GardenWeb
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.
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.
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.
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.
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 систем производственного водоснабжения
Вода на промышленных предприятиях необходима на хозяйственно-питьевые нужды, на пожаротушение, а также для проведения технологических процессов.
Эффективность работы любого промышленного предприятия во многом зависит от организации снабжения его водой требуемых параметров. Соответствующими свойствами используемой воды и ее расходами, а также сооружением эффективных систем водоснабжения в значительной степени определяется качество и себестоимость выпускаемой продукции. Подача неподготовленной воды приводит к появлению брака, перерасходу топлива и электроэнергии, снижению производительности технологического оборудования и аварийному выходу из строя их элементов.
Для обеспечения надежного и качественного снабжения предприятий водой на каждом из них создается специальная система водоснабжения.
Система водоснабжения: основные понятия и определения
Система водоснабжения промышленного предприятия представляет собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающих забор воды из природного источника, очистку и ее обработку, транспортирование и подачу воды потребителям требуемых расходов и качества.
В системах технического водоснабжения предусматриваются также сооружения и оборудование, необходимое для приема отработавшей воды и подготовки ее для повторного использования, а также станции очистки сточных вод.
Требования к качеству воды хозяйственно-питьевого назначения и воды, идущей на технические цели (технической воды) различны. Поэтому на большинстве промышленных предприятий сооружают отдельную объединенную систему хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения и отдельную систему технического водоснабжения.
В некоторых случаях, например, на предприятиях пищевой промышленности, где значительная доля воды должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» создают единую систему водоснабжения.
А на предприятиях с высокой пожароопасностью вынуждены создавать отдельные системы противопожарного водоснабжения.
Источники водоснабжения
Потребность предприятия в воде всех категорий удовлетворяется из природных источников, которые должны соответствовать следующим основным требованиям:
а) обеспечивать бесперебойное получение необходимого предприятию количества воды с учетом перспективы его развития;
б) подавать воду такого качества, которое в наибольшей степени отвечает требованиям потребителей или позволяет достичь его за счет простой и экологичной обработки исходной воды;
в) обеспечивать возможность подачи воды потребителям с наименьшей затратой средств;
г) обладать такой мощностью, чтобы расчетный отбор воды из него не нарушал сложившуюся экологическую систему.
Правильное решение вопроса о выборе источника водоснабжения для конкретного потребителя требует тщательного изучения и анализа водных ресурсов района, в котором расположен потребитель.
Для водоснабжения промпредприятий используются поверхностные и подземные воды. Поверхностные источники – это реки, озера, реже моря; подземные источники – грунтовые и артезианские воды, и родники.
Вода в большинстве рек обладает значительной мутностью, высоким содержанием органических веществ и бактерий, а часто и значительной цветностью. Наряду с этим речная вода характеризуется относительно небольшой жесткостью.
Вода озер обычно отличается весьма малым содержанием взвешенных веществ (т.е. малой мутностью). Качество всех поверхностных вод сильно зависит от атмосферных осадков и таяния снегов, в период паводков их мутность и бактериальная загрязненность возрастает, а жесткость снижается.
Подземные воды, как правило, не содержат взвешенных веществ (т.е. весьма прозрачны), обладают низкой бактериальной загрязненностью, но наряду с этими положительными качествами во многих случаях сильно минерализованы. В зависимости от характера растворенных в них солей, они могут обладать теми или иными отрицательными свойствами: повышенной жесткостью, наличием неприятного привкуса и некоторыми другими.
Вопрос о выборе источника водоснабжения является одним из главных при проектировании систем производственного водоснабжения, т.к. он определяет наличие в ее составе тех или иных сооружений, а, следовательно, стоимость строительства и эксплуатации.
При выборе источника водоснабжения следует учитывать качество воды и его мощность.
Выбор источника воды определяется главным образом местными природными условиями, поэтому предварительно проводятся топографические, гидрологические, санитарные и другие изыскания.
- Для хозяйственно-питьевого водоснабжения рекомендуется использовать подземные источники воды, отказ от которых требует всестороннего обоснования. СНиП 2.04.02-84 запрещает использовать подземные воды питьевого качества для нужд, не связанных с хозяйственно-питьевым водоснабжением.
- При наличии нескольких источников воды прибегают к технико-экономическому сравнению возможных вариантов.
- Для забора воды из природного источника и частичной очистке ее сооружаются водозаборные сооружения (ВЗС).
- Выбор источника должен производиться согласно ГОСТ 17.1.1.04-80.
Характеристика подземных вод
Подземные воды образуются вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).
Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность.
Безнапорные подземные воды первого от поверхности земли водоносного горизонта называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при их использовании в большинстве случаев необходима очистка.
Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты полностью. Артезианские воды, как привило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев для хозяйственно-питьевых целей могут использоваться без очистки.
В колодцах или скважинах, вскрывающих напорные водоносные горизонты, вода поднимается до некоторой пьезометрической линии. Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, то наблюдается излив воды.
Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии забора воды, называется статическим. При безнапорных водах статический уровень совпадает с уровнем подземных вод, в при напорных водах – с пьезометрической линией.
При откачке воды из колодца уровень ее снижается, причем тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называется динамическим.
Безнапорные и напорные воды могут выходить на поверхность земли в виде родников. Выход безнапорных вод называют нисходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством и может использоваться без очистки.
Классификация систем водоснабжения
Системы водоснабжения классифицируются по следующим признакам:
— по виду водоисточника – с использованием поверхностных вод; с использованием подземных вод; смешанные;
— по способу подъема воды – нагнетательный, в которых вода к потребителям подается насосами; самотечные (гравитационные); комбинированные;
— по назначению – технологические, хозяйственно-питьевые, противопожарные, объединенные;
— по видам обслуживаемых объектов – городские, промышленные, сельские;
— по территориальному охвату водопотребителей – местные (локальные), предусматривающие водоснабжение отдельных объектов (предприятия, фермы, группы зданий), централизованные, обепечивающие водой всех потребителей, расположенных в данном городе, поселке;
— по характеру использования воды – прямоточные, в которых воду после однократного использования выпускают в канализацию, прямоточные с повторным использованием воды, оборотные, в которых воду после использования для технических целей очищают и охлаждают, затем многократно используют на том же объекте;
— по надежности – одной из 3 х категорий в зависимости от вида промышленного предприятия и требований бесперебойности подачи воды.
Система водоснабжения должна обладать определенной степенью надежности, т. е. Обеспечивать снабжение потребителей водой без снижения установленных показателей своей работы в отношении количества и качества подаваемой воды (перерывы в подаче воды, снижение подачи воды, ухудшение её качества в недопустимых пределах).
После определения необходимого объема водопотребления объекта и сбора сведений о возможных для использования природных источниках, выбирается конкретный источник водоснабжения и намечается схема системы водоснабжения.
Перечислим основные элементы систем водоснабжения и укажем их назначение:
- Водозаборные сооружения, предназначенные для забора воды из природного источника и первичной очистки её.
- Водоподъемные сооружения, т. е. насосные станции, подающие под необходимым напором воду к местам её очистки, хранения или потребления.
- Сооружения для очистки и улучшения качества природной воды – станции ХВО.
- Водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования и подачи воды потребителям.
- Регулирующие и запасные ёмкости, предназначенные для сохранения и аккумулирования воды.
- В системах оборотного водоснабжения есть также сооружения для очистки и охлаждения отработанной воды. Кроме того, во всех системах производственного водоснабжения существуют сооружения для очистки сточных вод.
Система водоснабжения представляет собой сложный комплекс сооружений, взаимосвязанных в работе. Сооружения должны быть рассчитаны так, чтобы обеспечивалась их четкая работа в общей цепи, а потребитель в результате получал нужное количество воды заданного качества под необходимым напором.
С этой целью для каждого из сооружений строго установлены расчетные расходы:
Максимальный суточный расход, на который рассчитываются водозаборные сооружения, очистная станция, резервуар и насосные станции первого и второго подъема.
Средний часовой расход в сутки наибольшего водопотребления, необходимый для установления расчетной (средней) часовой производительности водозаборных сооружений, очистной станции и расчета водоводов первого подъема.
Максимальный часовой и соответствующий ему секундный расход воды, на которые рассчитывается водопроводная сеть и производительность насосной станции при подаче пожарного или максимального хозяйственного расхода без напорно-регулирующих сооружений.
Схемы систем производственного водоснабжения
Системы водоснабжения устраивают по определенным схемам, которые представляют собой совокупность сооружений водопровода и последовательность расположения их на местности.
Проектирование любого водопровода начинается с вычерчивания его схемы в плане и определения состава сооружения.
Обычно в начальной стадии проектирования составляют две (или более) возможные схемы водоснабжения, которые являются вариантами проекта будущего водопровода. Затем проводится технико-экономический расчет – сравнение вариантов, выбирают наивыгоднейший.
По выбранной схеме окончательно проектируют и рассчитывают все устройства СПВ.
Существуют 3 основные схемы системы водоснабжения: прямоточная схема, прямоточная с повторным использованием воды и оборотная. Существуют также комбинированные схемы водоснабжения. Название систем водоснабжения в инженерной практике повторяет название соответствующей схемы.
Ту или иную схему СПВ реализуют в зависимости:
1. от мощности источника и его характеристики (поверхностные или подземные воды, качества воды в нем и т.д.);
2. удаленности источника воды от промплощадки;
3. требований, предъявляемым предприятием к качеству воды;
4. характера загрязнения воды после ее использования;
5. климатических условий местности.
Прямоточная схема системы водоснабжения
При работе прямоточной системы (рисунок 1.1) из источника водоснабжения забирается все необходимое потребителям количество воды. Поэтому, производительность водозаборных устройств, очистных сооружений и насосов первого подъема приходится выбирать из условий покрытия полной потребности предприятия в воде за сутки максимального водопотребления. Это увеличивает размеры и мощности этих элементов, а, следовательно, удорожает их. Возрастает и потребление электроэнергии. Кроме того, требуется выбрать источник с достаточным дебитом воды. Недостатком прямоточной системы является и то, что отработавшая вода сбрасывается в природные водоемы, дебит которых должен позволять поглотить эти сбросы без нарушения экологического равновесия.
Прямоточная схема применяется для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, т.к. повторное использование воды этими потребителями исключается! Данная схема водоснабжения реализуется в пищевой и фармацевтической промышленностях как технологические.
 |  |
| Рисунок 1.1 – Прямоточная схема системы производственного водоснабжения | Рисунок 1.2 – Схема системы производственного водоснабжения с повторным использованием воды |
Схема системы производственного водоснабжения с повторным использованием воды
Если среди потребителей технической воды имеется потребитель с большим расходом, сбросная вода от которого по количеству и всем параметрам может удовлетворять остальных потребителей, то в этих случаях применяют систему повторного использования воды (рисунок 1.2). Эта система работает по прямоточному режиму, но из источника забирается только то количество воды, которое необходимо потребителю с большим расходом, а остальные используют его сбросную воду.
Данная система позволяет сократить количество забираемой природной воды и сбрасываемых стоков, снизить производительность и удешевить всю систему водоснабжения.
Оборотная схема системы производственного водоснабжения
Оборотные системы открывают большие возможности в удешевлении системы водоснабжения, сокращении потребления свежей воды и сбросов загрязненных стоков.
Для создания оборотной СПВ используется то обстоятельство, что 70…85% технической воды в технологических аппаратах только нагреваются и после охлаждения могут использоваться повторно. В данных системах можно использовать и ту часть технической воды, которая загрязняется сравнительно легко удаляемыми примесями. После очистки вода (около 15%) повторно используется.
В системе оборотного водоснабжения (рисунок 1.3) насосы НСII подают воду через водопроводную сеть потребителям. Нагревшаяся и загрязнившаяся у потребителей вода по системе трубопроводов направляется на станцию очистки загрязненных вод (ОЗВ). Прошедшая очистку, но еще теплая вода собирается в резервуаре (РОВ), а из него насосами станции оборотной воды (НОВ) подается на охлаждающие устройства (Гр). Охлажденная в нем вода опять подается потребителям насосами НСII.
 |
| Рисунок 1.3 – Оборотная схема системы производственного водоснабжения |
При работе оборотной системы часть воды теряется: с уносом, испарением и продувкой из охлаждающих устройств; с утечками через неплотности и за счет сброса в канализацию воды загрязняющейся у потребителя примесями, не разрешающими ее повторное использование. Для компенсации этих потерь из природного источника забирается соответствующее количество воды и насосами НС I направляется на станцию ХВО. Очищенная вода сливается в бассейн охлаждающих устройств. Для поддержания солевого баланса из бассейна ведется непрерывная продувка части воды в канализацию.
Оборотные системы сооружаются как по техническим условиям, экологическим требованиям и экономическим соображениям.
По техническим условиям применения данной системы может оказаться просто необходимо потому, что дебет имеющегося природного водоисточника недостаточен для осуществления прямоточного водоснабжения.
Необходимость оборотных систем обуславливается и экологическими требованиями. Применение оборотных систем позволяет снизить количество сбросов загрязненной воды в водоемы. Наиболее ценны с экологической точки зрения оборотные системы без сброса продувки – бессточные системы. В бессточных (замкнутых) системах водоснабжения на предприятиях вместо свежей воды используется доочищенная до норм качества технической воды смесь промышленных и бытовых сточных вод, предварительно прошедшая биологическую очистку. Биологически очищенные сточные воды, используемые в техническом водоснабжении, должны отвечать техническим, экономическим и санитарно-гигиеническим требованиям. Но и при соблюдении соответствующих норм такая вода не может использоваться в пищевой, мясомолочной и фармацевтической промышленностях.
Из экономических соображений использование оборотных систем водоснабжения позволяет снизить затраты на сооружение водозаборных устройств, насосных станций первого подъема, водоводов, очистных сооружений природной воды и канализационных линий.
Автор:
ктн доцент ПТЭ Арсенов Владимир Георгиевич
