Тема 4. Методы определения расчетной потребности в воде

Система водоснабжения представляет собой комплекс сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, ее очистки, хранения, подачи и распределения между потребителями.

Согласно существующей классификации по видам потребителей заводские системы водоснабжения подразделяются на три группы: производственная, хозяйственно-питьевая и противопожарная.

При проектировании системы водоснабжения любого объекта прежде всего должно быть определено, сколько воды и какого качества требуется подавать на данный объект. Для решения этой задачи необходимо с возможно большей полнотой учесть все категории потребителей и установить их требования к количеству и качеству подаваемой воды.

4.1. Производственная система водоснабжения.

Требования к количеству и качеству воды, используемой в технологическом процессе, определяются характером самого процесса. Выполнение этих требований системой водоснабжения обеспечивает нормальную работу предприятия и надлежащее качество выпускаемой продукции.

Различают два основных способа подсчета количества воды, расходуемой в технологических процессах.

При первом способе устанавливают расход воды на единицу продукции (на 1 тонну стали, чугуна, проката).

По второму способу расход воды устанавливают из расчета количества воды, подаваемого к каждому агрегату за единицу времени (например, за 1 час).

Рекомендуемые нормы расхода воды для любого производства могут быть определены с использованием статистических сведений о расходе воды на аналогичных предприятиях и проверены практическими замерами на действующих агрегатах. Эти нормы не являются постоянными и уточняются проверкой на практике. В процессе уточнения рекомендуемых норм при обследовании действующих металлургических агрегатов нельзя ограничиваться просто замерами расходов воды, так как эти расходы могут не соответствовать действительной потребности. При замерах необходимо постоянно уменьшать количество подаваемой воды и, таким образом, установить тот минимальный расход, при котором работа агрегата протекает еще нормально при максимальной производительности.

Необходимо учитывать те обстоятельства, которые могут влиять на расход воды, например, степень амортизации агрегата, состояние охладительных устройств, качество и температуру подаваемой воды, качество огнеупорной кладки и т.д. Определенные расходы воды могут значительно превышать действительные, т.к. расход воды на единицу продукции сильно колеблется и бывает различным на аналогичных предприятиях, поскольку зависит от типа применяемого оборудования и аппаратуры, схемы технологического процесса и местных условий.

Нормы водопотребления тесно связаны с величиной напора в подводящей водопроводной сети. Величина напора, в первую очередь, зависит от гидравлической характеристики устройств, к которым подается вода. Чем менее совершенен аппарат, тем больший требуется напор. Обычно в конструкции охлаждающих устройств имеется много местных сопротивлений (повороты, изменение формы и величины поперечного сечения, запорная и регулирующая арматура и т.д.). Большое значение имеет и состояние внутренней поверхности аппарата-водопотребителя, которое изменяется в зависимости от отложений механических примесей, солей жесткости, коррозии.

Напор Н в подводящем трубопроводе перед агрегатом, называемый свободным, обычно отсчитывают от точки присоединения подводящего трубопровода к магистральному. Он равен:

H = h_г + h_из + Σh_пот,

где: h_г – геометрическая высота подачи;

h_из – остаточный напор на излив;

Σh_пот - сумма потерь напора в подводящей сети, водопотребителе и обратной сети до сброса в систему канализации.

Все эти величины могут быть определены теоретически в результате гидравлического расчета охлаждающей системы.

На нормы водопотребления на производственно-технические нужды большое влияние оказывает разница температуры воды до и после охлаждаемого элемента. Однако здесь требуется дифференцированный подход. Так, для металлургических печей начальная температура воды практически никакого влияния не оказывает, так как разность между температурой охлаждаемого агрегата (например, мартеновской печи) и температурой охлаждающей воды настолько велика, что небольшое колебание начальной температуры воды практически не влияет на количество уносимой водой теплоты. Если же рассматривать конденсаторы паровых турбин, то начальная температура охлаждающей воды существенно влияет на коэффициент полезного действия всей установки.

Температура воды имеет большое значение и при очистке газов доменных и сталеплавильных печей. Так, по условиям транспортировки и сжигания доменного газа его температура после газоочистки не должна превышать 35⁰С. Температура отходящих газов мартеновских печей должна быть такой, чтобы исключить возможность конденсации водяных паров на выходе из дымовой трубы, иначе может со временем произойти разрушение трубы.

4.2. Хозяйственно - питьевая система водоснабжения.

Предназначена для удовлетворения хозяйственно-питьевых и бытовых нужд персонала завода. От этой же сети обеспечиваются потребители, предъявляющие повышенные требования к качеству воды (кондиционеры в системах вентиляции горячих цехов, химические лаборатории). В цехах с незначительным расходом производственной воды (1-3 м³/сутки) потребителей иногда обеспечивают от сети хозяйственно-питьевого водопровода, что позволяет не строить производственную сеть.

Хозяйственно-питьевой водопровод проектируют общий для всего промышленного узла, включающего как предприятия этого района, так и жилой сектор, расположенный рядом. Расчет и проектирование систем хозяйственно-питьевого водопровода обусловлены нормами строительного проектирования, которые являются общими для городов и промышленных предприятий. Эти нормы периодически уточняются и изменяются.

Как правило, хозяйственно-питьевой водопровод металлургического завода питается водой от районного хозяйственно-питьевого водопровода. Поэтому решение системы хозяйственно-питьевого водопровода на заводе сводится к решению разводящих сетей.

На размеры сооружений районного водопровода и сетей завода большое влияние оказывает наличие пиковых расходов хозяйственно-питьевой воды. Типичный пиковый расход – расход воды на душ. Число душевых сеток рассчитывают, исходя из пропуска всех пользующихся душем за 45 минут после окончания смены. На это три раза в сутки расходуется до 60-70% общего суточного расхода хозяйственно-питьевой воды на заводе.

Чтобы чрезмерно не увеличивать сечение сетей, на территории завода сооружают водонапорные башни, служащие для аккумуляции воды. В отдельных случаях вместо водонапорных башен строят подземные резервуары с насосной станцией. Это снижает затраты на строительство, но усложняет эксплуатацию, так как требует постоянного наблюдения и обслуживания насосов. Если на заводе имеется станция подкачки воды, то замена водонапорной башни подземным резервуаром является рациональной.

Строительство систем хозяйственно- питьевого водопровода обычно отстает от нужд потребителей. Поэтому важно максимально экономить питьевую воду, заменяя ее, где только возможно, не такой дефицитной технической водой.

4.3. Противопожарная система водоснабжения.

Устройство наружного противопожарного водопровода обязательно для каждого завода. Противопожарный водопровод может быть выполнен в 2-х вариантах: низкого давления и высокого давления.

Водопровод низкого давления должен обеспечить подачу воды к месту пожара в необходимом количестве с напором 7-10 м водяного столба, достаточным для работы мотопомп и автонасосов.

Водопровод высокого давления должен обеспечить подачу необходимого количества воды к месту пожара с требуемым для тушения пожара напором.

Как правило, противопожарный водопровод совмещается или с производственным, или с хозяйственно-питьевым, или с тем и другим одновременно.

При противопожарном водопроводе низкого давления обязательным условием является наличие пожарных проездов для подъезда пожарных машин к любой точке возможного возникновения пожара и возможность проезда к каждому гидранту. Там, где это невозможно, требуется устройство противопожарного водопровода высокого давления с установкой, в случае необходимости, специальных пожарных насосов в насосной станции, повышающих расход и напор в сети во время пожара.

Экономически системы противопожарного водопровода высокого и низкого давления равноценны, однако у системы высокого давления имеется ряд существенных недостатков:

- усложняется система автоматики насосной станции;

- периодическое повышение давления в сети (при пожаре или проверке системы) может отрицательно сказаться на работе сети (нарушение герметичности стыков);

- пожаротушение возможно лишь после включения насосов;

- требуется защита оборудования, не допускающего большого повышения давления в сети (конденсаторы электростанций);

- при повышении напора в сети расход воды на производственные агрегаты возрастает, поэтому противопожарные насосы должны иметь резерв на покрытие этого увеличения расхода воды в системе.

Проектирование специального противопожарного водопровода высокого давления для металлургических заводов нормами не разрешается.

В некоторых случаях в сети производственного или хозяйственно-питьевого водопровода завода создается напор, достаточный для пожаротушения непосредственно из сети.

К таким случаям относятся:

1. Производственно-противопожарный трубопровод доменного цеха и прилегающих к нему цехов. Для охлаждения доменной печи требуется напор 60-80 м вод.ст. Таким образом, при совмещении противопожарного водопровода с производственным в сети всегда будет напор, достаточный для тушения пожара.

2. Водоводы от источника водоснабжения к заводу, проходящие через высоты с отметками, которые могут обеспечить требуемый пожарный напор на заводе. В этом случае при объединении противопожарного водопровода с водопроводом свежей воды в сети всегда будет достаточный для пожаротушения напор. Резервуары для хранения пожарного запаса и запаса воды на регулирование неравномерности водопотребления завода следует располагать на этих же высотах.

3. Хозяйственно-питьевой противопожарный районный водопровод при

расположении завода ниже городской застройки. В отдельных случаях при этом обеспечивается напор в заводской сети до 50-60 м вод.ст., что достаточно для пожаротушения.

В зависимости от ширины здания (менее 30 м и менее 60 м), степени огнестойкости здания (I–V для зданий шириной < 30 м; I–II для зданий шириной < 60 м), категории производства по пожарной опасности (А, Б, В, Г, Д), объема зданий(от 3 до 800 тыс.м³) нормы расхода воды на пожаротушение варьируются от 0,01 м³/с до 0,1 м³/с

Тема 5. Схемы и состав основных сооружений системы производственного водоснабжения.

По характеру использования воды имеются следующие системы производственного водоснабжения:

- прямоточная;

- последовательная;

- оборотная;

- смешанная, включающая прямоточное и последовательное или оборотное использование воды.