровідну мережу, що складається з одного кільця (мал. 2).

Мал. 2. Схема до розрахунку одно кільцевої водопровідної мережі

0 – 3 – точки відбору води

На початку розрахунку намітимо точку зустрічі потоків води і тим самим задамося вірогідним напрямком потоків. Точка зустрічі потоків зазвичай співпадає з точкою одного з максимальних і найбільш віддалених витрат. Припустимо, що точкою зустрічі потоків буде точка 0, до неї від точки 1 притікає витрата q _0-1, а від точки 2 — витрата q _0-2. Тоді співвідношення витрат води в кільці може бути виражене наступними рівняннями:

q₀ = q_0-1 + q_0-2 ; q₂ - ₃ = q_0-2 + q₂; ]

q_1-3 = q_0-1 + q₁ ; q_3-1 = q_1-3 + q₂ - ₃. ] (80)

Із співвідношень виходить, що сума витрат, що надходить до точки, дорівнює сумі витрат що йдуть від цієї точки плюс витрата в самій точці. Або, рахую чи умовно кількість води, що надходить до точки, позитивним, а що йде, включаючи віддачу води споживачеві, негативним, можна умову балансу витрати води в кожній точці мережі виразити рівнянням

∑ q = 0. (81)

Рівність (81) є першою основною умовою гідравлічного розрахунку кільцевої мережі. За попередньо розподіленими витратами і економічно доцільними швидкостями (табл. 42) вибирають діаметри труб і визначають втрати напору по ділянках h_0-1, h_1-3, h_0-2, h_2-3. Потім підраховують сумарні втрати напору по напрямах руху потоків води від нульової точки до точки живлення кільця (точка 3)

∑h _0-1-3 = h _0-1 + h _1-3;

∑h _0-2-3 = h _0-2 + h _2-3; (82)

Сумарні втрати лівої і правої лінії кільця повинні бути однакові, оскільки тільки за цієї умови точкою зустрічі потоків може бути точка 0, тобто

∑h _0-1-3 – ∑h _0-2-3 = 0. (83)

Умовно рахую чи позитивні величини втрати напору в лініях, де вода йде за годинниковою стрілкою, і негативними в лініях, де вода йде проти годинникової стрілки, рівняння (81) може бути записане у такому вигляді

∑ h = 0. (84)

Рівність (84) є другою основною гідравлічною умовою розрахунку кільцевої мережі. Якщо такої рівності немає, то витрати, що надходять до нульової точки, задані не вірно. В цьому випадку необхідно зменшити величину витрат на Δq в тій лінії кільця, де втрати напору більше, і збільшити на Δq в лінії кільця, де втрати менше, після чого знов виконати розрахунок (друга спроба). Цей процес послідовного наближення називають ув'язкою мережі, а витрата Δq — увязочною витратою. Послідовним наближенням можна добитися дотримання умови (84).

Проте практично при розрахунках водопроводів допускається деяка різниця в сумарних втратах напору окремих кілець, похибка, названа нев’язкою, Δ h, тобто

∑ h= Δ h. (85)

Допустима величина неув’язки при розрахунку окремого кільця водопровідної мережі складає 0,5 м (при пропуску пожежних витрат допустима величина неув’язки зростає до 1 м).

Питання 4. Приклад розрахунку зовнішнього протипожежного водопроводу промислового об'єкту.

Припустимо, що необхідно провести розрахунок об'єднаного (господарсько-протипожежного) водопроводу високого тиску, що обслуговує текстильну фабрику.

При цьому належить виходити з наступних даних:

1. Джерело водопостачання — річка.

2. Характеристика основних будівель приведена в табл. 1.

3. Генеральний план об’єкту з водопровідною мережею (мал.3).

4. Внутрішнє протипожежне водопостачання у виробничих будівлях здійснюється за допомогою пожежних кранів.

Мал. 3. Генплан текстильної фабрики з водопровідною мережею

БК – береговий колодязь; НС – насосна станція першого підйому; ОС – очисні споруди; РЧВ – резервуари чистої води; НС ІІ – насосна станція другого підйому; ВБ – водонапірна башта; І – ІХ – номера цехів; 1 – 6 точки вводу в будівлі.

Таблиця 1. Вихідні данні для розрахунку водопровідної мережі

Данні гр. 2; 3; 5; 6; 11, 15 – задаються.

Данні гр. 4 встановлюють по СНиП 2.09.02 – 85 Виробничі будівлі.

Данні гр. 7, 9, 12, 13 визначають по СНиП 2.04.02 – 84 Водопостачання Зовнішні мережі і споруди

5. Висота розташування внутрішніх пожежних кранів на верхніх поверхах найбільш високих виробничих будівель складає 9 – 12 м від рівня землі.

6. Водонапірна башта, що встановлена на початку мережі, забезпечує створення постійного тиску у зовнішньої мережі і у внутрішньому водопроводі.

7. Розрахувати завантаження (витрату) слід по найбільш багато чисельній зміні. Кількість працівників і тих хто приймає душ в цій зміні, а також виробничі витрати води вказані в табл. 45.

Рішення

Поиск по сайту: