Расчет системы подачи и распределения воды

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В городах и на промышленных предприятиях вода расходуется на хозяйственно-питьевые, производственные нужды, полив территорий, а также на пожаротушение.

Обеспечение населения водой питьевого качества повышает уровень благоустройства городов, улучшает их санитарное состояние и предохраняет людей от различных эпидемических заболеваний.

Интенсивное развитие промышленности во всём мире с каждым годом приводит к увеличению расхода воды, используемое для производственных целей. Часто этот расход превышает общее количество воды, используемое на хозяйственно-питьевые нужды.

В промышленности воду используют в качестве сырья при изготовлении продукции, среды, в которой протекают технологические процессы, а также для охлаждения оборудования и других целей. Во многих случаях вода находится в непосредственном контакте с сырьем или продукцией. Качество воды и затраты на ее подачу оказывают непосредственное влияние на потребительские свойства и себестоимость продукции.

Для целей пожаротушения воду используют сравнительно редко, но в больших количествах за короткий промежуток времени.

Чтобы обеспечить водой потребителей строят систему водоснабжения -- комплекс инженерных сооружений, а также мероприятий, обеспечивающих получение воды из природных источников, ее очистку, транспортирование и подачу в точки разбора. Система подачи и распределения воды - совокупность водопитателей, регулирующих емкостей и трубопроводов (СПРВ) - является составной частью системы водоснабжения.

В целях совершенствования подачи и распределения воды потребителям города и повышения бесперебойности подачи воды систему необходимо автоматизировать. Примеры автоматизации систем подачи и распределения воды могут быть существующие системы водоснабжения города Зеленограда и частично системы города Уфы. В этих системах контроль за набором и расходом воды у каждого потребителя осуществляются с помощью датчика набора и расхода воды. Вся информация по датчикам концентрируется на диспетчерском пункте городского водоканала. При снижении подачи воды и напора в диктующих точках сети. Команды автоматически передаются на насосные станции для включения дополнительных насосов. При необходимости регулирования подачи воды в диктующих точках обеспечивается за счет перепусков расходов воды по магистральным линиям за счет переключения запорной арматуры с электроприводом (включение и выключение которых выполняется автоматически). Чтобы обеспечить автоматизацию проектирования систем подачи и распределения воды необходимо в первую очередь определить условия функционирования системы, ознакомиться с исходными данными объекта и выбрать оптимальный состав сооружения и оборудование.

1. Анализ исходных данных

В соответствии с заданием к проекту система водоснабжения города и промышленного предприятия предусматривается для населенного пункта центральной части России.

На его территории площадью 280 га размещаются 2 района: 1 -й район - 150 га, 2-й район - 130 га. Плотность населения в 1 районе- 250 чел/ га., во 2-м - 200 чел/га. Численность города : 37500+26000=63 500 человек.

Жилые дома имеют 2-5 этажей, в 1-м районе централизованное горячее, во 2-м - дома оборудованы ванными и местными водонагревателями.

По заданию 10% территории города поливается. Причем, механизировано поливается 90% заданной территории.

В городе два основных предприятия: комбинат легкой промышленности №1 и металлургический комбинат №2. Ниже в таблице приведены исходные данные по этим предприятиям.

На промышленных предприятиях требуется вода питьевого качества и условно чистая.

Табл. 1

Предприятие	Смены	Число часов работы	Расход воды на технические нужды, м/час	Требуемый напор, м	Основные требования к качеству потребления воды
I	1 2	7-15 15-23	4,96	16	питьевого качества
II	1 2 3	7-15 15-23 23-7	28	20	условно-чистая

Табл. 2. Данные для определения хозяйственно-питьевого и противопожарного водопотребления на промышленных предприятиях

№ предприятия	Характеристика промышленного предприятия для выбора норм противопожарного водоснабжения	Количество рабочих
		смены	часы рабочих в смену	всего рабочих в смену	в цехах, % от общ. кол-ва рабочих в смену	пользующихся душем, % от количества рабочих в цехах
					хол.	гор.	хол.	гор.
1	Степень огнестойкости здания -	1	7-15	1186	70	3	20	100
	Объем наибольшего здания - 18000 м3	2	15-23	970	70	30	20	100
2	Степень огнестойкости здания -	1	7-15	1293	60	40	20	100
	Категория производства по пожарной опасности - Б	2	15-23	1067	60	40	20	100
	Объем наибольшего здания - 400 тыс. м3	3	23-7	873	60	40	20	100

Табл. 3

Предприятие	Смена	Количество рабочих в смену, чел	Количество рабочих пользующихся душем, чел.
		всего	В хол. цехах	В горячих цехах	В хол. цехах	В горячих цехах
1	1	1183	830	356	166	356
	2	970	679	291	136	291
2	1	1293	776	517	155	517
	2	1067	640	427	128	427
	3	873	524	349	105	349

Согласно СП 31.1333-12(Водоснабжение, наружные сети и сооружения 2012г.) коэффициенты часовой неравномерности водопотребления на хоз.питьевые нужды на промышленном предприятии принимаются:

К=2,5 - для холодных цехов и К= - для горячих цехов.

Нормы хоз.питьевого водопотребления: в горячих цехах - 45 л/чел, в холодных цехах - 25 л/чел. в смену. Продолжительность пользования душем - 45 минут = 0,75 часа после окончания смены.

Расход воды в столовой на приготовление 1 блюда - 16 л (СП 31.1333-12)

Количество блюд приготовленных в столовой определяется из расчета:

Nблюд = Nчел * 0,9

Расход воды на душевые нужды:

Q= q * T * N/ Nо ,

где q - 500 л/чел - норма расхода воды на душевые нужды, Т - продолжительность пользования душем, часы, N - количество человек, принимающих душ, Nо - количество людей, которое приходится на 1 душевую сетку.

Соответствующие данные расчета расходов воды на промышленных предприятиях приводятся ниже в таблицах.

Табл. 4

Смены	Предприятие №1
	Хозяйственно-питьевые нужды	Столовая	Душевые нужды
	Холодный цех	Горячий цех	Nблюд	Q, м/ см	Холодный цех	Горячий цех
	Nчел	N=25 л/чел	Q, м/ см	Nчел	N=45 л/чел	Q, м/ см			Nчел	Q, м/ см	Nчел	Q, м/ см
1	830	25	20,75	356	45	16,02	1067	17,07	166	12,45	356	26,7
2	679	25	16,98	291	451	13,1	873	13,97	136	10,2	291	21,83
Смены	Предприятие №2
	Хозяйственно-питьевые нужды	Столовая	Душевые нужды
	Холодный цех	Горячий цех	Nблюд	Q, м/ см	Холодный цех	Горячий цех
	Nчел	N=25 л/чел	Q, м/ см	Nчел	N=45 л/чел	Q, м/ см			Nчел	Q, м/ см	Nчел	Q, м/ см
1	776	25	19,4	517	45	17,46	1164	18,62	155	11,63	517	29,1
2	640	25	16	427	45	14,4	960	15,36	128	9,6	427	24
3	524	25	13,1	349	45	11,79	-	-	105	7,88	349	19,65

Табл. 5

Предприятия	Смены	Бытовые расходы Q, м/ см	Душевые расходы Q, м/ см
Предприятие №1	1	53,84	39,15
	2	44,05	32,03
Предприятие №2	1	55,48	40,73
	2	45,76	33,6
	3	24,89	27,53

Расход технической воды на предприятии № 1 за две смены составляет:

Q =4,96*16=79,36 м3/ сут .

Расход технической воды на предприятии № 2 за три смены можно оценить аналогично выше приведенным методом. Если же по заданию назначается вид предприятия и его производительность, то необходимо учитывать нормы расхода воды на ед. выпускаемой продукции.

2. Расход технической воды на предприятии

Расход технической воды для производственных целей зависит от схемы водоснабжения завода и степени использования в ней оборотной воды, очищенных производственных сточных вод. На предприятии изготавливается высоколегированный прокат - 61,09 т/сут. Если принять во внимание, что на 1 т проката расходуется 220 м воды, то общее количество воды на технологические нужды составит:

Qтехн. = 220 * 61,09 = 13440 м/сут

В виду того, что на предприятии основное количество воды используется на охлаждение оборудования и продукции, которая при этом почти ( q 5%) не теряется , проектом предусматривается оборотная система водоснабжения промпредприятия.

Баланс расхода воды в системе обеспечивается за счет подачи дополнительной свежей воды из системы водоснабжения города в количестве:

g доб.= 13440 *0,05= 672 м/сут.

Противопожарный расход воды.

Противопожарный расход воды:

- внутренний - 10л/с.

- наружный - 70 л/с.

- стационарные установки.

А). Внутренний пожар.

Расход воды на внутренний пожар предусматриваем 10 л/с в течении 3-х часов (2 струи по 5 литров) - совмещен с водопроводом технической воды :

Qвнутр.пожар. = 2* 5* 3600/1000 = 36 м3/ч

W= 2 * 5 * 3,6 * 3 =108 м3.

Б). Наружный пожар.

Объем противопожарного запаса воды на наружное тушение пожара определяют как сумму трехчасового расхода на “пенную атаку” на тушение пожара на технологической установке;

трёхкратного расхода на пенную атаку

десятичасового расхода на охлаждение горящего и рядом стоящих резервуаров.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Восстановление пожарного запаса воды должно осуществляться в течение 24 часов.

Подробнее расчеты расходов воды будут приведены ниже.

Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения.

Расчетный расход воды в сутки наибольшего водопотребления.

Согласно СП 31.1333-12.

Qсут max = Ксут max * Qсут,

где Ксут max - коэффициент суточной неравномерности, Ксут max = 1,1 1,3. Принимается : Ксут max = 1,2

Qсут = N * q нор./ 1000= 63500* 250= 15875м3 / сут

Qсут max= Ксут max * Qсут = 1,2 *15875 = 19050 м3 / сут

Расчетный максимальный часовой расход воды

q ч max = К ч max * Qсут max /24,

где:

К ч max = max * max,

К ч max - коэффициент часовой неравномерности водопотребления; max = 1,2 - 1,4 - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий; max - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимаемый по СП 31.1333-12.

Принимается: = 1,3 ; = 1,15 , К ч max = 1,3 * 1,15 1.5, q ч max = 1,5 * 19050 /24 = 1190,6 м3 / час

Расход воды на полив.

Предусматриваются 2 механизированные поливки усовершенствованных покрытий с нормой расхода воды qmin =0,3 л/м2 на одну поливку и qmin =4 л/м2 на поливку зеленых насаждений и площадью 10 % от территории города. Принимая во внимание, что благоустройство местности неизвестно, то согласно СП 31.1333-12 расходы на поливку принимаются в пределах 50-90 л/сут в расчете на одного жителя.

В первом случае:

Qпол. = Fпол * q пол * П = (280*0,1*0,75*104*2)/1000 = 420 м3/сут

где П - количество поливок, Fпол - поливаемая площадь, q пол ср. взвешенная величина = 0,75 л/м2.

Во втором:

Qпол = (63500*50,39) / 1000= 3200 м3/сут

Вывод: принимаем второй вариант

Расход воды на объектах бытового обслуживания (больницы, прачечные, гостиницы, столовые, пекарни и т.д.) может приниматься в размере до 25% от расхода воды на нужды населения. В проекте принимается - 6,6%:

Qбыт. = 6,6 % Qсут. нас.= 0,066 * 19050= 2857,5 м/сут= 119,06 м/час

Расчет потребления воды в городе при выбранном варианте системы водоснабжения

Суммарный суточный (максимальный) расход воды в городе:

Q сут.мах. = 19050 + 2857,5+ 3200 + 79,36 + 97,88 +71,18 + 672 + 126,13+101,86 = 26256 м3/сут

Определение емкостей бака водонапорной башни и резервуаров чистой воды

Определение емкости резервуаров чистой воды.

Емкость резервуаров чистой воды складываются из объемов:

Wр.ч.в. = Wрег.+ Wпож. + Wф,

где Wрег. - регулирующий объем воды определяется по графикам совместной работы насосных станций и подъемов,м3 . Подача насосной станции подъема назначается равномерной по часам суток, т.е. с часовой подачей 4,17% от Qсут.

Wпож.= 3 Qпож.+ Qmax x - 3 Qн.ст. I п. - противожарный объем воды, м3

Wф. - объем воды на промывку очистных сооружений (на 2 промывки фильтров и непрерывную промывку барабанных сеток)

WБ.С. = 131 м, 0,5 % от Qсут (СП 31.1333-12)

Wрег. = 8,27% Qсут , что составляет 2171 м3

Wпож. = 540 +(919,57+1753,17+1707,26) - 3*(1095) = 540 + 4380 - 3285 = 1635 м3

Объем воды на промывку фильтров принимается в % от Qсут либо с коэффициентом в пределах 1, 011,08. Если состав очистных сооружений известен, то этот расход рассчитывается. Например дано: интенсивность промывки 15 л/с на м2 загрузки, площадь фильтра -30 м2, время промывки 8 мин.

Тогда:

Wф = (15*30 * 8 * 60/1000)*2 = 432 м3 , а общий объем воды резервуаров чистой воды составит:

Wр.ч.в. = 2171+1635+432+131 = 4369 м3

Принимаются два типовые резервуара чистой воды емкостьюW= 2500 м3 каждый. Размеры в плане: 24 х 24 и глубиной равной 4,2 м (Нпол = 4 м).

Определение емкости бака водонапорной башни.

По предварительным расчетам объем регулирующего бака водонапорной башни должен быть равен 2,31% от Qсут, т.е. Wр. бака = 606 м3. В емкости водонапорной башни должен хранится 10 минутный запас воды на тушение 1 наружного и 1 внутреннего пожара (по 2,5 л/с на 2 струи).

Емкость бака водонапорной башни.

Общая емкость бака составит:

Wбака =Wрег. + Wпож.

Wрег. = 606 м3. Wпож. = (25+5)*10*60/1000 = 18 м3.

Wбака = 606+18 624 м3.

Принимается водонапорная башня с металлическим баком емкостью 800 м3 и размерами:

S -площадь. При соотношении H/D=0,70,6; Н=0,7*D; W = S/H = (D2)/4 * H W =

800= (D2)/4 * 0,7 D

D= 3 (800*4)/(3,14*0,7) 12м

Принимается : D = 12 м , Н=7 м

Противопожарный объем воды в баке будет занимать слой высотой: при Wпож = 18 м3,

Hпрот.пож.= (W*4)/(D2) = 18*4/3,14*(12)2 = 0,16 м.

Составление схемы системы подачи и распределения воды.

Схема системы подачи и распределения воды- графическое отображение состава сооружений и их взаимосвязи при заданных источниках водоснабжения и потребителях. В ее состав входят: распределительные сети, водоводы, регулирующие емкости и насосные станции. Насосная станция 2 -го подъема обычно размещается на площадке очистных сооружений. Если вода забирается из реки, то водозабор целесообразно размещать на 2-5 км выше по течению реки от черты города.

Водонапорная башня устанавливается на наиболее высоко расположенном месте города. Она подключается к магистральным линиям распределительной сети двумя водоводами.

Распределительные трубопроводы укладываются по улицам для обспечения равномерного отбора воды. Если диаметр распределительной сети равен или превышает 800 мм, то подвод воды к потребителям осуществляется от дублирующей линии , соединяющейся с магистралью в точках ее деления на ремонтные участки. Распределительные сети кольцуются в целях обеспечения надежности подачи воды потребителям. Условно распределительные сети делятся на магистрали и перемычки. В свою очередь те и другие делятся на ремонтные участки (трубопроводы, ограниченные с двух сторон запорной арматурой). Длина ремонтного участка магистрали принимается в пределах 700800 м, а перемычки - 300600 м. При обосновании длина каждого из них может достигать 5 км (см СП 31.1333-12). Диаметры магистральных трубопроводов назначаются с учетом экономического фактора Э на случай пропуска по ним воды при максимальном транзите воды по сети. Диаметры перемычек назначаются конструктивно на 1-2 сортамента меньше диаметров магистралей, или равные им, в зависимости от условий подачи воды потребителям при аварийных ситуациях.

Далее выполняются гидравлические расчеты системы подачи и распределения воды. Расчеты производятся по стандартным программам с помощью ЭВМ либо вручную методами В.Г. Лобачева и М.М. Андрияшева.

3. Гидравлический расчет системы подачи и распределения воды

Определение потерь напора и увязка расходов в распределительной сети.

Проектируются водопроводные сети с применением чугунных труб с внутренним цементно-песчаным покрытием. Потери напора в трубопроводах определяются, по формулам:

hL = S*q2= sо*L* q2 = sо**L* q2,

где S - полное гидравлическое сопротивление линии сети;

s - удельное гидравлическое сопротивление;

- поправочный коэффициент на скорость;

q - расход воды по трубопроводу, м3/с;

L - длина трубопровода, м.

После назначения начального потокораспределения в сети для случая наибольшего водопотребления (с учетом требований надежности) производится ее “внутрення увязка” , т.е. нахождение действительных линейных расходов q i k участков сети.

Действительное распределение расходов воды по сети должно удовлетворять 1 и 2 законам Киргофа

баланс расходов в узлах

q ik+ Qi = 0

баланс потерь напора в кольцах сети

h i k = Sik *q 2 ik = 0,

невязка в кольце допускается до h=0,5 м , а по контуру сети - h =1,5 м.

Увязка расходов в сети осуществляется на ЭВМ Результаты увязки расходов и определение потерь напора в трубопроводах приводятся в таблицах и на расчетных схемах . Необходимые расчетные данные наносятся на участках схемы сети в следующем порядке:

Q[л/с] -h [м],

где D и L - диаметр и длина участка сети; Q и h - расчетный расход и потери напора на участке.

Система водоснабжения рассчитывается на подачу воды в сутки максимального водопотребления. Башня находится в конце распределительной сети, поэтому предусматриваются два расчетных случая и один проверочный:

- случай максимального водопотребления,

- случай максимального транзита воды в бак башни,

- случай максимального водопотребления + пожар в городе.

Проверяется подача воды в бак водонапорной башни.

Насосная станция 2го подъема в этот час максимального водопотребления подает 5,61 % от Q сут. мах.= 409 л/сек. Следовательно, в час максимального водопотребления из бака башни в сеть поступает: 487 - 409 = 78 л/сек.

Подготовка сети к расчету.

1. Случай максимально-хозяйственного водопотребления.

В целях упрощения расчетов допускаем, что разбор воды по длине трубопровода осуществляется одинаково и равномерно во всех районах города.

qуд. = = 0,0282 л/сек на 1 м.п.

1). Определение путевых расходов: qп = qуд L

Табл. 6

участки	qуд	L	qп
1-2
2-3
3-4		500	14.1
4-5		850	18.3
5-6		550	15.5
6-7		800	22.6
7-8		550	15.5
8-9		550	15.5
9-10		550	15.5
10-11		300	8.5
11-12		550	15.5
12-13	0,0282	700	20
13-14		200	5.6
14-15		1000	28.1
15-16		450	12.7
16-17		450	12.7
17-18		700	19.7
18-19		1100	31
10-3		500	14.1
9-4		650	18.3
9-5		450	12.7
8-6		450	12.7
14-7		750	21
16-13		600	17
16-11		600	17
17-10		500	14.1
18-3		700	19.7
19-17		600	17
19-15		900	25.4
12-8		250	7
		16750	466.8

Аналогично выполняются расчеты для остальных расчетных случаев водопотребления:

2. Случай максимально-хозяйственного водопотребления+пожар

В этот час: qуд. = 0,0282 л/сек на 1 м.п.

3. Случай максимального транзита воды в бак башни.

В час с 7 до 8 утра (см. табл.1) в бак поступает 2,1%Qсут = 151 л/с.

Qн.с. = 5,61 % Qсут = 1472 м3/ч = 409 л/с; Qгор.транзит = 927,7 м3/ч = 257,7л/с, Q = 409-257,7=151,3151 л/с.

Сосредоточенные расходы: Q пр. 1 = 3,3 л/с; Q пр. = 9,7 л/с.

Расходы населения и местной промышленности: Q узл. транзит = 257,7-3,3-9,7=244,7л/с.

qуд. = = 0,0146л/сек на 1 м.п.

Определение узловых (фиксированных) расходов:

Q узл. = 0,5 q п.

Табл. 7

№ узла	Участки, примыкающие к узлу	Максимально-хозяйственное водопотребление	Максимальный транзит
3	3-18, 3-4, 3-10	23,95	12,4
4	3-4, 4-5, 4-9	25,35	14,6
5	4-5, 5-9, 5-6,	23,25	13,5
6	6-8, 5-6, 6-7	25,4	13,15
7	6-7, 7-14, 7-8	29,55	15,35
8	7-8, 6-8, 8-12, 8-9	25,35	13,2
9	9-10, 5-9, 9-8, 9-4	31	16,1
10	10-3,10-17,9-10, 10-11	26,1	13,55
11	10-11, 11-16, 11-12	20,5	10,65
12	11-12, 12-8,12-13	21,25	11
13	13-14, 13-12, 13-16	21,3	10,95
14	14-7, 14-13,14-15	27,35	14,2
15	15-16, 15-14, 15-19	33,1	17,1
16	15-16, 16-13, 16-11, 16-17	29,7	15,3
17	17-16, 17-10, 17-18, 17-19	31,75	16,4
18	18-17, 18-3, 18-19	35,2	18,25
19	19-15, 19-17, 19-18	36,7	19
	466,8	244,7

По СП 31.1333-12 принимаем количество пожаров в городе - 2

Расход воды на наружное пожаротушение при застройке зданий выше 3-х этажей не зависимо от степени огнестойкости - 25 л/сек.

Для предприятий “I” степени огнестойкости с категорией “Б” - 20 л/сек. Тогда:

q пож.гор. = 25 л/сек

Q пож. = q пож. гор. * 2 . = 25 * 2 = 50 л/сек

Предварительное распределение расходов по линиям сети:

1) Распределение расходов воды в час максимального водопотребления

Q мах.сут. = q узл. + q соср.

Q мах.сут. = 466,8 + 18+2,2 487 л/сек

2). Распределение расходов воды в час максимального водопотребления + пожар:

Q мах.сут +пож. = q узл. + q соср. + Q пож = 487+50=537 л/с

3). Распределение расходов воды в час максимального транзита воды в бак башни:

трубопровод распределительный напор башня

Q мах.сут +пож. = q узл. + q соср. = 244,7+3,3+9,7=257,7 л.

Размещено на Allbest.ru

...