Необходимость использования воды в условиях производства

1. Пленочные дегазаторы. Представляют собой колонны, загруженные той или иной насадкой (кольцами Рашига, деревянной или другой), по которой вода стекает тонкой пленкой. Насадка обеспечивает большую поверхность соприкосновения воды и воздуха, нагнетаемого вентилятором навстречу потоку воды.

2. Барботажные дегазаторы. В дегазаторах этого типа через слой медленно движущейся воды продувается сжатый воздух.

3. Вакуумные дегазаторы. В них при помощи вакуум-насосов или водоструйных эжекторов создается такое давление, при котором вода кипит при данной температуре.

При водообработке в основном применяются пленочные дегазаторы. Для удаления кислорода из воды применяют вакуумные (или термические) дегазаторы. Барботажные дегазаторы применятся редко в виду больших затрат на их эксплуатацию (расход электроэнергии на компрессию воздуха).

Проектирование дегазаторов

При проектировании дегазаторов должны быть определены следующие величины:

- площадь поперечного сечения дегазатора;

- необходимый расход воздуха;

- площадь поверхности насадки, обеспечивающая заданный эффект дегазации.

Площадь поперечного сечения дегазаторов определяется по допустимой плотности орошения насадки, т.е. по расходу воды, приходящемуся на 1 м² площади поперечного сечения дегазатора.

При глубоком удалении из воды углекислоты (до 2…3 мг/л):

- на дегазаторах, загруженных кольцами Рашига (2,5(25(3 мм), допустимая плотность орошения насадки 60 м³/(м²•ч), удельный расход воздуха 15 м³/м³ ;

- на дегазаторах, загруженных деревянной насадкой из досок, допустимая плотность орошения насадки 40 м³/(м²•ч), а удельный расход воздуха 20 м³/м³ ;

- при удалении кислорода из воды в вакуумных дегазаторах допустимая плотность орошения насадки 5 м³/(м²•ч).

Требуемая площадь поверхности насадок, загружаемых в дегазатор, определяется по следующей формуле (м²):

где G – количество удаленного газа, кг/ч;

k – коэффициент десорбции, равный количеству газа, удаляемого в единицу времени через единицу площади поверхности соприкосновения жидкой и газообразной сред при движущей силе процесса десорбции, равной единице, м/ч.

– средняя движущая сила процесса десорбции, кг/м³.

Величину G определяют по соотношению G= q • C_у/1000,

где q – расход обрабатываемой воды, м³/ч.

– расчетное количество углекислоты, которое нужно удалить для поднятия pH воды до 7,5.

Значение k находят по графикам k= f(t_воды), а

C_max , C_опт – максимальная и оптимальная концентрации углекислоты, мг/л.

C_опт – определяется по номограмме.

7.2. Состав сооружений станций ХВО

Состав основных сооружений водоочистных станций выбирается в зависимости от качества исходной воды, а также производительности станций.

Примерный состав сооружений станций ХВО для хозяйственно-питьевых и технологических целей представлен в таблицах:

Таблица 7.1 - Примерный состав сооружений станций осветления и обесцвечивания воды для хозяйственно- питьевых целей

Таблица 7.2 - Примерный состав сооружений станций очистки воды для производственных нужд

В большинстве случаев станции ХВО располагают вблизи источника водоснабжения, следовательно, недалеко от НС I. По принципу перемещения воды в сооружениях станции различают самотечные и напорные системы.

Наибольшее распространение в практике водоочистки имеют схемы очистных сооружений с самотечным движением воды. Вода, поданная насосами I подъема, самотеком проходит все очистные сооружения и поступает в резервуар чистой воды, из которого забирается насосами II подъема.

7.3. Высотные схемы станций ХВО

Состав и технологическую схему работы самотечных систем обычно представляют в виде высотной схемы в профиле основных сооружений водоочистной станции (рисунок ).

Высотную схему начинают составлять с наиболее низко расположенного сооружения – резервуара чистой воды. При определении отметок уровней воды в элементах сооружений водоочистной станции за начальную отметку принимают отметку поверхности земли площадки водоочистной станции z₁.

а – с вертикальными отстойниками и скорыми фильтрами;

б – с осветлителями и фильтрами;

в – с горизонтальными отстойниками и фильтрами.

1 – насосная станция I подъема;

2 – смесители;

3 – реагентное хозяйство;

4 – водоворотная камера хлопьеобразования;

5 – вертикальный отстойник;

6 – скорые фильтры;

7 – хлораторная;

8 – резервуары чистой воды;

9 - насосная станция II подъема;

10 – осветлители;

11 – камера хлопьеобразования;

12 – горизонтальные отстойники

Рисунок 7.9 – Высотные схемы технологических сооружений водоочистных станций

Отметку наивысшего уровня воды в РЧВ z₂ обычно назначают из экономических и санитарных соображений на 0,5м выше отметки z₁. Затем, задаваясь потерями напора, определяют отметки уровней в отдельных сооружениях станции и соединительных коммуникациях между ними. Для ориентировочных расчетов эти потери можно принять следующими:

Таблица 7.3 – Потери напора для различных видов оборудования

Сооружения и оборудование	Потери напора,м
Барабанные сетки и микрофильтры	0,5…0,7
Сетки входной камеры контактных осветлителей	0,2
Смесители	0,4…0,9
Камеры хлопьеобразования	0,4…0,5
Отстойники	0,6…0,7
Осветлители с взвешенным осадком	0,7…0,8
Фильтры	3,0…3,5
Медленные фильтры	1,5…2,0
Измерительная аппаратура	0,5
Индикаторы расхода	0,2…0,3

Таблица 7.4 – Потери напора для различных видов коммуникаций

Соединительные коммуникации	Потери напора, м
От смесителей к отстойникам	0,3…0,5
От смесителей к осветлителям с взвешенным осадком	0,5
От смесителя к контактным осветлителям	0,5…0,7
От отстойников или осветлителей с взвешенным осадком к фильтрам	0,5…1,0
От фильтров или контактных осветлителей к РВЧ	1,0

Для уменьшения стоимости строительства станции водоочистки ее отдельные сооружения следует приспосабливать к рельефу местности с учетом обеспечения незатопляемости площадки и возможности самотечного отвода сточных вод и осадков из всех сооружений.

Диаметры труб соединительных коммуникаций определяют в зависимости от величины расчетного расхода воды и допускаемых скоростей ее движения (таблица 7.5).

Таблица 7.5 - Значение допускаемых скоростей движения воды в соединительных коммуникациях станций

Соединительные коммуникации	Допускаемые скорости воды, м/с
От насосной станции к смесителю	1…1,2
От смесителя к камере хлопьеобразования или к осветлителю	0,8…1,0
От камеры хлопьеобразования к отстойнику	0,05…0,1
От отстойников к фильтрам	0,8…1,2
От фильтров к РВЧ	1,0…1,5
Трубы, подводящие промывочную воду к фильтрам	1,5…2,0
Канал для отвода промывочной воды после фильтров	(0,8

8. ЗАПАСНЫЕ И РЕГУЛИРУЮЩИЕ ЕМКОСТИ

8.1 Назначение емкостей и их классификация

Емкости в системах водоснабжения предназначаются для хранения запасов воды, регулирования подачи и расхода воды и обеспечения необходимых напоров. В соответствии со сменой водоснабжения и расположением емкостей они могут выполнять одно или несколько назначений.

Емкости (резервуары), используемые в системах водоснабжения, разделяют следующим образом:

1. по назначению – на регулирующие, запасные и комбинированные (регулирующие и запасные);

2. по способу подачи воды в сеть – на напорные (водонапорные башни, напорные резервуары, водонапорные колонны, пневматические водонапорные установки) и безнапорные (подземные резервуары);

3. по материалу – на железобетонные, кирпичные и стальные.

Выбирать место расположения, тип и объем емкостей следует на основании расчетов совместной работы их с насосными станциями, водоводами и сетью, учитывая местные условия и технологические требования.

В емкостях в зависимости от их назначения должны находиться регулирующий, неприкосновенный противопожарный и аварийный запасы воды.

8.2 Водонапорные башни

8.2.1 Назначение водонапорных башен. Их устройство

Водонапорные башни предназначены для хранения регулирующих и противопожарных запасов воды, а также для поддержания и создания в сети необходимых напоров.

Водонапорная башня состоит из строительных и монтажных элементов. К строительным элементам относятся: фундамент башни, ствол, бак (резервуар), шатер. Шатер монтируется так, что он закрывает полностью резервуар. К монтажным элементам относятся: система водопроводов, арматура, вспомогательные монтажные детали.

Водонапорные башни допускается проектировать с шатром или без шатра в зависимости от режима работы башни, величины емкости бака, климатических условий и температуры воды в источнике. Шатер предохраняет бак от воздействия температуры наружного воздуха. Расстояние между станками шатра и бака a 0,7…0,8м. Бесшатровые металлические башни могут быть как с теплоизоляцией, так и без нее.

Без теплоизолирующей обшивки стенок бака бесшатровые водонапорные башни эксплуатируют в следующих случаях. Когда вода подается из подземных источников при минимальной температуре воздуха не ниже –25⁰С и при обмене воды не менее одного раза в сутки в случае, когда вода подается из открытых источников при минимальной температуре воздуха не ниже –15⁰С и обмене воды в баке не менее двух раз в сутки.

При использовании подземных вод и водообмене в баке не менее двух раз в сутки шатер башни не отапливают. При использовании поверхностных вод в условиях возможной температуры воздуха ниже –20⁰С их утепляют и используют электроподогрев.

8.2.2 Определение объема бака башни

Полный объем бака башни определяют по формуле

где V_р – регулирующий объем воды в баке, м³;

V_пр – неприкосновенный противопожарный запас воды в баке, м³.

8.2.3 Определение регулирующего объема

Регулирующий объем определяют путем совмещения графиков водопотребления и подачи питающих башню насосов. После выбора оптимального графика работы насосов этот объем определяют по формуле

где Q_р.сут – расчетный суточный расход воды, м³/сут;

d_и, d_н – наибольшие ординаты между линиями водопотребления и подачи воды насосами соответственно по избытку и недостаче, % от Q_р.сут.

С учетом способности центробежных насосов к саморегулированию (увеличивать подачу воды при уменьшении напора и, наоборот, уменьшать подачу при увеличении Н) рекомендуется уменьшать регулирующую емкость бака башни по сравнению со значением, вычисленным по формуле:

- при расположении башни в начале сети (сети с проходной башней) – на 10…15%;

- для сети с контррезервуаром – на 30…40%.

8.2.4 Определение противопожарного запаса воды

Неприкосновенный противопожарный запас воды в баке башни определяется по формуле

где Q_р.с - расчетный секундный (максимальный) расход воды из водопроводной сети, л/с;

Q_п – расчетный секундный (максимальный) расход воды из сети на 10-минутную продолжительность тушения пожаров спринклерными или дреичерными установками.

8.2.5 Оборудование водонапорных башен

После определения величин V_б и Н_б принимают размеры типовой водонапорной башни. Для большинства водонапорных башен отношение высоты бака к диаметру H/D = 0,5…1.

Водонапорная башня должна быть оборудована трубопроводами и арматурой. Трубы применяются стальные. Диаметры подводящих и отводящих труб (стояков) определяют в зависимости от расхода и допускаемой скорости, которая не должна превышать 1…1,2 м/с.

Диаметр переливной трубы d_пер принимают обычно на 2…3 сортамента меньше диаметра подающей трубы d_под , но исходя из условия пропуска разности расходов воды, поступающей и забираемой из бака.

Водонапорные башни оборудуют сигнализирующими устройствами для автоматической передачи показаний уровней воды в баке на насосные станции. В качестве таких устройств наиболее распространены поплавковые, контактные и манометрические датчики уровней, которые в зависимости от уровней воды в баке замыкают и размыкают электрическую цепь. Их используют для автоматического пуска и останова насосов, питающих водопроводную сеть.

При автоматизации работы насосов, подающих воду в башню, регулирующий объем воды в баке определяют по формуле

где Q_н - средняя подача насосов за период между включением и отключением, м³/ч;

n - количество включений насоса в час.

Оптимальное число включений насосов устанавливается на основании технико-экономических расчетов. Ориентировочно можно принимать n = 5; 6.

Подкачивающие насосы подбирают по расходу

где Q_мах - максимальное водопотребление из сети, м³/ч;

Q_нс2 – подача насосов 2^го подъема в этот час, м³/ч.

8.3 Резервуары

Резервуары предназначены для хранения хозяйственных, противопожарных, технологических и аварийных запасов воды.

8.3.1 Типы резервуаров

В зависимости от конструкции и принципа работы они бывают следующих типов:

1. по форме – круглые (горизонтальные, вертикальные) и прямоугольные;

2. по степени заглубления – подземные и полуподземные;

3. по материалу – железобетонные и бетонные;

4. по наличию перекрытия – открытые и закрытые;

5. по способу поступления воды из них – безнапорные и напорные.

8.3.2 Назначение резервуаров

Напорные резервуары располагают на высоких отметках местности, он выполняют ту же роль, что и водонапорные башни.

Безнапорные резервуары устраивают, главным образом, при водоочистных станциях, это резервуары чистой воды (РЧВ). Воду из них забирают насосами 2^го подъема и подают в водопроводную сеть.

Для обеспечения надежности водоснабжения в системах крупных водопроводов необходимо устраивать несколько резервуаров (обычно не менее двух), дающих в сумме расчетную емкость.

8.3.3 Определение объема подземных резервуаров

Объем подземных резервуаров, расположенных при водоочистной станции, определяют по формуле

где V_p – регулирующая емкость, определяемая совмещением графика поступления воды в резервуар с очистной станции и графика работы насосной станции 2^го подъема, м³;

V_пож – неприкосновенный противопожарный запас воды, рассчитанный на тушение расчетного количества пожаров в течение 3 или 2 ч, с ее одновременной подачей на хозяйственно-питьевые и производственные нужды в течение трех смежных часов наибольшего расхода по графику водопотребления, м³;

V_оч – объем воды на собственные нужды водоочистной станции, м³.

Регулирующую емкость V_p можно определить по формуле

где Q_р.сут – расчетный суточный расход воды, потребляемой из водопроводной сети, м³/ч;

V₁, V₂ – суммы объемов воды, аккумулирующейся в РЧВ и расходуемой из него в течение суток соответственно, % от Q_р.сут .

Если графики поступления воды в РЧВ и воды из него совпадают, то V_p = 0. В этом случае предусматривают запас воды

При определении V_пож для бесперебойности подачи воды в резервуары из водоисточников или очистной станции допускается учитывать их пополнение во время пожаров. Поэтому, величину V_пож определяют по формуле

где Q_пож – расход воды на тушение расчетного количества одновременных пожаров, л/с;

Q₁ – расход воды, подаваемой в резервуары при тушении пожаров, м³/ч.

Объем воды, потребляемый за три смежных часа наибольшего водопотребления на производственные и хозяйственно-питьевые нужды во время тушения пожаров

где – объем воды, потребляемый из сети в течение 3 смежных часов наибольшего расхода по графику водопотребления;

– объем воды, не учитываемый в течение трех часов тушения пожаров.

Объем воды в резервуаре на собственные нужды водоочистной станции V_оч рассчитывается на 2 промывки при промывке одного фильтра или на 3 промывки при одновременной промывке двух фильтров. Величину V_оч определяют после расчета водоочистной станции с учетом типа и площади фильтров, а также интенсивности и продолжительности их промывки.

Ориентировочно величину V_оч можно принять равной

.

9. ВОДОВОДЫ И ВОДОПРОВОДНЫЕ СЕТИ

9.1. Водоводы

Водоводы предназначены для транспортирования воды от водоисточника до объекта водоснабжения.

9.1.1. Типы водоводов и их устройство

Водоводы подразделяются на напорные, самотечные и комбинированные. В напорных водоводах подача воды осуществляется насосом, в самотечных – самотеком под действием сил тяжести. Комбинированный водовод состоит из напорных и самотечных водоводов.

Тип водовода выбирают в зависимости от типа водоисточника, удаленности его от объекта водоснабжения, топографических условий и расхода транспортируемой воды.

Рассмотрим схемы напорного и самотечного водоводов (рисунок , а и рисунок ).

а) напорный водовод;

б)самотечно-напорный водовод.

1– резервуар;

2 – насосная станция;

3 – напорный водовод;

4 – водонапорная башня;

5 – линия гидростатического напора;

6 – линия гидродинамического напора;

7 – подземный напорный резервуар;

8 – камера переключения;

9 – самотечно-напорный водовод.

Рисунок 9.1 – Расчетные схемы водоводов

По напорным водоводам (рисунок 9.1, а) воду подают из питающего резервуара с меньшей отметки его свободной поверхности z₁ в питательный резервуар на высоту z₂ . Для этих водоводов линия гидродинамического напора всегда будет находится выше линии гидростатического напора.

В самотечных водоводах (рисунок 9.1, б) отметка уровня воды в питающем резервуаре больше отметок в питаемом на величину располагаемого напора Н=z₁ - z₂ . Для этих водоводов линия гидродинамического напора всегда будет находится ниже линии гидростатического напора.

Напорный и самотечный водоводы работают полным сечением, самотечно-безнапорный – неполным.

Водоводы являются ответственными элементами в системе, к ним предъявляются 2 основных требования: экономичность и надежность подачи воды потребителям.

Для обеспечения безперебойности работы водоводы укладываются обычно в две нитки, которые часто соединяют переключениями, позволяющими выключить на ремонт какой-либо участок в случае аварии на нем.

Допускается укладка водовода в одну нитку при значительной его длине и технико-экономическом обосновании. Если водовод проектируют в одну нитку, необходимо предусмотреть устройства запасных резервуаров (в конце водовода).

Водоводы укладывают из стальных, чугунных асбестоцементных и железобетонных труб. Для предохранения одного трубопровода от разлива в случае аварии на втором расстояние между нитками водовода l принимают в зависимости от материала труб, внутреннего давления и геологических условий следующим образом:

- при диаметре труб до 300 мм – l0,7м;

- при 400( d ( 1000мм – l = 1м;

- при d(1000мм – l = 1,5м.

Трубы должны быть уложены на глубине, обеспечивающей незамерзаемость воды зимой, исключающей возможность не допускающей нагревание ее летом и предупреждающей повреждение труб под нагрузками от движущегося транспорта.

Для обеспечения незамерзаемости глубина укладки труб (считая до дна траншеи) должна быть на 0,5м больше расчетной глубины проникания в грунт нулевой температуры:

(9.1)

За расчетную принимают максимальную глубину проникновения в грунт нулевой температуры Н_пр, определяемую на основании многолетних наблюдений. Для предупреждения нагревания воды в летнее время глубину заложения труб хозяйственно-питьевых водопроводов следует принимать не менее 0,5м, считая от верха труб.

Выбор диаметров труб

Экономически наивыгоднейший диаметр труб напорных водоводов считается такой, при котором приведенные затраты по комплексу взаимосвязанных сооружений «Насосная станция и водовод» будут наименьшими.

Экономически наивыгоднейшим диаметром труб самотечно-напорного водовода считается такой (или комбинация из двух диаметров), которому соответствует наименьшая стоимость водовода при условии обеспечения требуемого напора в его концевой точке. Это условие выполняется при полном использовании располагаемого напора Н.

9.1.2. Совместная работа насосов и водоводов

Совместная работа насосов и водоводов возможна лишь в том случае, если развиваемый насосами напор Н_н, соответствующий их производительности Q_н, будет равен полной высоте водоподъема Н_п, определяемой по формуле (рисунок 9.2 а):

(9.2)

где Н_г – геометрическая высота водоподъема, измеряемая между уровнями воды в питающем (z₁) и напорном (z₂) резервуарах, м;

h_к и h_в – потери напора в коммуникациях насосной станции и водоводе соответственно, м;

Q_н – расход воды, подаваемый насосом, (м³/с) л/с;

S_к и S_в - сопротивления коммуникаций насосной станции и водовода, .

Рассчитать совместную работу насосов и водоводов можно двумя способами: графическим и аналитическим.

Рассчитаем совместную работу насосов и водоводов графическим способом. Для этого на координатную сетку нанесем характеристику насоса Q-H (кривая 1) и по формуле строим характеристику Q-h водоводов (кривая 2).

Координата точки пересечения этих двух кривых определяет значения подаваемого насосом расхода Q_н и развиваемого при этом напора Н_н.

1 – характеристика Q-H центробежного насоса;

2 – характеристика водопроводной системы.

Рисунок 9.2 – График совместной работы насосов и водоводов

При втором способе характеристики Q-H насосов и трубопроводов представляют аналитическими выражениями:

для насосов

(9.3)

для трубопроводов – уравнением (9.2).

Приравняв правые части выражений (9.2) и (9.3), после преобразований получим формулу для определения расхода воды

(9.4)

где Н_ф и S_ф – параметры аналитической характеристики Q-H центробежных насосов, величину которых можно вычислить по формулам

(9.5)

(9.6)

где Н₁ и Н₂ – напоры, развиваемые насосом при подаче соответственно Q₁ и Q₂ (принимаются по справочным данным).

9.1.3. Оборудование водоводов

1).Переключения на водоводах. Количество переключений на водоводах определяют расчетом из условий подачи аварийного расхода (л/с):

(9.7)

где k_сн – коэффициент допустимого снижения подачи воды при аварии;

Q_н - подача воды насосами при нормальной работе водовода, л/с.

Количество переключений, устанавливаемых на водоводе, определяется так:

(9.8)

где n – число участков, на которые разделена перемычками каждая нитка водовода (определяется по разным соотношениям для напорного и для самотечно-напорного водовода).

2). Дополнительные линии. Если требуется увеличить подачу воды по водоводу от существующей насосной станции с известными характеристиками за счет прокладки дополнительной линии, то задача сводится к определению длины или диаметра этой линии.

Как правило, дополнительно прокладываемый трубопровод имеет такую же длину L , как существующие линии водовода. Поэтому необходимо лишь определить диаметр дополнительного трубопровода.

3). Вантузы и водовыпуски.

Вантузы устанавливают в повышенных переломных точках водовода. Они предназначены для выпуска воздуха, выделяющегося из воды.

Водовыпуски устанавливают в пониженных точках трубопровода. Они служат для сброса воды при выключении ремонтного участка, после промывки перед сдачей в эксплуатацию по окончании строительства или после проведения ремонтных работ.

При проектировании и расчете вантузов и водовыпусков следует руководствоваться такими рекомендациями: длина ремонтного участка водовода должна быть не более 5км, время опорожнения ремонтного участка трубопровода должно составлять не более 2ч, а отношение диаметра выпуска к диаметру водовода 0,35.<< предыдущая страница