Подготовка мазута к сжиганию.

В котельных, как правило, осуществляется двух, трех ступенчатый подогрев мазута.

Первая стадия – подогрев мазута при сливе до температуры 40-60 ⁰С . Вторая стадия - разогрев мазута в мазутных резервуарах до температуры 60-80 ⁰С и поддержание заданной температуры, обеспечивающей прокачивание и фильтрацию мазута. Третья стадия – разогрев мазута в мазутоподогревателях для обеспечения качественного его распыления форсунками при сжигании. Иногда на крупных котельных производят дополнительный высокотемпературный подогрев мазута до температуры 140-160 ⁰С.

Подогрев мазута в резервуарах осуществляется встроенными змеевиковыми или секционными подогревателями. Наиболее эффективен циркуляционный подогрев мазута в резервуарах. Мазут из нижней части резервуара перекачивается по малому циркуляционному кольцу через внешние подогреватели специальными насосами. Подогретый мазут через специальные эжекционные насадки, расположенные по периметру резервуара, поступает в него. Горячий мазут перемешивается с охлажденным, интенсифицируя процесс теплообмена и одновременно обеспечивая перемешивание мазута в емкости. Это повышает однородность топлива, препятствуя осаждению воды, примесей и карбоидов. Время разогрева сокращается в 2-4 раза.

Для подогрева мазута в небольших емкостях разработаны такие методы, как виброподогрев, барботажный подогрев и др. Для нормальной и надежной работы насосов и форсунок мазутонасосная станция оборудуется фильтрами грубой и тонкой очистки, причем попарно (рабочий и резервный). Температура мазута перед фильтрами тонкой очистки должна быть не менее 90 ⁰С, поэтому их устанавливают за подогревателями мазута. Очистка фильтров, подогрев мазута в емкостях и подогревателях осуществляется паром давлением 8 МПа.

Для предотвращения застывания мазута в трубопроводах предусматривается его рециркуляция в количестве 30-50 % от номинальной потребности. Скорости движения мазута в подающих мазутопроводах – 0,8-1,5 м/с и 0,5-0,8 м/с во всасывающем (обратном).

Восстановление тепловой мощности мазутных подогревателей осуществляется удалением отложений на стенках труб. Для этих целей применяют скребки, ерши, выжигание отложений, химическую очистку.

Двух ступенчатая фильтрация мазута уменьшает износ трубопроводов и оборудования, повышает надежность работы форсунок, предотвращает образование отложений. Предварительная очистка проводится при сливе мазута в лотках с установкой сетки-ловушки с ячейками 10-12 мм. Грубая фильтрация ведется фильтрами грубой очистки, установленными перед мазутными насосами и оборудованными сеткой №3,5 (5 отверстий на 1 см²). После внешних подогревателей мазута устанавливаются фильтры тонкой очистки с сеткой №1 (64 отверстия на 1 см²) или №1,4 (32 отверстия на 1 см²).

Существенное значение на качество подготовки топлива и долговечность оборудования мазутного хозяйства оказывает сернистость мазута. С повышением сернистости растет интенсивность образования отложений в емкостях, трубопроводах, оборудовании, возрастает коррозия металла, возникает нестабильность мазутов, которая проявляется в образовании агломератов, состоящих из карбидов и карбенов, увеличивается концентрация асфальтосмолистых веществ и твердого коксового осадка. Интенсивной сероводородной коррозии подвергаются металлические резервуары. Отслоившиеся сульфиды накапливаются на дне резервуара и образубт гальванопары со сталью резервуара. В результате интенсивной электрохимической коррозии разрушение днища может произойти через 3-6 мес. Скорость коррозии возрастает с увеличением обводненности мазута.

Для защиты от коррозии необходимо применять надежную противокоррозийную изоляцию. Днище и нижний пояс резервуаров покрывают асфальтом или бетоном. Отстоявшую подтоварную воду, если ее невозможно удалить или смешать, периодически подщелачивают. Верхнее покрытие резервуаров рекомендуется выполнять из алюминия, цинка или покрывать специальными лаками (бакелитовыми, хлорвиниловым). Проводится тщательное заземление резервуаров.

Для повышения качества мазута, эффективности его сжигания, снижения коррозионной активности применяют специальные присадки: диспергирующие, деактивирующие, пептизирующие. Диспергирующие и деактивирующие присадки обладают поверхностно-активными свойствами, способствующие диспергирующему воздействию. Пептизирующие присадки способствуют воспламенению и полноте сгорания мазута. Присадка ВНИИНП-102 (104; 106) относится к многофункциональным присадкам, добавляется 2 кг на 1 т мазута непосредственно при сливе из цистерн. После этого мазут подогревается до 110-120 ⁰С и направляется в емкость для хранения. ВТИ-4ст – вязкий р-р MgCl₂ снижает загрязнение.

27. Водопотребление. Основные категории водопотребления

Суммарное водопотребление в городе слагается из расходов на:

1 Хозяйственно-питьевые нужды населения (питье, приготовление пищи, умывание, стирка белья, поливка улиц и зеленых насаждений и т. п.).

2 Производственные (технологические) нужды промышленности. В промышленности вода служит в качестве: непосредственного химического реагента или промышленного сырья; среды, в которой протекают те или иные химические реакции; средства для поддержания определенных технологических параметров; компонента энергетических систем; средства для транспортирования сырья, продукции отходов. Определенное количество воды используется для промывки оборудования, мытья производственных помещений, а также для хозяйственных и бытовых целей.

Применение воды в качестве химического реагента общеизвестно. Примером могут служить реакции гидролиза, присоединения и разложения воды и т. д. Так при взаимодействии окислов S, N и P, фтористого и хлористого водорода с H₂O образуется серная, сернистая, азотистая, азотная, фосфорная и соляная кислоты.

Способность воды растворять различные газообразные соединения используется не только в технологии различных производств, но и в системах очистки получивших название абсорбционных. Это получение цемента и различных вяжущих веществ. Эти производства основаны на их способности образовывать с водой весьма прочные гидратные соединения. Электролизом водных растворов можно получить различные продукты, в частности, широко используемые в народном хозяйстве хлор и каустик.

Большинство химических реакций протекают в водных растворах, суспензиях или эмульсиях. При растворении в воде вещества переходят в форму, облегающую их дальнейшее взаимодействие с другими веществами, Например, поваренная соль инертна к аммиаку и двуокиси углерода, а при растворении в воде эти вещества вступают в реакцию с образованием осадка дикарбоната натрия и хлористого аммония. Эта реакция лежит в основе технологии производства соды.

Известно, что вода является наиболее распространенным теплоносителем для поддержания определенной температуры в технологических системах, при этом она применяется в жидком или парообразном состоянии.

Современные энергетические системы – атомные, гидро- и теплоэлектростанции – немыслимы без использования воды. Ее расход для крупной ТЭС исчисляется сотнями тысяч кубических метров в сутки.

Вода широко применяется для транспортирования сырья, полуфабрикатов, готовой продукции и отходов. Практически все процессы переработки минерального сырья связаны с водой – обогащение, растворение, химические превращения, заводнение пластов (при добыче нефти и газа), удаление отходов. Примером гидроудаления отходов газа является замкнутые контуры для транспортирования в отвалы фосфогипса золы и т. д. Любой сброс загрязненной воды предприятия есть не что иное, как транспортирование отходов предприятия к месту сбраживания, сброса, накопления.

Огромное количество воды в ряде отраслей промышленности расходуется на отмывку продукции от примесей (например, в целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности и др.).

3 Для нужд пожаротушения.

4 На собственные нужды водного хозяйства (промывка фильтров, водоприемных устройств, сетей и т. д.).

Основные показатели качества природных вод

Качество воды характеризуется ее физическими и химическими свойствами и бактериальным загрязнением. К физическим свойствам относят температуру воды, мутность (или прозрачность), цветность, вкус и запах. Химические свойства обуславливаются содержанием в ней различных химических веществ.

Температура воды в различных источниках неодинакова. В открытых водоемах она зависит от температуры воздуха и колеблется по временам года и глубине расположения струи в потоке. Вода подземных источников имеет довольно постоянную температуру в течение года (равную 5-12ºС).

Взвешенные вещества в воде поверхностных источников содержатся всегда. Песчаные и глинистые частицы попадают в источник вследствие эрозий берегов и русла рек. Содержание взвешенных частиц (в мг/л) в воде открытых источников колеблется в очень широких пределах.

Содержание взвешенных веществ характеризует прозрачность воды. Она выражается в см и представляет собой минимальную толщину слоя, налитой воды в цилиндр, через который можно прочитать текст, отпечатанный определенным типографическим шрифтом или рассмотреть крест, нарисованный черными линиями толщиной 1 мм с четырьмя точками. Потому различают прозрачность «по шрифту» и «по кресту».

Цветностью называют окраску, которая может иметь вода и которая объединяется наличием гуминовых веществ или фульвокислот. Цветность выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы.

Запах воды может быть естественного и искусственного происхождения. Естественные запахи обуславливаются живыми и отмершими организмами, продуктами размыва русел. Запахи искусственного происхождения (фенольный, нефтяной, хлорный и др.) появляются в результате сброса в водоем сточных вод и обработки воды реагентами.

Запах и вкус оценивают по пятибальной системе:

1) очень слабый;

2) слабый;

3) заметный;

4) отчетливый;

5) очень сильный.

Химический состав воды может быть чрезвычайно разнообразными. Для оценки воды с точки зрения ее использования служат следующие показатели: плотный остаток, окисляемость, активная реакция, содержание железа, магния, хлоридов, сульфатов, фтора и др.

Плотный остаток выражается в мг/л и характеризует общее содержание в воде органических и неорганических веществ (кроме газов). Он определяется как остаток от выпаривания известкового объема не фильтрованной пробы воды и высушенной при температуре, равной 105-110ºС.

Жесткость воды (выражается в мг-экв/л) является важным химическим показателем, определяющим область ее пригодности для водоснабжения. Жесткость воды обусловлена содержанием в ней растворенных солей кальция и магния. Жесткость различают карбонатную и некарбонатную. Сумму карбонатной и некарбонатной жесткости называют общей. Карбонатной называют жесткость, обусловленную наличием двууглекислых (бикарбонатных) и углекислых (карбонатных) солей кальция и магния. Некарбонатной называют жесткость, обусловленную содержанием некарбонатных солей кальция и магния – сульфатов, хлоридов, силикатов и нитратов.

Щелочность воды обуславливается присутствием в ней бикарбонатов, карбонатов, гидратов и других солей слабых кислот и выражается в мг-экв/л. Различают щелочность бикарбонатную, карбонатную, гидратную, гуматную и т. д. Щелочность природной воды обычно равна карбонатной жесткости.

Окисляемость указывает на содержание в воде растворенных органических и некоторых легко окисляющихся неорганических веществ. Она измеряется в мг/л содержания молекул кислорода.

Активная реакция воды выражает степень щелочности или кислотности воды и характеризуется концентрацией в воде водородных ионов. Концентрацию водородных ионов обозначают через pH (потенциал водорода) и условно выражают логарифмом ее величины с обратным знаком. Иначе говоря, для нейтральной реакции – pH = 7, для кислотной - pH < 7, для щелочной – pH > 7.

Железо (мг/л) содержится в воде в виде двухвалентного (закисного) или комплексных соединений трехвалентного (окисного) железа.

Марганец (мг/л) чаще всего сопутствует железу в виде бикарбоната закиси марганца.

Хлориды и сульфаты (мг/л) встречаются чаще всего в виде кальциевых, магниевых и натриевых солей.

Бактериальное загрязнение воды зависит от количества вносимых загрязнений от стоков, от купающихся людей и т. д. Бактериальная загрязненность воды характеризуется числом бактерий, содержащихся в 1 мл воды, и коли - титром (наименьшее количество воды, в котором обнаружена кишечная палочка).

Для оценки качества в санитарно-эпидемиологическом отношении определяется содержание в воде индикаторных бактерий, называется кишечной палочкой. Сама по себе она безвредна, но наличие ее свидетельствует о загрязнении воды, выделениям животных и людей и, следовательно, возможности попадания среди других и патогенных бактерий.

Нормы водопотребления

При проектировании систем водоснабжения определение требуемого потребителю количества воды является ответственной задачей.

С 1973 г. в нашей стране действуют нормы хозяйственно-питьевого водопотребления, утвержденные Госстроем России и приведенные в СНиП.

Нормой водопотребления называется количество воды, расходуемое данным потребителем за определенный промежуток времени, или количество воды, необходимое для производства единицы продукции.

В приведенных нормах расход воды учитывается на все хозяйственно-питьевые нужды людей как в жилых домах, так и общественных зданиях (столовых, банях, прачечных, кино, клубах и т. д.). Например:

Таблица 4 - среднегодовая за год

Характер оборудования зданий санитарно-техническими устройствами	Средняя норма потребления на одного жителя, л/сутки
Внутренний водопровод и канализация (без ванн)	125-160
Внутренний водопровод, канализация и ванны с местными водоподогревателями	160-230
Внутренний водопровод, канализация и система централизованного горячего водоснабжения	250-350

Расход воды не является постоянным и меняется по сезонам года, поэтому кроме средней суточной нормы ( ) необходимо знать и вероятную максимальную суточную норму ( ).

В СНиП II-31-83 приведены рекомендуемые расходы на поливку и мойку улиц и площадей, а также на поливку зеленых насаждений. При отсутствии данных о подлежащих поливке площадях СНиП рекомендует принимать для предварительных расчетов суммарный расход воды 30-90 л/сут на одного жителя (в зависимости от климатических условий).

Расходы на хозяйственно-питьевые нужды рабочих принимают: для цехов со значительным тепловыделением - 45 л, в остальных цехах – 25 л на каждого работающего в смену. В дополнение к этому на производствах, связанных с загрязнением тела или требующих особого санитарного режима, должен быть учтен расход воды в душевых из расчета 500 л/час на одну смену.

Для систем водоснабжения промышленных предприятий расчетные расходы воды для нужд производства принимают по указанию технологов.

Расчетный расход воды для тушения одного пожара, а также число возможных пожаров на территории населенного пункта или промышленного предприятия устанавливают в зависимости от размеров населенных мест, расчетного числа жителей, огнестойкости построек, плотности и характера застройки. Расход воды для пожаротушения на промышленных предприятиях должен определяться в зависимости от характера производства и степени огнестойкости производственных зданий. Расчетное количество пожаров (одновременных) принимают в зависимости от площади территории: при площади до 150 га - один пожар, при >150 га – два.

При определении запаса воды, необходимой для тушения пожара, расчетную продолжительность тушения пожара принимают равной 3 часа.

Режим водопотребления

При разработке схемы и проектировании системы водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий необходимо рассчитывать размеры отдельных сооружений, установок, число и мощность насосов, объем резервуаров, емкость баков водонапорных башен, диаметры труб водоводов. Размеры указанных элементов и узлов системы водоснабжения определяют путем их расчета в соответствии с количеством подаваемой ими воды и с назначенным для них режимом работы. Основным фактором, определяющим режим работы системы водоснабжения и ее элементов, является режим расходования воды потребителями, которых эта система должна обслуживать.

При проектировании водопроводов промышленных предприятий режим расходования воды на производственные нужды задается в соответствии с технологией предприятия графиком водопотребления.

Сложнее точно установить режим водопотребления населенных мест. Здесь режим расходования воды определяется целым рядом факторов бытового характера, связанных с режимом жизни и трудовой деятельности людей.

Чтобы правильно запроектировать режим работы отдельных элементов системы, необходимо задаться вероятным графиком водопотребления в течение расчетных суток наибольшего водопотребления.

В нормах хозяйственно-питьевого водопотребления указывается экспериментальная величина коэффициента часовой неравномерности ( ) (величина обычно меньше для крупных и больше для мелких городов), показывающего во сколько раз максимальный часовой расход больше среднего часового для различных категорий населенных мест. Это позволяет определить расчетную величину максимального за сутки часового расхода. Для суток максимального водопотребления

, (56)

где - максимальный суточный расход воды в дни максимального водопотребления;

- средний часовой расход в сутки наибольшего водопотребления.

Величина вероятного максимального суточного расхода воды в дни максимального водопотребления населенного пункта на хозяйственно-питьевые нужды является тем расчетным расходом, на подачу которого должен быть рассчитан проектируемый водопровод

, (57)

где - норма расхода воды в литрах на одного жителя в сутки наибольшего водопотребления;

- расчетное число жителей.

Для определения полного суточного расчетного количества воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта к найденной величине необходимо добавить количество воды, требуемое на хозяйственно-питьевые нужды рабочих промышленных предприятий.

Расход воды за одну смену составит

, м³/см, (58)

где 0,025; 0,045 – норма водопотребления на одного работающего за смену в холодных и горячих цехах;

, - количество работающих соответственно в холодных и горячих цехах.

В 1 час максимального водопотребления расход равен

, м³/ч, (59)

где 2,5; 3 – коэффициенты неравномерности водопотребления соответственно в холодных и горячих цехах;

8 – число часов работы в смену.

Расход воды на прием душей составит

, м³/ч, (60)

где 0,5 – часовой расход воды на одну душевую сетку, м³/ч;

- количество душевых сеток.

Дополнительно должны быть определены расходы воды на технологические нужды промышленных предприятий, на поливку площадей, улиц и зеленных насаждений, а также на другие цели.

Расход воды в течение каждого часа также колеблется. Однако при расчете водопровода условно принимают, что расход в течение часа постоянен. Исходя из этого допущения, расчетный секундный расход в час максимального водопотребления

. (61)

Средний суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта

, (62)

где - средняя норма расхода воды на одного жителя, л, (см. СНиП II-31-73, СНиП II-30-76).

Для проектирования водопровода, кроме максимального часового расхода, необходимо знать график вероятного колебания расхода воды по часам суток. Изучение режима водопотребления в населенных местах позволило определить для них характерные графики колебания расхода воды в течение суток.

Рисунок 15 – Пример построения подобного графика

Построив график (или воспользовавшись известным) можно определить коэффициент часовой неравномерности – это отношение максимальной ординаты к средней.

График потребления воды из горячего водопровода на технические нужды промышленных предприятий принимают в зависимости от режима забора ими воды из сети водопровода, диктуемого особенностями технологического процесса и сменностью его работы (количество смен в сутки).

Таким образом, при проектировании горячего водопровода должен быть составлен общий график водопотребления на хозяйственно-питьевые населения и на производственные нужды промышленных предприятий.

Требования к качеству воды для каждой категории водопотребления

Требования, предъявляемые к качеству хозяйственно-питьевой воде, диктуются заботой об охране здоровья трудящихся и регламентируются ГОСТ 2874-82.

К числу таких требований относят следующие:

1 Запах и привкус при температуре 20ºC не более 2 баллов.

2 Цветность по платиново – кобальтовой шкале не более 20.

3 Прозрачность по шрифту не менее 30 см (по кресту не менее 300 см).

4 Мутность - не более 2 мг/л.

5 Общая жесткость воды – не более 7 мг-экв/л.

В воде допускается содержание веществ в мг/л (не более):

1 свинца – 0,1;

2 мышьяка – 0,05;

3 фтора - 1,5;

4 меди - 3;

5 цинка – 5.

Общее число бактерий при посеве в 1 мл неразбавленной воды, определяемое числом колений после 24-часового выращивания при 37ºC , не более 100, а число кишечных палочек в 1л воды – не более 3 (коли - титр не менее 300). Содержание железа и марганца – не более 0,3 мг/л (при наличии сооружений для обезвреживания воды), активная реакция pH – не менее 6,5 и не более 9,5 (при осветлении и умягчении воды), при хлорировании воды должны отсутствовать хлорфенольные запахи.

Если вода в естественном состоянии не удовлетворяет некоторым из этих оптимальных требований, но является безвредной и пригодной для хозяйственно-питьевого водоснабжения, то ее можно использовать без устройства сооружений для обработки. Пригодность воды в этом случае устанавливается органами Государственного санитарного надзора.

Оптимальная температура хозяйственно-питьевой воды - 7-10ºC, предельно допустимая - 35ºC.

Согласно ГОСТ 2761-82 для питьевого водоснабжения должен быть выбран источник, в воде которого сухой остаток не превышает 1000 мг/л, причем содержание в воде сульфатов – не более 500 мг/л и хлоридов – не более 350 мг/л.

Требования, предъявляемые к качеству производственной воды разнообразны, т. к. зависят от вида производства и ее технологии. Основные требования, предъявляемые к качеству охлаждающей воды, заключаются в том, что вода должна иметь небольшую карбонатную жесткость и содержать как можно меньше взвешенных веществ.

Строгие требования предъявляются к качеству питательной воды для котельных установок. Жесткость питательной воды для водотрубных котлов с ат – не более 0,02 мг-экв/л, а для котлов с ат – 0,01 мг-экв/л.

Для третьей категории (пожаротушение) может быть использована вода любого качества.

20. Система водоснабжения и ее основные элементы. Классификация систем водоснабжения

Система водоснабжения представляет собой комплекс сооружений для обеспечения определенной группы потребителей водой в требуемых количествах и требуемого качества.

Систему водоснабжения выбирают на основании данных о водопотребителях, водопотреблении и сведениях об имеющихся источниках водоснабжения.

Система водоснабжения населенного места и промышленного предприятия должны обеспечивать получение воды из природных источников, ее очистку и подачу к месту потребления. Кроме того, система водоснабжения должна обладать определенной степенью надежности. Для выполнения этих задач служат следующие сооружения, входящие обычно в состав системы:

а) водозаборные сооружения, при помощи которых осуществляют захват воды из природных источников;

б) водоподъемные сооружения, т. е. насосные станции, подающие воду к местам ее очистки, хранения и потребления;

в) сооружения для улучшения качества воды;

г) водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования воды к местам ее потребления и ее распределения;

д) башни и резервуары, играющие роль регулирующих и запасных емкостей.

Взаимное расположение основных водопроводных сооружений видно из общей схемы водоснабжения.

Вода забирается из природного источника при помощи водозаборного сооружения 1 и подается насосами станции I – го подъема 2 на очистные сооружения 3. После очистки вода подается в резервуары чистой воды 4, из которых забирается другой группой насосов станции II – го подъема 5. И по водоводам 6 подается в водопроводную сеть 7, подающую воду непосредственно к водоразборным устройствам. 8 – водонапорная башня, назначение которой компенсировать несовпадение режимов подачи и потребления воды в отдельные часы суток, накапливая избыток подаваемой воды в одни часы и пополняя недостаток ее в другие.

Рисунок 17 - Схема водоснабжения

В зависимости от местных природных условий и характера потребления воды, а также в зависимости от экономических соображений схема водоснабжения и составляющие ее элементы могут сильно изменяться. Большое влияние на схему водопровода оказывает принятый источник водоснабжения, его характер, мощность, качество воды в нем, расстояние от снабжаемого водой объекта и т. п.

Водонапорная башня может быть расположена в начале сети, в конце ее или в какой-либо промежуточной точке сети. Порядок расположения прочих сооружений также может быть различен. При использовании подземных вод водоприемных сооружения выполняют в виде колодцев (шахтных, буровых), водосборных галерей или различных каптажных сооружений. При использовании поверхностных источников принимают водоприемники различных типов и конструкций, представляющие собой сложные гидротехнические сооружения.

В тех случаях, когда очистку воды производить не требуется, система водоснабжения сильно упрощается, отпадает необходимость не только в очистных сооружениях, но часто и в связанных с ними резервуарах чистой воды и насосах II – го подъема.

Рельеф местности оказывает влияние на схему водоснабжения. В гористых районах источники водоснабжения (озера, водохранилища, родники) могут находиться на отметках, значительно превышающих отметки снабжаемого объекта. В этом случае воду можно подавать самотеком и устройство насосной станции не требуется.

Важное практическое значение имеют групповые и районные водопроводы, при которых одна система водоснабжения охватывает несколько объектов, иногда различного назначения (населенные пункты, промышленные предприятия, железнодорожные станции, сельское хозяйство и др.). Обслуживание ряда объектов одной системой водоснабжения дает значительные экономические преимущества, т. к. капитальные затраты и эксплуатационные расходы такого водопровода ниже, чем аналогичные затраты отдельных систем для каждого объекта. При этом повышается степень надежности водоснабжения.

Все многообразие встречающихся на практике систем водоснабжения можно классифицировать по следующим основным признакам:

По назначению

а) системы водоснабжения (водопроводы) коммунальные (городов, поселков);

б) системы производственного водоснабжения (производственные водопроводы), которые в свою очередь различают по отраслям промышленности:

- водопроводы химических комбинатов;

- водопроводы тепловых электростанций;

- водопроводы металлургических и машиностроительных заводов;

- система водоснабжения железнодорожного транспорта;

- сельскохозяйственные водопроводы.

По целевому назначению

- хозяйственно-питьевые;

- хозяйственно-противопожарные;

- хозяйственно-производственные;

- поливочные;

- противопожарные.

По виду использования природных источников

- водопроводы, получающие воду из поверхностных источников (речные, озерные и т. д.);

- водопроводы, базирующиеся на подземных водах (артезианские, родниковые и т. п.);

- смешанного питания (при использовании различных видов источников).

По способам подачи воды

- самотечные (гравитационные) водопроводы;

- водопроводы с механической подачей воды (с помощью перекачки воды насосами);

- зонные водопроводы (по временам года).

Способы, схемы и особенности систем водоснабжения промышленных предприятий

Для крупных промышленных предприятий, которые могут использовать неочищенную воду, обычно устраивают самостоятельные производственные водопроводы. Иногда такие водопроводы устраивают для группы предприятий, расположенных в одном районе города.

Вода используется в большинстве производственных процессов. Использование воды может быть сведено к следующим основным группам: охлаждение, промывка, парообразование, гидротранспорт, использование в составе выпускаемой продукции.

К качеству воды указанных групп водопотребления предъявляют самые разнообразные требования. Вода для охлаждения должна быть маложесткой, мало мутной (ниже 50 мг/л), не обладать коррозийными свойствами: для питания котлов должна быть обессоленной; для промывки не должны содержать солей, влияющих на качество продукта. Режим расходования воды на производственные нужды определяется режимом работы промышленного предприятия.

Промышленное водоснабжение имеет ряд особенностей. Основная особенность заключается в том, что использованная вода, если она не загрязняется или может быть легко очищена от загрязнений, во многих случаях не сбрасывается в водоем, а снова используется в производстве.

Системы производственного водоснабжения также различают по способу использования воды:

1 Система прямоточного водоснабжения, которая предусматривает подачу воды к потребителям и сброс ее в водоем после использования, т. е. эта система с однократным использованием воды. Если вода загрязняется в производстве, то перед выпуском ее в водоем она очищается на очистных сооружениях.

Прямоточное водоснабжение применяется в тех случаях, когда источник водоснабжения расположен вблизи предприятия (не более 2-3 км) и высота расположения площадки предприятия над уровнем источника невелика (15-20 км).

2 Оборотная система водоснабжения – вода, нагретая в производстве, охлаждается на охладительных сооружениях и вновь используется для тех же целей. Если вода загрязняется в процессе производства, то ее очищают. При очистке и охлаждении воды некоторое количество ее теряется. Потери в оборотной системе составляют обычно 3-5 % от общего количества используемой воды. Это потери восполняются из источника водоснабжения.

Благодаря устройству оборотных систем водоснабжения можно значительно уменьшить сброс в водоем загрязненных промышленных сточных вод и тем самым уменьшить загрязнение водоемов.

3 Системы повторного (последовательного) использования воды, когда вода, использованная в одном производстве, используется повторно в других производствах.

При этой системе водоснабжения уменьшается количество воды, подаваемой из источника по сравнению с прямоточным водоснабжением.

Рисунок 18 - Схема оборотного водоснабжения

На рисунке 18 представлена схема оборотного водоснабжения для двух групп цехов при различных качествах сбросной воды. В этих условиях устраивают изолированные отсеки охлаждающих устройств А и Б, отдельные группы насосов и отдельные подающие водоводы.

Рисунок 19 - Схема оборотного водоснабжения

На рисунке 19 представлена схема оборотного водоснабжения, при которой цехи одной группы сбрасывают воду, требующие дополнительного осветления в отстойниках. После охлаждения вода подается в цеха единой системой водоводов.

Рисунок 20 – Схема последовательного использования воды

На рисунке 20 представлена система последовательного использования воды, когда ее качество допускает использование в других цехах.

Ряд передовых предприятий, применяя комбинированные схемы (прямоточно-последовательные, оборотные и оборотно-последовательные), совершенно прекратили спуск в водоем загрязненных сточных вод. На рисунке 22 представлена одна из таких комбинированных схем. Вода из оборотного цикла А после охлаждения частично используется для группы других потребителей Б, т. е. имеет место комбинация оборотного водоснабжения и последовательного использования воды.Иногда система производственного водоснабжения значительно усложняется тем, что отдельные потребители предъявляют различные требования к качеству воды, для отдельных цехов требуются разные давления в сетях. Тогда на территории предприятия устраивают несколько систем водоснабжения с водой разного качества и разных напоров.

Рисунок 21 – Комбинированная схема

Основная цель разобранных схем производств водоснабжения - значительное сокращение потребления (расхода) воды источника и снижения затрат на водоснабжение.

23,33. Элементы систем производственного водоснабжения

Системы водоснабжения представляют собой комплекс взаимосвязанных сооружений, предназначенных для обеспечения объектов промышленного водоснабжения. Производственное водоснабжение должно удовлетворять требованиям защиты природных источников от загрязнения.

В состав системы водоснабжения в соответствии с ее назначением входят следующие сооружения: водозаборы, наносные станции, устройства для очистки и обработки внутри отдельных технологий и общезаводские очистные сооружения (реагентное и катионитное умягчение воды, опреснение, удаление железа и растворенных газов, фильтрация и очистка оборотной технической воды), водоводы и водопроводные сети, регулирующие и запасные емкости.

На рисунке 25 дано расположение основных систем оборотного водоснабжения промышленного предприятия, использующего два природных источника водоснабжения.

Рисунок 25 – Система оборотного водоснабжения промышленного

предприятия

1 – блок потребителей технической воды; 2 - общезаводские очистные

сооружения; 3 – удаление отходов (утилизация или захоронение);

4 - водовод; 5 – источник водоснабжения (подпитка оборотного

водоснабжения и обеспечение хозяйственно-питьевого

водоснабжения предприятия); 6 – охлаждающее устройство;

7 – насосная станция; 8 – насосная станция I–го подъема;

9 – заборное устройство; 10 – водовод охлажденной технической воды;

11 – водовод хозяйственно-питьевого водоснабжения

Крупные заводы являются характерными объектами водоснабжения, где могут устраиваться как раздельные, так и объединенные системы для подачи воды на производственные и хозяйственно-питьевые нужды, причем объединенная система возможна в тех случаях, когда к качеству производственной предъявляют те же требования, что и к питьевой (предприятия пищевой промышленности). Во всех остальных случаях утраиваются раздельные системы производственного и хозяйственно-питьевого водоснабжения.

По кратности использования технической воды системы водоснабжения разделяются на прямоточные и оборотные. Прямоточные системы водоснабжения промышленных предприятий (даже при наличии эффективно работающих очистных сооружений) теперь не используются вследствие возможного загрязнения расходов воды в технологиях. Как правило, используются оборотные системы с одной (рисунок 25) или несколькими самостоятельными. Такая децентрализация позволяет сократить капитальные затраты на сооружение водоводов и магистралей крупных разбросанных предприятий в пределах промплощадки, суммарные расходы энергии на перекачку воды и одновременно повысить надежность водоснабжения (включение избыточных элементов в систему). Наряду с этим снижаются капитальные и текущие затраты на очистные сооружения, т. к. отдельные производства требуют сравнительно недорогих методов очистки воды. Из рисунка 26, а видно, что в пределах цехов возможно последовательное (каскадное) использование технической воды, что позволяет существенно сократить ее расход. В начале каскада находятся производства, требующие достаточно чистую воду, а затем – по степени загрязненности технологий (рисунок 26, б).

Рисунок 26 – Схема производственного водоснабжения с двумя

самостоятельными системами

1 – береговая насосная; 2 – артезианская скважина для подпитки системы и хозяйственно-питьевые водопроводы; 3 – химическая обработка поступающей воды; 4 – насосная станция группы потребителей; 5,6 – цехи завода; 7 – очистные сооружения цехов; 8 – удаление отходов; 9 – водовод обратной воды;

10 – общезаводские очистные сооружения

24. Охлаждающие устройства систем оборотного водоснабжения

В системах оборотного водоснабжения происходит повторное (многократное) использование части воды. При этом техническая вода нагревается. Перед повторным использованием температура воды должна быть снижена в соответствии с требованиями технологии. Снижение температуры технической воды достигается в специальных охлаждающих установках (охладителях).

По способу отвода теплоты охладители подразделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные). В испарительном охладителе отвод теплоты достигается в результате испарения воды при непосредственном контакте с воздухом, в поверхностном – вода движется в трубках, омываемых с внешней стороны воздухом.

Выбор типа охладителя производится на основе технико-экономического сравнения по минимуму совокупных затрат с учетом показателей работы всей заводской систематики водоснабжения. При сопоставлении вариантов учитываются гидрологические и метереологические условия применительно к району строительства системы водоснабжения.

Испарительные охладители могут быть представлены: прудами-охладителями (водохранилища-охладителя), брызгальными бассейнами и градирнями башенного или вентиляторного типов.

Пруды и водохранилища-охладители обладают рядом несомненных достоинств. Они обеспечивают более низкие температуры охлаждения воды в течение года; являются регуляторами поверхностного стока; просты в эксплуатации и могут обеспечить водой оборотное водоснабжение любого крупного предприятия. Однако создание водохранилищ-охладителей сопряжено со значительными капитальными затратами как на основное сооружение, так и на строительство очистных сооружений.

Брызгальные бассейны требуют сравнительно небольших капитальных вложений и применяются при небольших расходах технической воды (до 300 м³/ч). Обладают плохой охлаждающей способностью и допускают большие потери воды.

Башенные градирни используются в системах оборотного водоснабжения с расходами воды до м³/ч. Благодаря организованному движению воздуха обеспечивается устойчивое охлаждение и более низкая температура воды, чем в брызгальном бассейне. К недостаткам нужно отнести высокие капитальные затраты.

Вентиляторные градирни обеспечивают наиболее глубокое и стабильное охлаждение технической воды. Затраты на строительство оказываются меньше, чем у башенных. Большой расход электрической энергии и возможность образования туманов и обледенения существенно влияют на выбор варианта водоснабжения с вентиляторными градирнями. Их применение оказывается экономически обоснованным, когда требуется низкая и стабильная температура охлаждаемой воды (холодильные и компрессорные станции, производственные технологии в районах с жарким климатом).

Применение радиаторных охладителей позволяет сократить до минимума потери воды в системе оборотного водоснабжения. Вода в «сухих» градирнях не засоряется пылью окружающего воздуха и солями (минерализация воды), как это имеет место в градирнях «мокрого» типа. «Сухие» градирни имеют большой объем по сравнению с «мокрыми», т. к. интенсивность теплообмена в них ниже. Их применение может быть оправдано невозможностью восполнения потерь воды в системах охлаждения.

Охлаждение воды в испарительных охладителях всегда сопровождается ее потерями вследствие испарения (снижение температуры воды на 6ºС в системах испарительного охлаждения сопряжено с потерями воды до 1%). Потери воды подсчитываются

, (82)

где - доля испарившейся воды, %;

- доля уноса с воздухом за пределы охладителя от циркуляционного насоса.

Значение определяется по формуле

, (83)

где - коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением от общего коэффициента теплоотдачи (испарения и конвекция), %;

- абсолютная величина перепада температур, ºС.

В результате испарения в охладителе части воды повышается концентрация минеральных солей, растворенных в оборотной воде. При этом соли временной жесткости MgCO₃ и CaCO₃ (главным образом CaCO₃) выпадают на поверхности устройства, что ухудшает его эксплуатационные показатели и резко снижает коэффициент теплоотдачи. Для предотвращения этого явления производится непрерывная продувка системы оборотного водоснабжения, подпитка свежей водой из природного источника водоснабжения. Продувку осуществляют водой из глубинных слоев охладителя. Тогда уравнение солевого баланса имеет вид

, (84)

где , - концентрация солей жесткости в добавочной и циркулирующей воде соответственно, мг-экв/л;

, - потери воды с испарением и уносом, %;

- объемная доля удаляемой воды по отношению к циркулирующей, %.

Если принять для циркуляционной системы на уровне максимально допустимой (СНиП II-31-74), то выражение (84) можно переписать в виде

. (85)

Из равенства (85) находят значение , выраженное в %. Однако нужно помнить, что регулирование солевого баланса системы оборотного водоснабжения путем непрерывной продувки эффективно лишь в случае, когда . Во всех остальных ситуациях применяют способы снижения жесткости воды путем реагентной обработки, таблица 5.

Таблица 5 – Способы реагентного умягчения воды (технической)

Способ	Применяемый реагент
Известковый	CaO или Ca(OH)2
Едконатриевый	NaOH
Известково-содовый	CaO + Na2CO3
Содово-едконатриевый	Na2CO3 + NaOH
Известково-едконатриевый	CaO + NaOH
Фосфатный	Na3PO4
Бариевый	BaCO3 или Ba(OH)2

Наряду с выпадением солей жесткости в системах оборотного водоснабжения могут откладываться продукты кислородной коррозии, механические взвеси, биологические организмы, содержащиеся в природной воде. Для борьбы с биологическим обрастанием применяют обработку циркуляционной воды хлором. Хлорирование ведется периодически по 30 мин с интервалами в 3-12 ч дозами 1,5-7,5 мг/л (в зависимости от качества воды). При обрастании системы водорослями воду обрабатывают медным купоросом 2-3 раза в месяц по 1-2 ч дозами 4-6 мг/л. При бактериальном обрастании наряду с обработкой медным купоросом делают хлорирование воды дозами 2 мг/л при продолжительности хлорирования 30-40 мин.