Водоснабжение в промышленности
Обеспечение водой промышленных предприятий является одной из важных народнохозяйственных задач. В подавляющем большинстве отраслей промышленности вода используется в технологических процессах производства. Требования к количеству и качеству подаваемой воды определяются характером технологического процесса. Выполнение этих требований системой водоснабжения обеспечивает нормальную работу предприятия и надлежащее качество выпускаемой продукции.
Неудовлетворительное выполнение системой водоснабжения поставленных задач может привести не только к ухудшению качества продукции или удорожанию производства, но и в ряде случаев к порче оборудования и даже к опасным авариям.
Кроме воды для технологических нужд, на каждом предприятии требуется вода для хозяйственнопитьевых нужд рабочих и служащих, а также для целей пожаротушения.
Важной составляющей в процессе обеспечения водой промышленных предприятий является используемое насосное оборудование и насосы.
Наиболее широкое применение нашли такие насосы, как центробежные типа Д, К, 1ЦНСг, ЦНСп, ЦНСв, конденсатные насосы 1Кс, питательные ЦВК, двухвинтовые 2ВВ и другие. В статье рассматриваются основные отличительные особенности использования воды на нужды производства и дается краткое ознакомление с некоторыми системами и сооружениями, специфичными для водоснабжения промышленных предприятий.
Потребление воды на производственные нужды
Как методы использования воды на нужды производства, так и опеделение требуемых для производства количеств и качеств воды всецело зависят от характера технологического процесса. Вода используется в производстве для весьма разнообразных целей. В качестве основных категорий производственного водопотребления могут быть названы: использование воды для охлаждения, для промывки, замочки, увлажнения, для парообразования, для гидротранспорта, в составе производимой продукции и т. д.
Использование воды для охлаждения имеет масштабы, значительно превосходящие масштабы всех остальных видов потребления воды, причем удельный вес этой категории в общем объеме производственного водоснабжения продолжает расти. К этой категории относятся расходование воды для конденсации пара, отходящего от паровых турбин электростанций, и использование воды для охлаждения различных печей, машин и аппаратуры (металлургическая, нефтеперерабатывающая, химическая промышленность и др.). Вода для промывки, замочки и т.п. расходуется в больших колиествах на нужды бумажной, целлюлозной, шерстеобрабатывающей, текстильной промышленности, промышленности искусственного волокна и др.
Расходование воды на гидротранспорт различных материалов имеет место в самых разнообразных отраслях промышленности (в том числе шлакоолоудаление на теплосиловых станциях, транспортирование шлака в доменных цехах, отходов обогатительных фабрик и т. д.).
Требуемые для производственных целей количества воды определяются в результате технологических расчетов, так же как и требуемые количества топлива, пара, электроэнергии и т. п., и в значительной степени зависят (изменяются) от принятой схемы технологического процесса, типа используемого оборудования и др. Приводимые в литературе удельные нормы расхода воды на единицу продукции, полученные в результате обработки и осреднения фактических данных о расходовании воды промышленностью, могут использоваться лишь для приближенных предварительных расчетов по определению предполагаемых объемов производственного водопотребления.
Одной из специфических особенностей производственного водопотребления является зависимость в ряде случаев количества используемой воды от ее качества, в частности (и наиболее часто) от ее температуры.
Так, вода, используемая для целей охлаждения, должна отводить от охлаждаемой среды (оборудования) определенное количество тепла (в единицу времени). Чем меньшую температуру имеет используемая вода, тем, очевидно, меньше ее потребуется для того же охладительного эффекта. Это обстоятельство обусловливает изменение расхода охлаждающей воды по сезонам года: зимой он меньше, чем летом.
Исключительно важное значение для многих отраслей промышленности имеет соблюдение требований относительно допустимого содержания в используемой воде различных веществ. Требования эти весьма различны для различных технологических процессов и в количественном и в качественном отношении.
Так, вода, используемая для охлаждения, должна не засорять трубки холодильников, не обладать коррозионными свойствами и (как уже сказано) иметь по возможности низкую температуру. Значительная жесткость охлаждающей воды также нежелательна из-за возможности интенсивного отложения солей на стенках холодильников. Вода, используемая для промывочных целей, не должна содержать веществ, отрицательно влияющих на промываемый материал; нежелательно содержание в ней солей, вызывающих увеличение расхода моющих веществ. Для некоторых химических производств требуется удаление из воды различных солей, глубокое осветление воды, удаление из нее растворенных газов и т. п. Выполнение требований производства к качеству используемой воды обеспечивает повышение качества и удешевление продукции.
Следует отметить, что ряд современных производственных потребителей предъявляет к качеству используемой воды столь высокие требования, что им не может удовлетворять ни один природный источник водоснабжения. Эти требования могут быть выполнены только в результате искусственной обработки воды. К таким производственным потребителям относятся, например, современные паровые котлы высокого давления, промышленность полупроводников и др. Режим расходования воды на производственные нужды определяется режимом работы промышленного предприятия и методами использования воды.
В некоторых случаях (в частности, при использовании воды для охлаждения) расходование воды идет почти равномерно в течение суток. Иногда вода расходуется периодически для наполнения в заданное время различных баков, ванн и т. п. Кроме изменения интенсивности расходования воды в течение суток, в ряде случаев для производственного водоснабжения необходимо учитывать отмеченные выше сезонные колебания водопотребления.
Требования отдельных производственных потребителей к свободным напорам на вводах весьма различны и зависят от типа используемого оборудования, высоты производственных зданий и т. п. В некотоых случаях для отдельных агрегатов, требующих подачи воды под повышенными напорами, представляется целесообразным устраивать местные повысительные установки. Недопустимое снижение давлений в водопроводной сети может повлечь за собой снижение расходов воды, подаваемой к охлаждающим установкам, их перегрев или порчу продукции.
Весьма важное значение имеет обеспечение достаточной надежности систем производственного водоснабжения. Ряд предприятий не доускает не только перерыва (даже кратковременного) в подаче воды, но и всякого снижения подачи. Нарушение установленного режима подаводы может привести к серьезным авариям оборудования, причиняющим большой материальный ущерб и опасным для жизни людей; изменение режима подачи или изменение качества подаваемой воды может повлечь за собой ухудшение качества (брак) продукции или расстройство оборудования. Таким образом, обеспечение высокой надежности систем производственного водоснабжения необходимо и с социальной, и с экономической точки зрения.
Особенности систем производственного водоснабжения
Указанные выше требования производственных потребителей к обеспечению их водой (объемы водопотребления, требования к качеству воды и высокие требования к надежности) обусловливают особый подход к выбору насосного оборудования, источника и системы водоснабжения. Большая стоимость систем водоснабжения крупных промышленных предприятий вызывает необходимость весьма глубокого технико-экономического анализа возможных вариантов решения этой проблемы для выбора оптимального варианта. Для некоторых крупных производственных объектов требуются столь большие расходы воды, что часто местных водных источников оказывается недостаточно. Между тем место расположения многих промышленных предприятий в значительной степени диктуется наличием источников сырья, месторождений полезных ископаемых, местного топлива и т. д. В подобных условиях приходится обращаться к использованию удаленных источников воды, достаточно мощных для удовлетворения потребностей предприятия.
Транспортирование больших количеств воды на большие расстояния требует затрат весьма значительных средств на строительство и эксплуатацию соответствующих сооружений. Иногда возникает вопрос о том, где же выгоднее (экономичнее) располагать предприятие — ближе к источникам сырья (топлива) или ближе к источникам воды. В отношении ряда отраслей промышленности (горнорудной, металлургической и т. п.) вопрос решается в пользу расположения предприятия вблизи источников сырья. Однако в некоторых случаях, например при выборе места расположения тепловых электростанций, может оказаться экономически целесообразнее располагать их ближе к источникам воды, чем к источникам топлива. Сокращение дальности транспортирования воды к объекту всегда повышает, кроме того, надежность системы водоснабжения. Таким образом, сам выбор места расположения промышленного предприятия может зависеть от возможности его водообеспечения.
При выборе места расположения промышленного предприятия необходимо также учитывать возможное влияние его на местные природные водоемы. Сточные воды промышленных предприятий часто бывают сильно загрязнены, а иногда и токсичны. Надлежащая очистка больших количеств сточных вод связана с весьма большими затратами. Сброс же сточных вод без достаточной очистки вызывает недопустимое загрязнение водоемов. Как уже было сказано, принятый закон об охране вод устанавливает очень строгие правила по предупреждению загрязнения природных водоемов сточными водами.
Как локальная недостаточность водных ресурсов, так и необходимость резкого уменьшения стоков обусловливают широкое применение в производстве оборотного водоснабжения и повторного использования воды. Сокращение расходов «свежей» воды приобретает не только экономическое, но и гигиеническое значение. Рационализация использования природной воды в производстве может в ряде случаев привести к созданию полностью замкнутых циклов водооборота, при которых практически требуются минимальные отборы свежей воды из источника. В реальных условиях при наличии различных требований к качеству используемой воды и различного качества стоков, зависящих от состава цехов промышленного предприятия, системы оборотного водоснабжения модифицируются и усложняются.
Так, на рис. 1(а) показана схема оборотного водоснабжения при различном качестве сбросной воды в двух группах цехов, т. е. когда цехи одной группы не допускают использования воды, которую сбрасывают цехи другой группы. В этих условиях устраивают изолированные отсеки охлаждающих устойств А и Б, отдельные группы насосов на циркуляционной насосной станции и отдельные подающие водоводы для воды разного качества. На рис. 1(б) показана схема оборотного водоснабжения, при которой цехи одной группы сбрасывают воду, требующую дополнительного осветления в отстойниках. После охлаждения вода подается в обе групы цехов единой системой труб.
В практике производственного водоснабжения получили широкое применение системы последовательного использования воды. Эти системы (рис. 2) устраивают, когда качество воды, сбрасываемой одним потребителем, допускает ее использование другими потребителями Так, потребитель 1 сбрасывает воду нагретую, но не загрязненную. Она может быть использована потребителями 2. Если количество воды, сбрасываемой потребителем 1, превышает потребность цехов 2, ее избыток может поступать в общий сток.
В некоторых случаях вода из оборотного цикла одного потребителя А (рис. 3) после охлаждения частично используется для группы других потребителей Б, т. е. имеет место комбинация оборотного водоснабжения и последовательного использования воды. Системы последовательного использования воды позволяют значительно сократить подачу свежей воды из источника и снизить затраты на водоснабжение предприятия в целом.
На крупных предприятиях, занимающих весьма большую территою, иногда оказывается рентабельным разделение системы их оборотного водоснабжения на несколько отдельных систем — по группам цехов с устройством нескольких блоков охлаждающих сооружений 1 и насосных станций 2 (рис. 4). Такая децентрализация позволяет снить затраты на сооружение водоводов и магистралей в пределах площадки, сократить суммарные расходы энергии на подачу воды и одновременно повысить надежность водоснабжения.
В ряде случаев в системе производственного водоснабжения отдельные потребители (цехи) требуют подачи им воды под существенно различными напорами. Тогда в целях снижения расходов энергии на подачу воды для отдельных групп производственных потребителей устраивают отдельные сети разных напоров, т. е. применяют своеобразное зонирование системы водоснабжения. Таким образом, на одной промышленной площадке могут быть сооружены отдельные системы для подачи воды различного качества, разных температур и разных давлений.
Классификация водопроводов по их назначению
И зоне обслуживания
Основное назначение водопровода определяет его специфические особенности и требования, предъявляемые при проектировании, строительстве и эксплуатации.
По назначению (по объектам водопотребления) водопроводы бывают: коммунальные, производственные, железнодорожные, сельскохозяйственные, для водоснабжения объектов строительства, специальные.
1.Коммунальные водопроводы. Это городские и поселковые водопроводы. Они обеспечивают водой хозяйственно-питьевые, коммунальные и бытовые объекты, а также противопожарные нужды и в ряде случаев промышленные предприятия, находящиеся в черте города. В зоне действия коммунального водопровода могут также находиться промышленные предприятия, которые не используют совсем или используют частично, городскую воду, и имеют свои водопроводы, т.к. городская вода дорогая и при больших производственных расходах становится невыгодно использовать ее для производственных целей. Особенность коммунальных водопроводов – вода используется один раз и после этого отводится в канализацию.
2. Производственные водопроводы. Это водопроводы,обслуживающие потребности промышленных предприятий (охлаждение промышленных агрегатов, получение продукции, промывка сырья, гидротранспорт и другие цели). В отдельных отраслях промышленности около 90% всей производственной воды идет на нужды охлаждения. Охлаждение обеспечивает сохранение прочности агрегатов, нормальные условия работы механизмов, увеличивая срок их службы, обеспечивает требуемый температурный режим работы производственных установок. Современное промышленное водоснабжение – это самостоятельная отрасль. К качеству воды предъявляются особые требования, особенно к температуре, содержанию солей, растворенных газов, биогенных элементов и т.п. Основная масса воды промышленного водопровода обычно идет на производственные нужды и лишь незначительная часть — на хозяйственно-питьевые и противопожарные нужды. Характерной особенностью производственного водоснабжения является многократное использование воды при организации оборотного и последовательного водоснабжения. В последние годы оборотное водоснабжение в промышленности составило в среднем 80 %, а на ряде металлургических комбинатов и тепловых электростанциях 90-95%. Больших значений этот показатель достигает в нефтеперерабатывающей отрасли, на предприятиях черной и цветной металлургии, а также нефтехимии.
К характерным особенностям промышленных водопроводов, по сравнению с коммунальными, следует отнести:
· большой объем водопотребления;
· сложность системы водоснабжения;
· высокий уровень автоматизации;
· повышенные требования к надежности и бесперебойности водоснабжения;
· необходимость регулирования напоров и расходов;
· возможность применения оборотного и последовательного использования воды;
· особые требования к качеству воды.
3. Железнодорожные водопроводы – это частный случай водопроводов промышленного водоснабжения. Предъявляются особые требования к качеству воды для охлаждения (например, дизелей, паровых котлов и т.п.). По мере вытеснения паровой тяги – электрической и дизельной тягой, железнодорожные водопроводы теряют постепенно свою специфику. Но сохраняются такие производственные потребители, как депо, заправка вагонов, мастерские, котельные, компрессорные льдопункты и т. п. Значительная часть воды железнодорожных водопроводов, используется на коммунальные нужды населения поселков, прилегающих к станциям. Особым видом железнодорожных водопроводов являются продольные водопроводы, прокладываемые вдоль железнодорожных линий для водоснабжения станций. Протяженность таких водопроводов составляет сотни километров. Они имеют свои специфические особенности.
4. Сельскохозяйственные водопроводы – это водопроводы, обслуживающие сельскохозяйственное производство и хозяйственно -питьевые нужды сельского населения. Они имеют свои особенности, связанные с большой территорией обслуживания и малой концентрациейпотребителей (для водопоя скота, поливки полей, обеспечения водой тепличных хозяйств, животноводческих комплексов и предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции). Для хозяйственно-питьевых целей и водопоя скота используются подземные воды. Для сельскохозяйственных водопроводов характерна значительная сезонная неравномерность водопотребления.
5. Временные водопроводы для водоснабжения объектов строительства. Для осуществления строительства устраиваются временные водопроводы. Характерной особенностью их является то, что они носят временный характер и обеспечивают водой строительную технику, строительные процессы (приготовление растворов, бетонов и т.п.). Часто вода забирается из существующего городского водопровода. Для объектов строительства, удаленных от городов и населенных мест, устраивается полностью самостоятельный временный водопровод. При строительстве какого-либо объекта, как правило, временный водопровод, затем используется для постоянной эксплуатации.
6. Специальные водопроводы – это водопроводы для водоснабжения бассейнов, фонтанов, стадионов и т. п. К специальным водопроводам также относятся, например, водопроводы газированной углекислой воды на предприятиях, трубопроводы транспортирования водных растворов регентов, специальные противопожарные водопроводы и т. п. Для них установлены специфические требования.
I.2. Основные категории водопотребления промышленных предприятий и их особенности
На промышленных предприятиях можно выделить три основные категории потребителей:
Производственные.
Хозяйственно-питьевые.
Противопожарные.
В общем случае требования к качеству воды у этих потребителей разные. Так для хозяйственно-питьевых потребителей вода должна соответствовать ГОСТу «Вода питьевая» и требования СанПИН, для противопожарного водоснабжения качество воды особого значения не имеет, а для производственных потребителей может изменяться в широких приделах в зависимости от технологических требований конкретного производства.
В ряде случаев все три потребителя могут обеспечиваться водой из одной системы водоснабжения. Чаще устраиваются отдельные системы производственного и хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Противопожарные водопотребители могут обеспечиваться водой из производственного или хозяйственно–питьевого водопровода или из специального противопожарного водопровода.
Назначение воды в производстве:
1. Теплоноситель– при охлаждении продукта через стенку или защиты агрегата от теплового разрушения. В этом случае вода нагревается и практически не загрязняется (тепловое загрязнение);
2. Среда, поглощающая и транспортирующая механические и растворенные примеси (мойка агрегатов, очистка сырья). В этом случае вода загрязняется механическими и растворенными примесями;
3. Комплексный агент (многоцелевого назначения), например, при очистке газов (вода используется как теплоноситель и как растворитель);
4. Растворитель реагентов (обогащение угля, руды и т.п.). В этом случае вода превращается в техническую воду или раствор.
 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 |  |
Рис. 1.1. Схема потребления воды в промышленности для технических целей
В зависимости от выполняемой функции воду в системах производственного водоснабжения можно разделить на следующие четыре категории:
вода I категории используется в качестве теплоносителя (для охлаждения машин, аппаратов); вода нагревается, но не загрязняется;
вода II категории используется на паросиловые нужды (на получение пара);
вода III категории служит в качестве среды, поглощающей различные нерастворимые (механические) и растворенные примеси; (гидротранспорт), загрязняется механическими и растворенными примесями;
вода IV категории служит в качестве растворителя реагентов.
Некоторые данные об использовании оборотной воды в промышленности и энергетике приведены в табл. 1.1.
