Железнодорожный транспорт

К предприятиям железнодорожного транспорта относятся вагонные и локомотивные депо, дезинфекционно-промывочные станции и пункты, промывочно-пропарочные станции, пункты промывки грузовых вагонов, тяговые подстанции, вагоноремонтные и локомотивные заводы, котельные и другие предприятия.

Водоснабжение. На железнодорожном транспорте вода расходуется на следующие нужды, в процентах от общего водопотребления, (%): производственные – 30, хозяйственно-бытовые на рабочих предприятий транспорта и жителей железнодорожных поселков – 60, противопожарные - 10.

На железнодорожном транспорте, как правило, используется объединенная система водоснабжения, при которой вода всем потребителям подается по единой системе трубопроводов.

Наиболее распространенной схемой водоснабжения на железнодорожном транспорте является продольный водопровод (рис. 6).

Рис. 6. Схема продольного водопровода:

А, Б, В, Г – железнодорожные станции; НС – насосные станции перекачки;

ВБ – водонапорные башни; W_Б, W_В, W_Г – регулирующие резервуары

Продольный водопровод строится в одну линию вдоль железнодорожного полотна с запасными регулирующими резервуарами, позволяющими обеспечить водой последовательно расположенные железнодорожные станции и поселки.

Насосные станции перекачки воды для устройства продольного водопровода для равнинной местности при использовании чугунных труб располагают на расстоянии 25 км друг от друга, при использовании стальных труб – 100 км.

На железнодорожных предприятиях воду используют в качестве: теплоносителя – при охлаждении оборудования (компрессоров, двигателей внутреннего сгорания, электропечей); рабочей жидкости – при очистке и промывке подвижного состава, узлов и деталей; сырья – для получения пара в котельных; экстрагента (растворителя) – для приготовления различных технологических растворов.

В зависимости от технологических процессов на предприятиях железнодорожных станций применяются схемы водоснабжения: прямоточная, последовательная, оборотная, комбинированная (рис. 5).

Для большинства технологических процессов железнодорожных предприятий используется оборотная схема водоснабжения, позволяющая многократно использовать производственные сточные воды после их соответствующей очистки или охлаждения.

Нормы расхода воды для различных потребителей предприятий железнодорожного транспорта представлены в табл.6.

Таблица 6

Нормы расхода воды для различных потребителей предприятий железнодорожного транспорта

Потребители	Потребляющая единица	Число потребите-лей в сутки	Норма водопотребления, м3/сут
средняя	максимальная
Производственные нужды
Локомотивное депо	локомотив		1,6	2,6
Вагонное депо	вагон		0,7	0,8
Ремонтно-экипировочное депо	поезд
Котельная на ж.д. станции	котельная
Промышленное предприятие в ж.д. поселке	предприятие
Хозяйственно-питьевые нужды
Пассажирское здание	здание
Пассажирские поезда (заправка водой вагонов)	поезд			15,5
Население поселка	человек		0,12	0,15
Больница поселка	койка		0,3	0,35
Поливка улиц и скверов	1 м2	-	0,0004	0,0005

Водоотведение. В локомотивных и вагонных депо, а также на ремонтных заводах сточные воды образуются при обмывке подвижного состава, очистке узлов и деталей в моечных машинах, гальванической обработке деталей, промывке аккумуляторов, продувке котлов. При этом сточные воды загрязнены нефтепродуктами, минеральной и органической взвесью, щелочами, кислотами, поверхностно-активными веществами (ПАВ), солями металлов.

На промывочно-пропарочных станциях сточные воды образуются при промывке и пропарке цистерн после перевозки в них нефти, нефтепродуктов и других наливных грузов. Такие сточные воды содержат плавающие и эмульгированные нефтепродукты, взвешенные вещества, фенолы.

На дезинфекционно-промывочных станциях вагоны обрабатывают после перевозки в них скота, птицы, мяса, шерсти, кожсырья. При этом сточные воды загрязняются навозом, соломой, остатками перевозимых грузов и содержат болезнетворные бактерии, которые могут вызывать инфекционные заболевания.

На щебеночных заводах сточные воды образуются при промывке щебня, охлаждения дробилок и загрязнены взвешенными веществами и минеральными примесями.

Железнодорожный транспорт является частным случаем промышленности и загрязняющие вещества производственных сточных вод железнодорожного транспорта в основном соответствуют загрязнениям стоков промышленных предприятий. Поэтому для очистки сточных вод предприятий железнодорожного транспорта используются те же методы очистки, что и для промышленных предприятий (п.3.2.).

На местных очистных сооружениях предприятий железнодорожного транспорта обычно происходит совместная очистка производственных и дождевых стоков, собираемых с территории предприятий при выпадении дождей и таяния снегов, поскольку они имеют аналогичные виды загрязнения (взвешенные вещества, нефтепродукты, масла минеральные). После очистки смеси производственно-дождевых сточных вод наибольшая их часть возвращается в оборотную систему водоснабжения, излишки направляются в городскую сеть водоотведения для дальнейшей очистки на канализационных очистных сооружениях (КОС) или сбрасываются в ближайший водоем при соответствующем разрешении.

3.4. Энергетика

Энергетика - отрасль промышленности по производству электроэнергии с использованием водных ресурсов. Существуют следующие типы электростанций: ТЭС – тепловые электростанции, АЭС – атомные электростанции и ГЭС – гидроэлектростанции. Из общего количества вырабатываемой электроэнергии на долю ТЭС приходится 60 %, АЭС - 30 %, ГЭС – 10%.

ТЭС – устанавливаются на берегах крупных рек и водохранилищ. Схема паротурбинной установки представлена на рис. 7.

Рис. 7. Схема паротурбинной установки:

1 – котел; 2 – турбина; 3 – конденсатор; 4 – конденсатный насос; 5 – накопительный резервуар; 6 – подпитывающий насос; 7 – подача химически очищенной воды для восполнения потерь в системе

Работа ТЭС осуществляется следующим образом. Пар, вырабатываемый в котле, подается в паровую турбину, приводящую в действие электрогенератор, с помощью которого механическая энергия превращается в электрическую энергию. Отработанный в турбине пар направляется в конденсатор, в который также подается холодная вода, в результате процесса охлаждения происходит конденсация пара. Конденсат перекачивается в накопительный резервуар конденсатным насосом, туда же подается вода после химической очистки для восполнения потерь в системе водоснабжения. Из накопительного резервуара вода с помощью подпитывающего насоса подается в котел для выработки пара.

Вода на ТЭС расходуется на следующие технологические процессы: выработка пара в котле; конденсация отработанного пара, охлаждение агрегатов; гидротранспорт золы и шлаков.

Расход воды на ТЭС зависит от типа установленного оборудования, вида сжигаемого топлива и принятой схемы водоснабжения. Основным потребителем воды на ТЭС является конденсатор отработанного пара.

Наиболее распространенной для ТЭС является прямоточная или прудовая система водоснабжения (рис. 8).

Рис. 8. Схема прямоточной системы технического водоснабжения ТЭС:

1 – запруда; 2 – насосная станция; 3 – подающий трубопровод; 4 – здание ТЭС; 5 – конденсатор; 6 – трубопровод отвода нагретой воды; 7 – выпуск; 8 – водоем

Прямоточная система водоснабжения не требует больших капитальных затрат и обеспечивает низкие температуры охлаждаемой воды, но может быть использована только на крупных реках с большим расходом речного стока.

Если расход речного стока небольшой, сброс нагретой воды может привести к изменению температурного режима водоема и нарушению биологического процесса в нем. В этом случае целесообразно использовать оборотную схему водоснабжения с охлаждающим устройством (рис. 9).

Рис. 9. Схема охлаждения воды на ТЭС:

1 – брызгальный бассейн; 2 – сифон; 3 – эжектор для включения сифона; 4 – приемный колодец; 5 – насос; 6 – бак для запаса воды; 7 – конденсатор; 8 – здание ТЭС; 9 – трубопровод нагретой воды; 10 – разбрызгивающие воду сопла в брызгальном бассейне

В качестве охлаждающего устройства используются брызгальные бассейны, градирни, пруды-охладители.

Величина безвозвратных потерь воды на ТЭС складывается из естественного испарения с поверхности охладителя (брызгального бассейна,

градирни, пруда-охладителя); потерь воды на охлаждающих устройствах; потерь воды при гидроудалении золы и шлака. Величина безвозвратных потерь воды на ТЭС составляет примерно 3…5 % от валового потребления воды.

АЭС - комплекс сооружений, предназначенный для выработки электрической энергии путем использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции. Технология выработки электроэнергии на АЭС аналогична ТЭС, только вместо парового котла используется ядерный реактор. В качестве распространенного топлива на АЭС используется уран, реакция деления которого, происходит в ядерном реакторе.

Наибольшее распространение получили 3 типа реакторов, различающихся, главным образом, видом топлива, теплоносителем, применяемым для поддержания нужной температуры активной зоны реактора и замедлителем, используемым для снижения скорости нейтронов, выделяющихся в процессе распада и необходимых для поддержания цепной реакции.

1. Ядерный реактор на обогащенном уране, в котором теплоносителем и замедлителем является вода. Тепло, выделяющееся в активной зоне реакторе, за счет цепной реакции деления ядерного топлива, используется для получения пара в парогенераторе, который затем направляется в паровую турбину. Турбина приводит в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую. В реакторе вода используется в следующих технологических процессах:

- в качестве теплоносителя для отвода тепла, образующегося в активной зоне реактора;

- в качестве замедлителя в активной зоне реактора, работающего на медленных нейтронах.

Вода, используемая как теплоноситель, участвует в охладительном цикле водоснабжения и имеет только тепловое загрязнение.

Вода, используемая как замедлитель, участвует в оборотном цикле водоснабжения.

2. Ядерный реактор, в котором теплоносителем является расплав металлов (натрия, свинца), замедлителем - вода, а топливом - природный уран. Использование жидкометаллического теплоносителя позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора, т.к. давление в таком контуре не превышает атмосферное в отличие от водяного контура и избавиться от компенсатора давления. Принцип работы ядерного реактора с «тяжелым теплоносителем» аналогичен предыдущему.

3. Ядерный реактор, работающий на быстрых нейтронах. В реакторе, работающем на быстрых нейтронах, вода в качестве замедлителя в активной зоне не используется, что способствует экономии водопотребления на АЭС.

На рис. 10 представлена схема работы АЭС.

Рис. 10. Схема работы атомной электростанции

В случае невозможности использования водохранилища для конденсации отработанного пара широко используются специальные охладительные башни – градирни, которые благодаря своим большим размерам являются наиболее внушительными сооружениями АЭС.

Для технологических процессов на АЭС используется только обессоленная вода с малой общей жесткостью, Ж_об ≤ 4 мг-экв/л.

Сточные воды на АЭС, загрязнены радиоактивными элементами, поэтому перед использованием их в оборотном цикле стоки проходят систему спецводоочистки для снижения радиоактивности до безопасного уровня.

Экологичность и безопасность работы АЭС обеспечивается жестким выполнением «Правил ядерной безопасности реакторных установок атомных станций» и наличием контрольного оборудования. Аварийная защита АЭС – это совокупность устройств, предназначенных для быстрого прекращения цепной реакции в активной зоне реактора.

ГЭС - этот вид энергетики имеет ряд преимуществ перед ТЭС и АЭС. Гидроэлектростанция не требует топлива и обеспечивает высокий коэффициент использования водных объектов, имеет неисчерпаемые ресурсы гидроэнергии, экологически безопасна. Полная автоматизация работы ГЭС значительно снижает себестоимость электроэнергии.

Плотины, создающие напоры на ГЭС, образуют водохранилища, которые используются для орошения сельскохозяйственных полей, водоснабжения городов и промышленности, воспроизводства рыбных ресурсов, отдыха на воде. Весной водохранилища аккумулируют часть паводковых вод и защищают от затопления земли, расположенные ниже по течению реки.

Плотинные гидроузлы компонуют в различных местах водоемов и в зависимости от места их расположения ГЭС бывают русловые и пойменные (рис. 11).

Рис. 11. Компоновка ГЭС:

а – русловая ГЭС; б – пойменная ГЭС.

1 – судопропускной или рыбопропускной шлюз; 2 – здание ГЭС; 3 – водосливная плотина; 4 – глухая плотина- для создания напора.

Плотинные гидроузлы строят как на равнинных, так и на горных реках. На равнинных реках плотины невысокие, создающие напор до 40 м. На горных реках гидроузлы имеют плотины, создающие напор до 300 м.

На крупных реках строят каскад ГЭС с системой водохранилищ, что позволяет использовать речной сток несколько раз для выработки энергии и обеспечивать регулирование расхода воды на всем протяжении реки.

При многолетнем регулировании речного стока ГЭС использует до 80…90 % его объема.

Здание ГЭС является наиболее сложным техническим сооружением, в котором размещают оборудование для преобразования гидравлической энергии в электрическую.

Для ликвидации неравномерности колебаний нагрузки в электросети ГЭС дополняют гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС), которые дают возможность распределять во времени электрическую энергию путем ее преобразования.