Автор: ктн доцент ПТЭ Арсенов Владимир Георгиевич.gom@cterra.ru ВВЕДЕНИЕ Необходимость использования воды в условиях производства Вода на промышленных предприятиях необходима на хозяйственно- питьевые нужды, на пожаротушение, а также для проведения технологических процессов. Количество и качество технической воды, необходимое каждому предприятию, определяется масштабом и характером его технологических процессов. В свою очередь, 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.^ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 1.1 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 3х категорий в зависимости от вида промышленного предприятия и требований бесперебойности подачи воды. 1.2 Основные элементы систем водоснабжения Системы водоснабжения представляют собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающих забор воды из природного источника, очистку и обработку е¨, транспортирование и подачу потребителям требуемых расходов, качества под необходимыми напорами. Кроме того, 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 е¨ 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 СПВ. Перечислим основные элементы систем водоснабжения и укажем их назначение: Водозаборные сооружения, предназначенные для забора воды из природного источника и первичной очистки е¨. Водоподъемные сооружения, т. е. насосные станции, подающие под необходимым напором воду к местам е¨ 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 ¨мкости, предназначенные для сохранения и аккумулирования воды. В системах оборотного водоснабжения есть также сооружения для очистки и охлаждения отработанной воды. Кроме того, во всех СПВ существуют сооружения для очистки сточных вод. ^ Условия расчета сооружений СПВ 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. 1.3 Схемы СПВ 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 СПВ: 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. Рассмотрим первые две схемы – прямоточную схему СПВ и схему СПВ с повторным использованием воды. ^ 1.3.1 Прямоточная схема СПВ 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. ^ 1.3.2 Схема СПВ 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. Различают следующие схемы производственных водопроводов: ^ 1 – речной водозабор;2 – насосная станция 1-го подъема;3 – станция водоочистки;4 – насосная станция 2-го подъема;5 – подающий трубопровод;6 – промпредприятие; ^ 7 – трубопровод отработанной воды;8 – станция очистки сточных вод;9 – сброс воды в реку;10 – водоохлаждающее устройство;^ 11 – сборная камера;12 – насосная станция оборотной воды. Рисунок 1.1 – Прямоточнаясхема СПВ Рисунок 1.2 – Схема СПВ с повторным использованием воды ^ 1.3.3 Оборотная схема СПВ 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 ("15%) повторно используется. В системе оборотного водоснабжения (рисунок 1.3) насосы НС2 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 НС2. 1 – водозаборное сооружение; 2 – насосная станция 1-го подъема; 3 – станция очистки природной воды; 4 – охлаждающая установка; 5 – насосная станция 2 подъема; 6 – станция очистки загрязненных вод; 7 – резервуар очищенной воды; 8 – насосная станция оборотной воды. Рисунок 1.3 – Оборотная схема СПВ 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 НС1 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.2. ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ 2.1. Использование технической воды в промышленности Техническая вода на промышленных предприятиях используется по трем направлениям: 1. От 70 до 89% воды, поступающей на технические цели, используется на промышленных предприятиях в качестве хладоагента, охлаждающего продукцию в теплообменных аппаратах, или для защиты отдельных элементов установок и машин от чрезмерного нагрева. Эта вода нагревается, но не загрязняется охлаждающей продукцией. 2. От 5 до 12% технической воды используется для очищения продукции или сырья от примесей, а также в качестве транспортирующей среды. Эта вода загрязняется и нагревается, если материалы, с которыми она контактирует, имеют повышенную температуру. 3. От 10 до 20% технической воды теряется за счет испарения или входят в состав произведенной продукции (пар, сахар, хлеб и т.п.). ^ 2.1.1. Требования к качеству технической воды По экономическим соображениям, требованиям экологии, а также ограниченным запасам воды в природных источниках на промышленных предприятиях рекомендуется сооружать оборотные системы технического водоснабжения. В оборотных системах технического водоснабжения вода используется многократно. В зависимости от изменения качества воды в процессе ее использования оборотное водоснабжение подразделяется на: 1. «чистые циклы» - для воды, которая при использовании только нагревается; 2. «грязные циклы»- для воды, которая только загрязняется; 3. «смешанные циклы»- для воды, которая при использовании одновременно и нагревается, и загрязняется. Для промышленных предприятий 1-й группы техническая вода регламентируется предельной температурой используемой воды. Она должна быть 300С, а ее оптимальное значение 150С. В системах оборотного водоснабжения карбонатная жесткость воды, используемой как хладоноситель Ca и Mg, не должна превышать Жк 2,8…3,0 мг-экв/л, а допустимая концентрация взвеси принимается в зависимости от скорости движения воды в охлаждающих аппаратах. Эти потребители не допускают повышения содержания механических примесей выше 50…100; сульфатов выше 40; сероводорода выше 0,5; масла выше 1…2; кислорода выше 4…6; сухого остатка выше 1000 (мг/кг) мг/л. Вода, используемая как среда для отмывания и гидротранспортировки материалов, освобождается только от грубодисперсной смеси. Это относится к потребителям 2-й группы. Для потребителей 3-й группы вода должна быть химически очищенной и общее содержание солей в ней не должно превышать 100…2000 мг/кг в зависимости от давления вырабатываемого пара. Практически все потребители технической воды не предъявляют особых требований к ее цвету, запаху, привкусу и содержанию бактерий. Для тушения пожаров и внутренних возгораний используется вода практически любого качества. ^ 2.1.2. Расчетная потребность предприятия в технической воде Расчетная потребность предприятия в технической воде Q в значительной мере зависит от типа используемого оборудования и принятой схемы технологического процесса. Q может определяться только по технологическим данным водопотребляющего оборудования. В справочной литературе приводятся данные по удельным нормам расхода воды на единицу продукции (на единицу веса готового продукта). Данные получены в результате обработки и осреднения величин расходов воды (той или иной отраслью промышленности). Но эти нормы не в полной мере учитывают специфику каждого конкретного предприятия и могут быть использованы лишь для ориентировочных расчетов. Таблица 2.1- Удельные нормы расхода воды No Промышленное предприятие Единица веса готового продукта (кол-во единиц) Удельный расход воды qт , м3 1 Металлургический комбинат 1 т стали1 т чугуна 220-245240-270 2 Трубопрокатный завод 1 т труб 120-130 3 Завод по выплавке свинца 1 т свинца 170-180 4 Завод по выплавке меди 1 т меди 180-310 5 Завод по выпуску соды 1 т соды 95-115 6 Целлюлозно-бумажный комбинат 1 т продукта 320-389 7 Меховая фабрика 1 тыс. шкур овчины 208-289 8 Фабрика по производству ваты 1 т ваты 70 9 Валяльно-войлочная фабрика 1 т изделий 40-96 10 Льнокомбинат 1 т ткани 190-350 11 Пряжекрасильное производство 1 т пряжи 150-300 12 Прядильная фабрика 1 т пряжи 60-210 13 Ситценабивная фабрика 1 т изделий 200-250 14 Клееварочное производство 1 т продукции 120-400 Расчетные расходы воды для технических нужд можно определить так: Тогда где М(с) – количество выпускаемой продукции за сутки. 2.2. Использование хозяйственно-питьевой воды Хозяйственно-питьевое водоснабжение предназначено: 1. для утоления жажды рабочих и служащих предприятия, приготовления пищи и мытья посуды; 2. для помывки работающих на предприятиях в душевых и умывальных установках; 3. на стирку в прачечных, на уборку помещений цехов, служб и отделов; 4. на полив зеленых насаждений, тротуаров и проездов. Для хозяйственно-питьевого водоснабжения вода должна соответствовать ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая», то есть должна быть прозрачной, не иметь запахов, дурных привкусов и не должна содержать болезнетворных бактерий. Содержание же солей в этой воде может доходить до 7 мг-экв/л. ^ 2.2.1. Основные показатели качества хозяйственно-питьевой воды 1. Мутность (содержание взвешенных веществ). Количество взвешенных веществ в воде, подаваемой для хозяйственно-питьевых целей должно быть 1,5 мг/л. 2. Цветность питьевой воды должна быть 20 град. 3. Запахи и привкусы воды. При подогревании питьевой воды от t=20(С до 60(С она не должна иметь запах более 2 баллов и привкус более 2 баллов. 4. Температура воды. Для питьевых целей желательна вода с t=7…12(С. 5. ^ Жесткость воды обуславливается содержанием солей кальция Ca и магния Mg. Различают карбонатную и некарбонатную. Суммарная жесткость воды называется общей жесткостью. Общая жесткость хозяйственно-питьевой воды должна быть 10мг-экв/л. 6. Содержание газов: кислорода О2 , углекислоты СО2 и сероводорода H2S. Присутствие H2S в хозяйственно-питьевой воде не допускается. 7. Содержание соединений железа. В хозяйственно-питьевой воде содержание железа должно быть 0,3 мг/л. 8. Содержание азотистых соединений. В питьевой воде содержание нитратов должно быть 10 мг/л. 9. Содержание сульфатов и хлоридов. Предельно допустимое содержание в воде сульфатов = 500мг/л, хлоридов =350 мг/л. 10. Содержание фтора. Содержание фтора в питьевой воде должно быть 0,7…1,2 мг/л. 11. Содержание растворенных веществ (сухой остаток). В воде для хозяйственно-питьевых целей сухой остаток должен быть 1000мг/л. 12. Активная реакция воды (рН). При нейтральной реакции рН=7, при кислой рН(7, при щелочной реакции рН(7. Хозяйственно-питьевая вода должна иметь рН=6,5…8,5. 13. Бактериальная загрязненность воды. Питьевая вода не должна содержать более 100 бактерий в 1мл. Расходы воды на хозяйственно-питьевые нужды должны производится в соответствии с требованиями СНиП 2.04.01-85. ^ 2.2.2. Расчетное потребление хозяйственно-питьевой воды на предприятии Расходы воды на хозяйственно-питьевые нужды пром. предприятий должны определяться в соответствии с СНиП 2.04.01-85 и СНиП 2.09.02-85. Выбор источника хозяйственно-питьевого водоснабжения должен производится в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.1.04-80. Суммарное расчетное часовое потребление хозяйственно-питьевой воды на предприятии Q определяется на основе СНиП. где Q - расчетный расход воды рабочими предприятия на умывание и мытье рук, утоление жажды и т.п.; Q - расчетный расход воды на душевые установки; Q - расчетный расход воды на полив территории; Q - расчетный расход воды в столовых предприятия. ^ Расчетный расход воды на умывание и утоление жажды На каждого рабочего и служащего предприятия СНиП предусматривает потребление 25л воды в смену в обычных цехах и 45л на человека в смену в горячих цехах. Горячие цеха - цеха с тепловыделением более 80 кДж на 1м3 /ч (более 20 ккал на 1м3 /ч). Эти удельные нормы (qхц ( 25л/чел в смену и qтц= 45л/чел в смену) не включают воду, расходуемую в душевых, столовых и на полив территории предприятий. Расчетный часовой расход воды рабочими и служащими предприятия на умывание и питье за максимальную смену определяется по выражению где k, k - коэффициенты суточной неравномерности потребления воды в обычных и горячих цехах соответственно; принимается =1 для большинства предприятий. k, k - коэффициенты часовой неравномерности в обычных и горячих цехах соответственно; QСР- средний часовой расход воды за максимальную смену, м3/ч; NХЦ, NГЦ- количество работающих в максимальную смену на всем предприятии и в его горячих цехах соответственно, чел;- продолжительность максимальной смены, часы. qхц ( 25л/чел в смену; qгц= 45л/чел в смену. ^ Расчетный расход воды на душевые установки На производствах, связанных с загрязнением тела (или требующих особого санитарного режима), учитывается расход хозяйственно-питьевой воды в душевых из расчета qд = 500 л/час на 1 душевую сетку. Количество душевых сеток nд определяется исходя из численности работающих, которым необходимо пользоваться душем по категории производства. Длительность работы душевых установок принимается равной 0,75 часа после окончания каждой смены. Расчетный часовой расход (м3/ч) на душевых установках предприятия определяется по выражению: Например: Расчетное число человек на 1 душевую сетку определяется по СНиП. ^ Расчетный расход воды на полив территории предприятия Расчетный часовой расход воды (м3/ч) на полив территории предприятия определяется по формуле: здесь n- количество поливов территории определенного вида за сутки, раз/сутки; Fni- площадь поливаемой территории данного вида, м2; qni- расход воды на один полив 1 м2 конкретного вида поливаемой территории, л/м2; для асфальтированных покрытий: qп (асф)=0,3…0,5 л/м2, для зеленых насаждений: qп (зел)=3…6 л/м2;- продолжительность полива территории данного вида, ч/сутки; kni- количество различных видов поливаемых площадей, шт. ^ Расчетный расход воды в столовых предприятия Расчетный часовой расход воды (м3/ч) в столовых предприятия определяется так: где kч- коэффициент часовой неравномерности потребления воды в столовой (kч=1,5);qбл- средняя норма расхода воды на одно приготовленное в столовой блюдо (qбл= 12л/блюдо);nбл- количество блюд, приготовленных в столовой за смену, блюд/смена;- продолжительность смены, часы. Расчетный расход воды на пожаротушение Расход воды на наружное пожаротушение через гидранты нормируется СНиП 2.04.02-84в зависимости от строительного объема производственных зданий, степени огнестойкости их строительных конструкций и категории производства по пожарной опасности, размещенного в рассматриваемых зданиях. Таблица 2.2 - Нормы расхода воды на наружное тушение одного пожараРасчетное количество одновременных пожаров на предприятии принимается в зависимости от площади предприятия: 1. Если промышленное предприятие занимает площадь 2. Если площадь, занимаемая предприятием более 150га, то одновременно могут возникнуть 2 пожара. Для особенно ответственных предприятий расчетное количество одновременных пожаров устанавливают индивидуально органы Госпожнадзора. Продолжительность тушения пожара принимается равной 3 часам, а для зданий I и II степеней огнестойкости с незгораемыми несущими конструкциями – 2 часа. Максимальный срок восстановления пожарного объема воды должен быть не более: 24ч – на пром.предприятиях с помещениями категорий А, Б, В; 36ч – на пром.предприятиях с помещениями категорий Г и Д. ^ Режимы водопотребления (графики водопотребления) Основным фактором, определяющим работу всех элементов системы водоснабжения, является режим расходования воды потребителями, который может быть изображен в виде суточных графиков водопотребления. Пример суточных графиков технического и хозяйственно-питьевого водопотребления пром.предприятия: Рис.1.1 График суточного технологического водопотребления Рис.1.2 График суточного потребления хозяйственно-питьевой воды Суточный график технического водопотребления более равномерен. Из-за разного количества оборудования, работающего в разное время, расход воды в СТВ несколько изменяется. Значение коэффициента часовой неравномерности определяется так: Значение коэффициента суточной неравномерности (представляющего собой отношение максимального суточного расхода к среднему суточному расходу за год) kсможет изменяться в более широких пределах вследствие изменения температуры природной воды по сезонам года. Для оборотных систем водоснабжения по значению Qопределяются диаметры водопроводных сетей. По величине Qс учетом потерь воды и безвозвратного ее потребления определяются диаметры трубопроводов загрязненной и нагретой воды. По значению Qнаходится требуемая производительность насосов оборотного водоснабжения, производительность охлаждающих и очистных сооружений отработанной воды. Суточный график хозяйственно-питьевого водопотребления (рис.1.2) носит пиковый характер из-за больших, но кратковременных расходов воды в душевых и в обеденные перерывы. Для этих потребителей kс1, а коэффициент часовой неравномерности потребления воды kч=3…4. На основании полученных значений Q рассчитываются диаметры водопроводной сети, водоводов и производительность насосов IIго подъема прямоточных систем водоснабжения, не имеющих в своем составе напорной регулирующей емкости.3. НАПОРЫ Системы водоснабжения должны подавать воду потребителям не только в заданном количестве, но и под требуемым напором. В инженерной практике существует понятие необходимого «свободного» напора. 3.1. Свободный напор Разбор воды потребителями, как правило, происходит на некоторой высоте над поверхностью земли в водозаборной точке. Поэтому, в водопроводной сети должно быть обеспечено давление, необходимое для подъема воды на данную высоту. В водозаборной точке должен происходить излив воды и, кроме того, необходимо учесть сопротивление движению воды. То есть в водопроводной сети необходимо иметь внутреннее давление Р, достаточное для подъема воды до наивысшей водозаборной точки и ее излива, а также для преодоления всех сопротивлений на ее пути от сети до точки излива. Иными словами, пьезометрическая высота в любой точке водопроводной сети равняется сумме геометрической высоты подъема воды (над этой точкой) и суммарной потери напора на пути движения воды. Эта пьезометрическая высота, необходимая для нормальной работы водопровода называется «свободным напором», который равен где НГ – геометрическая высота расположения наивысшей водоразборной точки над поверхностью земли, т.е. высота расположения самого высокого (расчетного) водозаборного устройства, м;hи – избыточный напор, необходимый для излива расчетного расхода воды в водоразборном устройстве, м;h– потери напора на пути движения воды от точки присоединения к водопроводной сети до водоразборного устройства, м. Величины hи и h могут быть получены при помощи гидравлического расчета и, следовательно, может быть найдена величина свободного напора Нсв, требуемого в данной точке сети наружного водопровода. В практике водоснабжения при проектировании наружных водопроводных сетей для упрощения расчетов величину необходимого свободного напора Нсв определяют в зависимости от этажности зданий: при одноэтажной застройке Нсв составляет не менее 10м, при большей этажности на каждый этаж добавляют по 4м. Следовательно: где n – количество этажей. Для промышленных предприятий максимальный «свободный» напор принимается по заданию технологов в зависимости от технологии производства и характеристик оборудования. Для систем пожаротушения низкого давления минимальный свободный напор у пожарных гидрантов, устанавливаемых на сети, также должен быть не менее 10м. Для сети противопожарного водопровода высокого давления свободный напор должен обеспечивать высоту компактной струи не менее 10м на уровне наивысшей точки самого высокого здания при подаче по пожарному рукаву длиной 120м и диаметром 66мм расчетного расхода воды 5 л/с. Ориентировочно этот напор можно определить по формуле: где hзд – высота здания, м;= 28м – сумма потерь напора в пожарном гидранте, пожарной колонке, рукавах и спрыске. Напор в сети хозяйственно-питьевого водопровода у потребителя должен быть не более 60м. 3.2. Связь между элементами СПВ в отношении напоров Изобразим вертикальный продольный разрез прямоточной системы производственного хоз-питьевого водоснабжения, на котором покажем положение пьезометрических линий для случая максимального водозабора. Рисунок 3.1 - Вертикальный продольный разрез прямоточной системы производственного хоз-питьевого водоснабжения Рисунок позволяет установить связь между элементами системы водоснабжения в отношении напоров. Самыми неблагоприятно расположенными в отношении напора оказываются точки, дальше всего отстоящие от башни и имеющие наибольшие геодезические отметки. В этих точках будут самые низкие пьезометрические отметки (вследствие падения напора в сети от источника питания до этих конечных точек) и самые малые величины располагаемого свободного напора. Для определения величины расчетного напора, который необходимо создать в начале сети, следует выбрать «критическую» точку сети, самую неблагоприятную как в отношении ее геодезической отметки, так и в отношении удаленности от источника питания. Пусть на рисунке 3.1 такой критической точкой будет точка а (с отметкой za). Отложив в этой точке величину требуемого (в зависимости от этажности) свободного напора Нсв, получим расчетную пьезометрическую отметку для критической точки сети za + Нсв. Требуемая величина Нсв должна быть обеспечена в точке а в любой момент времени, включая период максимального водоразбора, при котором - max. Пьезометрическая линия, характеризующая падение напора в сети при максимальном водоразборе показана на схеме в виде линии б/a/. В точке б должен быть создан такой напор Hб, чтобы при максимальном уклоне пьезометрической линии напор в точке а не падал ниже заданной величины Hсв. Напор Hб обеспечивается расположением на дне бака водонапорной башни на соответствующей высоте. Очевидно, что Отсюда может быть определена расчетная высота башни, т.е. высота расположения дна бака башни над поверхностью земли Расположив башню на возможно более высокой отметки zб, получим при имеющихся отметках наибольшую величину zб - zа, а, следовательно, минимальную величину Hб, т.е. наименьшую высоту башни (наименьшую стоимость). Поэтому водонапорную башню стремятся располагать на высоких отметках. Если в результате расчета будет получена величина Hб 0, то в место башни устраивают напорный резервуар, расположенный на поверхности земли (или частично заглубленный в землю). Такие резервуары всегда будут значительно дешевле, чем башня с той же емкостью бака. Следует иметь в виду, что максимальные Hсв в сети не должны превосходить определенных пределов. Они устанавливаются в зависимости от материала и типа труб и условий эксплуатации сети. В соответствии со СНиП в сетях хоз-питьевого водоснабжения Hсв 60 м. На рисунке показана также пьезометрическая линия для водовода, подающего воду от НС2 до башни. При этом расчетным положением пьезометрической линии, диктующим величину напора насосов, будет такое, при котором конечная точка пьезометрической линии располагается на высоте максимального уровня воды в баке башни, а величина потерь напора в водоводе соответствует максимальному количеству воды, подаваемой насосами по графику работы насосной станции. Напор, создаваемый насосами где zн2 – отметка оси насоса;Hо – расчетная высота бака башни. Следует отметить, что насосы, выбранные для подачи расхода Qн на высоту Hн2 (т.е. при наивысшем уровне воды в баке башни), при более низких уровнях будут работать под меньшими напорами и подавать большие количества воды. Поэтому, действительный график подачи воды будет отличаться от запланированного(при условии постоянного расчетного напора). Можно также установить зависимость между напором Hн1 , создаваемым насосами станции 1 подъема, и свободным напором, который необходимо обеспечить из станции ХВО с учетом отметок местности и потерь напора в трубах. Установленная связь между отдельными элементами системы водоснабжения полностью характеризует режим ее работы при изменении водоразбора в случае нормального водопотребления. 3.3. Расчетные величины напоров в оборотных системах технического водоснабжения Расчетная величина напора в том или ином сооружении СПВ определяется наибольшей высотой расположения оборудования, потребляющего воду; избыточным давлением воды, поддерживающим перед этим оборудованием и величиной гидравлических сопротивлений трубо