Определение расчётных расходов воды на пожаротушение

Вариант 39

Требуется определить хозяйственно-питьевое и производственное водопотребление в системе водоснабжения, обслуживающего населенный пункт (поселок) и предприятие.

Исходные данные:

Число жителей в населенном пункте - 21000 человек.

Здания оборудованы внутренним водопроводом, канализацией без ванн.

Застройка зданий в 5 этажа.

В населенном пункте имеется фабрика-кухня типа «б», объемом до 2500 м³. Здание фабрики 5-ти этажное.

Магистральная водопроводная сеть и водоводы проложены из чугунных труб с полимерным покрытием, нанесенные методом центрифугировании. Длина водоводов от НС-II до водонапорной башни l_вод=700 м.

Промышленное предприятие по пожарной опасности относится к категории В, два производственных корпуса II степени огнестойкости: один объемом 100 тыс. м³, другой объемом 167 тыс. м³, ширина здания 22 м.,

Площадь территории предприятия 89 га. Предприятие работает в 3 смены, количество рабочих в каждой смене N_cm = 700 человек. Расход воды на производственные нужды . Душ принимают 80 % рабочих в смену.

Генплан водопроводной сети приведен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема объединенного хозяйственно – противопожарного водопровода населенного пункта и предприятия:

1 – санитарная зона артезианских скважин; 2 – резервуары чистой воды; 3 – камера переключения; 4 – насосная станция; 5 – водоводы; 6 – водонапорная башня; 7 – водопроводная сеть посёлка; 8 – предприятие.

1) Определение водопотребителей.

Объединенный хозяйственно-питьевой, производственный и противопожарный водопровод должен обеспечить расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта, хозяйственно-питьевые нужды предприятия, хозяйственно-бытовые нужды общественных зданий, производственные нужды предприятия, тушение возможных пожаров в поселке и на предприятии.

2) Расчет требуемых расходов воды для поселка и предприятия.

Определение водопотребление начинаем с поселка, поскольку он является основным потребителем.

Поселок. В соответствии с п.2.1, табл.1 [4] норму водопотребления на одного человека принимаем 145 л /сут.

Суточный расход:

Суточный расход с учетом примечания 4 , п.2.1 [4]

Расчетный расход воды в сутки наибольшего водопотребления

Согласно п.2.2 [4], принимаем К_{сут.мах}=1.3

Расчетный часовой максимальный расход воды:

Максимальный коэффициент часовой неравномерности водопотребления

Принимаем по п.2.2. и табл.2[4] a_мах = 1.4 b_мах = 1,198 ,

Тогда

К_ч.мах = 1.4 * 1,198= 1,677

По приложению 3 данных указаний принимаем Кч.мах = 1.7

Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды фабрики-кухни

,

где: Q_{сух.бел} = 16 л/сут (приложение 3 [5])

Коэффициент часовой неравномерности водопотребления для прачечной принимаем по приложению 3.

Суммарный расход воды по поселку:

Предприятие.

В соответствии п.2.4 [4], приложения 3 [5] и согласно задания, норму водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды на одного человека в смену принимаем

Водопотребление в смену:

Суточное водопотребление:

Расход воды на душевые в смену

Кол-во душевых сеток:

,

,

В сутки:

Расход воды на производственные нужды в смену:

(по заданию),

в час .

Суточное водопотребление на производственные нужды:

Таким образом, расчетный суточный расход воды по предприятию составит:

Суммарный расход воды за сутки по поселку и предприятию равен:

Таблица почасового водопотребления

			поселок				предприятие	всего за сутки
часы	на х-п нужды	общественное здание	на х-п потреблении	Qдуш.ч	Qпр.ч	Qобщ.ч	% от суточного
суток	% от Qсут.max	Qч.пос	% от Qоб.зд	Qч	%от Qпр.см.х-п	Qч,	м3/ч	м3/ч	м3/ч	потребления
	при К=1,7	м3/ч	при К=1,15	м3/ч	при Кч=3	м3/x
0-1		45,5228	4,5	0,36	12,5	2,1875		87,5	191,57025	2,784137688
1-2		45,5228	4,5	0,36	6,25	1,09375		87,5	134,4765	1,954380139
2-3		45,5228	3,8	0,304	6,25	1,09375		87,5	134,4205	1,953566277
3-4		45,5228	3,8	0,304	6,25	1,09375		87,5	134,4205	1,953566277
4-5		91,0455	3,6	0,288	18,75	3,28125		87,5	182,11475	2,646718575
5-6		136,568	3,7	0,296	37,5	6,5625		87,5	230,92675	3,356115409
6-7		227,614		0,32	6,25	1,09375		87,5	316,5275	4,600172219
7-8	6,5	295,898		0,32	6,25	1,09375		87,5	384,811625	5,592562248
8-9	6,5	295,898		0,24	12,5	2,1875		87,5	441,825375	6,421157137
9-10	5,5	250,375	4,9	0,392	6,25	1,09375		87,5	339,360875	4,932015289
10-11	4,5	204,852	4,6	0,368	6,25	1,09375		87,5	293,814125	4,270073139
11-12	5,5	250,375		0,32	6,25	1,09375		87,5	339,288875	4,930968895
12-13		318,659		0,32	18,75	3,28125		87,5	409,7605	5,955150401
13-14		318,659	4,8	0,384	37,5	6,5625		87,5	413,10575	6,003767744
14-15	5,5	250,375	4,8	0,384	6,25	1,09375		87,5	339,352875	4,931899023
15-16	4,5	204,852		0,32	6,25	1,09375		87,5	293,766125	4,269375543
16-17		227,614	4,5	0,36	12,5	2,1875		87,5	373,66125	5,430511098
17-18	6,5	295,898		0,32	6,25	1,09375		87,5	384,811625	5,592562248
18-19	6,5	295,898	4,7	0,376	6,25	1,09375		87,5	384,867625	5,59337611
19-20		227,614	4,8	0,384	6,25	1,09375		87,5	316,5915	4,601102347
20-21	4,5	204,852	4,1	0,328	18,75	3,28125		87,5	295,961625	4,301283286
21-22		136,568	3,5	0,28	37,5	6,5625		87,5	230,91075	3,355882877
22-23		91,0455	4,3	0,344	6,25	1,09375		87,5	179,98325	2,615740959
23-24		45,5228	4,1	0,328	6,25	1,09375		87,5	134,4445	1,953915075
Всего		4552,28				52,5			6880,775

Из табл. видно, что в посёлке и на предприятии наибольшее водопотребление происходит с 8 до 9 ч, в это время на все нужды расходуется 441,82 м³ /ч или

По предприятию расчётный расход:

Расчётный расход общественного здания (Ф-К):

Собственно, посёлок расходует:

По данным графы 11 табл. строим график неравномерности водопотребления объединённого водопровода по часам суток (рис. 2.1).

Определение расчётных расходов воды на пожаротушение

Определим расчетные расходы воды для пожаротушения по данным приведенного примера. Так как водопровод в поселке проектируется объединенным, то согласно СНиП 2.04.02-84, п. 2.23 при количестве жителей 21000 чел. принимаем два пожара (один на предприятии, один в населенном пункте). Согласно п. 2.12, табл. 5[4] при 5-ти этажной застройке с расходом воды 20 л/с на один пожар .

Расход воды на внутреннее пожаротушение в поселке при наличии фабрики-кухни, здание 5-ти этажное объемом до 25000 м³, согласно СНиП 2.04. 01 - 85, п. 6.1, табл. 1 не предусмотрено.

Согласно СНиП 2.04. 02-84, п. 2.22 на предприятии принимаем1 пожара, т.к. площадь предприятия менее 150 га.

Согласно п. 2.14, табл.8, примечание 1[4], расчетный расход воды для здания объемом 100 тыс. м³ , а для здания объемом 167 тыс. м³ .

Таким образом, .

Согласно СНиП 2.04. 01-85, п.6.1, табл.2 расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение в производственных зданиях предприятия принимаем из расчета трех струй производительностью 5 л/с каждая, тогда .

Таким образом,

,

,

согласно п. 2.23 СНиП 2.04.02-84 , расход воды на цели пожаротушения в поселке и на предприятии определяем как:

4) Гидравлический расчет водопроводной сети.

Рассмотрим гидравлический расчет на примере водопроводной сети, показанной на рис. 4.1. Общий расход воды в час максимального водопотребления составляет 122,72л/с, в том числе сосредоточенный расход общественного здания 0,066 л/с.

Рис. 4.1. Расчетная схема водопроводной сети

1. Определим равномерно распределяемый расход:

2. Определим удельный расход воды:

;

3. Определим путевые отборы:

Результаты приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

№ участка	длина участка	путевой отбор, л/с
1-2		8,21938542
2-3		12,3290781
3-4		8,21938542
4-5		12,3290781
5-6		12,3290781
6-7		4,10969271
7-1		8,21938542
7-4		16,4387708
∑Qпутj=	82,1938542

4. Определим узловые расходы:

Аналогично определяем расходы воды для каждого узла. Результаты приведены в таблице 4.2.

Узловые расходы

Таблица 4.2.

№ узла	узловой расход, л/с
		8,219385
		10,27423
		10,27423
		18,49362
		12,32908
		8,219385
		14,38392
∑qузл=	82,19385417

5.Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы. К узловому расходу в точке 5 добавляется сосредоточенный расход предприятия, а в точке 3 – сосредоточенный расход общественного здания (вместо точки 3 можно взять любую другую точку). Тогда q₅=52,79 л/с, q₃=10,34 л/с.

Рис. 4.2. Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами

6.Выполним предварительное распределение расходов воды по участкам сети. Сделаем это сначала для водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (без пожара). Выберем диктующую точку, т.е. точку встречи двух потоков (конечную точку подачи воды). В данном примере за диктующую точку примем точку 5. Предварительно наметим направления движения воды от точки 1 к точке 5 (направления показаны на рис. 4.2). Потоки воды могут подойти к точке 5 по трем направлениям: первое 1-2-3-4-5, второе 1-7-4-5, третье 1-7-6-5. Для узла 1 должно выполняться следующее условие: сумма расходов на участках 1-2, 1-7 и узлового расхода q₁ должно быть равно общему расходу воды, поступающему в сеть. То есть соотношение q₁+q_1-2+q_1-7=Q_пос.пр. Представим, что q_1-2=q_1-7

Тогда q_1-2= Q_{пос.пр -}q₁/2. Представим, что q_4-7=q_6-7

Тогда q_4-7= q_1-7–q₇/2

Расходы воды по другим участкам сети можно определить из следующих соотношений:

q_2-3 = q_1-2-q_2,

q_3-4 = q_2-3-q_3,

q_4-5 = q_7-4+q_3-4-q_4,

q_6-5=q_7-6-q_6.

В результате получится:

q1-2=q1-7	57,25494
q7-4=q7-6	21,43551
q2-3	46,98071
q3-4	36,70648
q4-5	39,64837
q6-5	13,21612

Проверка. q₅=q_4-5+q_6-5, q₅ 39,64+13,21=52,86 л/с.

Начинаем предварительно распределять расходы воды от диктующей точке. Расходы воды будут уточняться в дальнейшем при выполнении увязки водопроводной сети. Схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами в обычное время показано на рис.4.3

Рис. 4.3 Расчётная схема водопроводной сети

с предварительно распределенными расходами

при хозяйственно – производственном водопотреблении

При пожаре водопроводная сеть должна обеспечивать подачу воды на пожаротушение при максимальном часовом расходе воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды за исключением расходов воды на душ, поливку территории и т.п. промышленного предприятия. (п.2.21 СНиП 2.04.02 – 84), если эти расходы вошли в расход в час максимального водопотребления. Для водопроводной сети, показанной на рис. 4.1, расход воды для пожаротушения следует добавить к узловому расходу в точке 5, где осуществляется отбор воды на промышленное предприятие, и которая является наиболее удаленной от места ввода (от точки 1), т.е. q’₅=q₅+Q_{пож. рас}-q_душ. Однако, из таблицы водопотребления (табл.2.1) видно, что без учета расхода воды на душ час максимального водопотребления будет с 12 до 13 часов. Расход воды Q^’_пос.пр=413,10 м³/ч=114,75 л/с, в том числе сосредоточенный расход предприятия равен Q^’_пр=94,06 м³/ч=26,12 л/с, а сосредоточенный расход общественного здания Q_об.зд=0,384 м³/ч=0,106 л/с

Поэтому при гидравлическом расчете сети при пожаре:

Т.к. ,то узловые расходы при пожаре будут другие, чем в час максимального водопотребления без пожара. Определим узловые расходы так, как это делалось без пожара. При этом следует учитывать, что сосредоточенными расходами будут:

Равномерно распределенный расход будет равен:

Определим удельный расход воды:

;

Определим путевые отборы:

Результаты приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

№ участка	длина участка	путевой отбор, л/с
1-2		8,85164583
2-3		13,2774688
3-4		8,85164583
4-5		13,2774688
5-6		13,2774688
6-7		4,42582292
7-1		8,85164583
7-4		17,7032917
∑Qпутj=	88,5164583

Определим узловые расходы:

Аналогично определяем расходы воды для каждого узла. Результаты приведены в таблице 4.2.

Узловые расходы

Таблица 4.2.

№ узла	узловой расход, л/с
	8,85164583
	11,0645573
	11,0645573
	19,9162031
	13,2774688
	8,85164583
	15,4903802
∑qузл=	88,5164583

Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы и расходы на пожаротушение. К узловому расходу в точке 5 добавляется сосредоточенный расход предприятия, а в точке 3 – сосредоточенный расход общественного здания (вместо точки 3 можно взять любую другую точку). Тогда q₅=89,45 л/с, q₃=11,17 л/с.

Выполним предварительное распределение расходов воды по участкам сети. Сделаем это сначала для водопроводной сети при пожаре. Выберем диктующую точку, т.е. точку встречи двух потоков (конечную точку подачи воды). В данном примере за диктующую точку примем точку 5. Предварительно наметим направления движения воды от точки 1 к точке 5 (направления показаны на рис. 4.2). Потоки воды могут подойти к точке 5 по трем направлениям: первое 1-2-3-4-5, второе 1-7-4-5, третье 1-7-6-5. Для узла 1 должно выполняться следующее условие: сумма расходов на участках 1-2, 1-7 и узлового расхода q₁ должно быть равно общему расходу воды, поступающему в сеть. То есть соотношение q₁+q_1-2+q_1-7=Q_пос.пр. Представим, что q_1-2=q_1-7

Тогда q_1-2= Q_{пос.пр -}q₁/2. Представим, что q_4-7=q_6-7

Тогда q_4-7= q_1-7–q₇/2

Расходы воды по другим участкам сети можно определить из следующих соотношений:

q_2-3 = q_1-2-q_2,

q_3-4 = q_2-3-q_3,

q_4-5 = q_7-4+q_3-4-q_4,

q_6-5=q_7-6-q_6.

В результате получится:

q1-2=q1-7	77,94998
q7-4=q7-6	31,2298
q2-3	66,88542
q3-4	55,82086
q4-5	67,13446
q6-5	22,37815

Проверка. q₅=q_4-5+q_6-5, q₅ =67,13+22,37=89,51 л/с.

Расчетная схема водопроводной сети с узловыми и предварительно распределенными расходами при пожаре показано на рис.4.4.

Рис.4.4. Расчетная схема водопроводной сети с предварительно

распределенными расходами «при пожаре».

Определим диаметры труб участников сети. Для стальных труб Э= 1.

По экономическому фактору и предварительно распределённым расходам воды по участкам сети при пожаре по приложению 4 определяются диаметры труб участков водопроводной сети:

d_1-2= 0,300 м; d_2-3= 0,300 м; d_3-4= 0,250 м;

d_4-5= 0,300 м; d_5-6= 0,150 м; d_6-7= 0,200 м;

d_4-7= 0,200 м; d_1-7= 0,300 м;

Соответствующие расчётные внутренние диаметры определяются по ГОСТ 539-80 и равны (трубы ВТ- 9, тип I) (приложение 4):

d_1-2= 0,3044 м; d_2-3= 0,3044 м; d_3-4= 0,253 м;

d_4-5= 0,3044м; d_5-6= 0,1524 м; d_6-7= 0,2029 м;

d_4-7= 0,2029 м; d_1-7= 0,3044 м;

Увязка водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении.

Номер кольца	Участок сети	Расход воды q, л/с	Расчетный внутренний диаметр dp	Длина L, м	Скорость V, м/с	(1+3,51/V)0,19*0,561V2	d1,19р	Гидравлический уклон i*10^-3
	1-2	57,25494271	0,3044		0,787143714	0,479871365	0,24282821	1,976176379
	2-3	46,98071094	0,3044		0,64589308	0,33334952	0,24282821	1,372779239
I	3-4	36,70647917	0,253		0,730519866	0,418163831	0,19485584	2,146016445
	7-4	21,43550911	0,2026		0,665250583	0,351962078	0,14958944	2,352853778
	7-1	57,25494271	0,3044		0,787143714	0,479871365	0,24282821	1,976176379
	4-5	39,64837109	0,3044		0,545087718	0,24405465	0,24282821	1,005050667
II	5-6	13,2161237	0,1524		0,724877307	0,412231687	0,10659875	3,867134356
	6-7	21,43550911	0,2026		0,665250583	0,351962078	0,14958944	2,352853778
	7-4	21,43550911	0,2026		0,665250583	0,351962078	0,14958944	2,352853778
				первое исправление
	потери напора	h/q	Δq΄	q΄=q+ Δq΄	V	(1+3,51/V)0,19*0,561V2
	H, м	(м*с)/л	л/с	л/с	м/c	i*10^-3	h, м
1-2	1,976176379	0,034515385	0,640293587	57,8952363	0,795946501	0,489819104	2,01714254	2,017142541
2-3	2,059168859	0,043830091	0,640293587	47,62100452	0,654695867	0,341755381	1,40739573	2,111093601
3-4	2,146016445	0,058464241	0,640293587	37,34677275	0,743262771	0,431705707	2,21551334	2,215513341
7-4	4,705707556	0,219528612	-0,131975516	21,3035336	0,661154726	0,347984725	2,32626532	4,652530642
7-1	1,976176379	0,034515385	-0,640293587	56,61464912	0,778340927	0,470018864	1,93560242	1,935602424
Δh=(=	-0,500522253
Σ(h/q)	0,390853714							-0,24438358
Δq΄=Δh/2*Σ(h/q)	-0,640293587
4-5	1,507576	0,038023655	0,50831807	40,15668916	0,552076099	0,249829135	1,02883079	1,543246184
5-6	5,800701534	0,43891096	-0,50831807	12,70780563	0,696997103	0,383500242	3,59760544	5,396408163
6-7	1,176426889	0,054882153	-0,50831807	20,92719104	0,649474943	0,336758156	2,25121611	1,125608055
7-4	4,705707556	0,219528612	-0,131975516	21,3035336	0,661154726	0,347984725	2,32626532	4,652530642
Δh=	-0,763844867
Σ(h/q)	0,75134538							-0,32623939
Δq΄=Δh/2*Σ(h/q)	-0,50831807

При увязке потери напора в стальных трубах с пластмассовым покрытием, следует определять по формуле:

Увязка сети продолжается до тех пор, пока величина невязки в каждом кольце не будет менее 1 м.

Следует иметь в виду, что для участка 4-7 (рис.4.3, 4.4), который является общим для обоих колец, вводится две поправки - из первого кольца и из второго. Знак поправочного расхода при переносе из одного кольца в другое следует сохранять.

Потоки воды от точки 1 к точке 5 (диктующей точке), как видно по направлениям стрелок на рис. 4.3, могут пойти по трем направлениям стрелок на рис. 2.4, могут пойти по трем направлениям: первое – 1-2-3-4-5, второе – 1-7-4-5, третье – 1-7-6-5. Средние потери напора в сети можно определить по формуле:

где: , ,

Потери напора в сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении:

м.

м.

м.

м.

м.

где: 1,1 – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях (принимается 10% от линейных потерь напора).

Увязка водопроводной сети при пожаре.