11. Классификация систем технического водоснабжения.
Техническая вода явл-ся одним из наиболее распространенных видов энергоносителей. Она используется в технологических процессах и в хозяйственно-бытовых целях практически на всех предпр-ях. Расходы технической воды на производственные нужды сильно колеблются в зависимости от назначения и мощности предприятия, а также характера технологических процессов. Нап-р, для производства 1т чугуна расходуется 1200-1600 м 3 /час воды, 1т меди 760-800 м 3 /час, а для производства редкоземельных металлов – 2000-2500 м 3 /час.
Вода на пром-ом предпр-ии исп-ся по 3-м основным направлениям:
1. Производственно-техническое водоснабжение. Вода расходуется на: -охлаждение технологических аппаратов и установок для обеспечения необходимого температурного уровня производственных процессов; -для выработки пара в паровых котлах, системах испарительного охлаждения и в утилизационных установках; — на промывку, мокрую очитку различных материалов, деталей, газов, выбросов и т.д.;- на гидротранспорт, гидроудаление отходов, обогащение материалов; — для приготовления растворов, электролитов и др.смесей.
2.Хозяйственно-питьевое водоснабжение. Вода расходуется на: -приготовление пищи, организации питьевого режима, мытье посуды и т.д.; — обеспечение работы душевых и умывальников; -на хозяйственные нужды в прачечных, влажную уборку помещений и т.д.; — на полив проездов, тротуаров и зеленых насаждений.
3. Пожарное водоснабжение. Вода расходуется на: — тушение пожаров и возгораний; — для организации работы систем автоматического и полуавтоматического тушения пожаров; — для резервного хранения в хранилищах и резервуарах.
Требования, предъявляемые к качеству воды: 1) Для потребителей 1 группы требования, предъявляемые к качеству воды (степень жесткости, мутности, наличие минеральных солей и т.д.) определяются условиями технологического процесса; 2) Наиболее жесткие условия к качеству воды предъявляются потребителями второй группы; 3) Самые низкие требования к качеству воды предъявляются потребителям системы пожарного водоснабжения. Допустимы запах, мутность, взвеси и т.п.
Системы технического водоснабжения – это комплекс сооружений, предназначенный для забора воды из природных источников, повышение ее качества до необходимого уровня, транспортировки потребителю, обеспечение у потребителей необходимого давления, а также для очистки сточных и сбрасываемых вод.
В состав схемы водоснабжения могут входить следующие элементы: 1. Водозаборное сооружение (предназначено для отбора воды из природного источника. 2. Насосная станция первого подъема (предназначена для подачи воды в пруд-отстойник или непосредственно в систему водоснабжения). 3. Пруд-отстойник (служит для предварительной очистки воды; в случае необходимости дополняется установками для осветления воды и т.д.). 4. Резервуар чистой воды (предназначен для хранения определенного количества воды и создания напора у ряда потребителей в случае отключения системы). 5. Пруд-накопитель (предназначен для накопления и хранения воды). 6. Насосная станция второго подъема (предназначена для создания дополнительного напора). 7. Насосная станция третьего подъема (предназначена для подъема воды в бак-накопитель водонапорной башни). 8. Водонапорная башня (назначение – обеспечение необходимого напора у потребителей). 9.Установка ХВО.
Охлаждающие устройства, трубопроводы и арматура. Конструктивное исполнение охлаждающих устройств связано, прежде всего с мощностью системы водоснабжения. Второй параметр, который необходимо учитывать — тип системы. Они могут выполняться в виде баков, открытых водоемов, градирен, прудов с естественной циркуляцией.
Арматура и трубопроводы, используемые в системах водоснабжения, существенно отличаются по диаметру и конструкции. К ним относятся:- трубы водопроводные; -вентили, задвижки, краны, регуляторы и т.д.
В целях возможности проведения ремонта или быстрой замены отдельного элемента системы водоснабжения все трубопроводы, запорно–регулирующая арматура и КИП унифицированы и стандартизированы (нормированы по диаметру).
Градирня — устройство для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями.
Бассейн брызгальный, устройство для охлаждения воды разбрызгиванием её в атмосферном воздухе. Обычно применяются для понижения темп-ры воды, отводящей тепло от компрессоров, теплообменных аппаратов, трансформаторов и т.п. в системах оборотного (циркуляционного) водоснабжения пром-х предп-ий. Охлаждение происходит в основном за счёт испарения части распылённой воды (испарение 1% воды понижает её температуру примерно на 6 °С). Для создания необходимой поверхности контакта с воздухом вода в Б. б. разбрызгивается с помощью сопел, располагаемых на высоте 1—1,5 м над уровнем воды в бассейне. Избыточное давление воды в трубопроводах перед соплами 50—70 кг/м 2 (0,5—0,7 кгс/см 2 ). Тип и число сопел и размеры Б. б. в плане выбираются в зависимости от количества охлаждаемой воды. По сравнению с градирнями Б. б. просты в строительстве и эксплуатации. Однако они обладают сравнительно небольшой удельной охлаждающей способностью, в значительной мере зависящей от скорости и направления ветра.
12. Принципиальные схемы систем пароиспользования и пароснабжения. Основные пароиспользующие установки. Паровые централизованные системы теплосн-я прим-ся в пром-ых районах, при особенно неблагоприятном рельефе местности (наличие оврагов и т. д.), в южных районах, где невелика продолжительность отопительного периода и можно снизить санитарно-гигиенические требования к теплоносителю.
Паровые системы могут быть: с возвратом конденсата; без возврата конденсата.
На пром-ых предпр-ях широко прим-ся паровая система с возвратом конденсата, изображенная на рис. 6. Пар от ТЭЦ или районной котельной поступает в паропровод I, а далее по нему к потребителям теплоты. Конденсат от потребителей теплоты возвращается по конденсатопроводу II к источнику. Конденсат возвращается под давлением конденсатных насосов, установленных у абонентов.
Рис. 6. Паровая система с возвратом конденсата
I– паропровод; II– конденсатопровод; III– вода из водопровода; IV– компрессор; А– паровая система отопления; Б– система горячего водоснабжения с паровым подогревателем; В– технологический потребитель пара с возвратом конденсата; Д– система технологического потребления пара с пароструйным компрессором.
На схеме А показано непосредственное присоединение паровой системы к паровой сети. Пар из паропровода поступает в нагревательные приборы 1, в кот-х отдает скрытую теплоту парообразования и конденсируется. Конденсат ч/з конденсатоотводчик2 собирается в бак 3, из кот-го конденсаторным насосом 4 перекачивается по конденсатопроводу к источнику теплоты. Калориферные установки приточных вентиляционных систем и систем кондиционирования воздуха присоединяются по аналогичной схеме.
Схема Б – предст. собой водяную систему отопления, присоединенную к паровой сети, с применением пароводяного подогревателя 1, в кот-м пар нагревает воду, циркулирующую в системе водяного отопления. Конденсат из подогревателя через конденсатоотводчик сливается в конденсаторный бак, откуда насосом перекачивается по конденсатопроводу II к источнику теплоты. Циркуляция теплоносителя в водяной системе отопления создается насосом 2. На схеме В показано присоединение системы горячего водоснабжения с применением пароводяного подогревателя, аналогичного подогревателю в схеме Б. Схема Г – непосредственное присоединение технологического потребителя пара. Схема Д – система технологического потребления пара с пароструйным компрессором. Используется, если давление пара в сети ниже давления, требуемого технологическими потребителями. Конденсат от технологических потребителей возвращается по нормальной схеме, если пар не смешивается с подогреваемой средой. Рентабельность установок может быть повышена применением струйного компрессора на ТЭЦ.
Рассмотрим паровую систему без возврата конденсата (рис. 7)
Рис.7. Паровая система без возврата конденсата
А – водяная система отопления с пароинжекторным присоединением и системой горячего водоснабжения; Б – паровая система отопления и система горячего водоснабжения; В – система горячего водоснабжения со струйным подогревателем; I – паропровод; II – вода из водопровода.
По этой схеме конденсат используется на месте, у потребителя для ГВС. В этом случае упрощаются сети, но на ТЭЦ или в паровой районной котельной д. б. смонтирована мощная установка по подготовке питательной воды для котельных агрегатов.
На схеме А показано присоединение системы водяного отопления к паровой сети с одновременным решением вопроса снабжения горячей водой для бытовых целей. Пар из паропровода поступает в струйный инжектор 1, при помощи которого производится подсасывание воды из обратной магистрали отопительной системы с одновременным подогреванием воды паром. При недостаточном нагреве воды в инжекторе 1 можно включить в работу инжектор 2, что обычно и применяют при низких температурах наружного воздуха. Избыток воды поступает в расширитель-аккумулятор 3, откуда вода поступает в систему ГВС. При давлении пара ниже статического давления отопительной системы инжекторы устанавливаются в верхних частях зданий.
На схеме Б приводится присоединение системы парового отопления и использование конденсата для горячего водоснабжения. Конденсат из нагревательных приборов попадает через конденсатоотводчики КО в аккумулятор и из него в систему ГВС.
При низких давлениях пара аккумулятор устанавливается в нижней части здания и конденсат стекает в него самотеком. Для подачи конденсата в систему ГВС в этом случае исп-ся насос. По такой же схеме могут присоединяться к паровой сети калориферные установки вентиляционных систем и технологическое оборудование.
На схеме В показано присоединение системы ГВС к паровой сети при помощи струйного подогревателя (эжектора). В эжектор 1 поступают пар и водопроводная вода. Подогретая вода поступает в аккумулятор и из него в систему ГВС. По этой схеме возможен дополнительный подогрев воды непосредственно в баке-аккумуляторе барботажным способом, то есть выпуском пара в воду.
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
