Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водоснабжение промышленных предприятий
.pdf
81
9. ВОДОВОДЫ И ВОДОПРОВОДНЫЕ СЕТИ
9.1. Водоводы
Водоводы предназначены для транспортирования воды от
водоисточника до объекта водоснабжения.
9.1.1. Типы водоводов и их устройство
Водоводы подразделяются на
комбинированные.
В напорных водоводах подача воды
напорные, самотечные и
осуществляется насосом, в самотечных – самотеком под действием сил
тяжести. Комбинированный водовод состоит из напорных и самотечных
водоводов.
Тип водовода выбирают в зависимости от типа водоисточника,
удаленности его от объекта водоснабжения, топографических условий и
расхода транспортируемой воды.
Рассмотрим схемы напорного и самотечного водоводов (рисунок , а
и рисунок ).
Рисунок 9.1 – Расчетные схемы водоводов
а) напорный водовод;б)самотечно-напорный водовод.1– резервуар;2 – насосная
станция;3 – напорный водовод;4 – водонапорная башня;5 – линия
гидростатического напора;6 – линия гидродинамического напора;7 – подземный
напорный резервуар;8 – камера переключения;9 – самотечно-напорный водовод.
По напорным водоводам (рисунок 9.1, а) воду подают из питающего
резервуара с меньшей отметки его свободной поверхности
в
z
1
82
питательный резервуар на высоту
. Для этих водоводов линия
z
2
гидродинамического напора всегда будет находится выше линии
гидростатического напора.
В самотечных водоводах (рисунок 9.1, б) отметка уровня воды в
питающем резервуаре больше отметок в питаемом на величину
располагаемого напора
Н=z1 - z2 .
Для этих водоводов линия
гидродинамического напора всегда будет находится ниже линии
гидростатического напора.
Напорный и самотечный водоводы работают полным сечением,
самотечно-безнапорный – неполным.
Водоводы являются ответственными элементами в системе, к ним
предъявляются 2 основных требования: экономичность и надежность
подачи воды потребителям.
Для обеспечения безперебойности работы водоводы укладываются
обычно в две нитки, которые часто соединяют переключениями,
позволяющими выключить на ремонт какой-либо участок в случае
аварии на нем.
Допускается укладка водовода в одну нитку при значительной его
длине и технико-экономическом обосновании. Если водовод
проектируют в одну нитку, необходимо предусмотреть устройства
запасных резервуаров (в конце водовода).
Водоводы укладывают из стальных, чугунных асбестоцементных и
железобетонных труб. Для предохранения одного трубопровода от
разлива в случае аварии на втором расстояние между нитками водовода
l принимают в зависимости от материала труб, внутреннего давления и
геологических условий следующим образом:
- при диаметре труб до 300 мм – l 0,7м;
- при 400( d ( 1000мм – l = 1м;
- при d(1000мм – l = 1,5м.
Трубы должны быть уложены на глубине, обеспечивающей
незамерзаемость воды зимой, исключающей возможность не
допускающей нагревание ее летом и предупреждающей повреждение
труб под нагрузками от движущегося транспорта.
Для обеспечения незамерзаемости глубина укладки труб (считая до
дна траншеи) должна быть на 0,5м больше расчетной глубины
проникания в грунт нулевой температуры:
(9.1)
За расчетную принимают максимальную глубину проникновения в
грунт нулевой температуры
определяемую на основании
Нпр,
многолетних наблюдений. Для предупреждения нагревания воды в
83
(9.2)
летнее время глубину заложения труб хозяйственно-питьевых
водопроводов следует принимать не менее
, считая от верха труб.
0,5м
Выбор диаметров труб
Экономически наивыгоднейший диаметр труб
напорных водоводов
считается такой, при котором приведенные затраты по комплексу
взаимосвязанных сооружений «Насосная станция и водовод» будут
наименьшими.
Экономически наивыгоднейшим диаметром труб
напорного водовода
считается такой (или комбинация из двух
самотечно-
диаметров), которому соответствует наименьшая стоимость водовода
при условии обеспечения требуемого напора в его концевой точке. Это
условие выполняется при полном использовании располагаемого напора
Н.
9.1.2. Совместная работа насосов и водоводов
Совместная работа насосов и водоводов возможна лишь в том
случае, если развиваемый насосами напор Нн, соответствующий их
производительности Qн, будет равен полной высоте водоподъема Н
определяемой по формуле (рисунок 9.2 а):
где
– геометрическая высота водоподъема, измеряемая между
Н
уровнями воды в питающем (
водоводе соответственно, м;
г
hк и hв –
Qн –
Sк и Sв -
потери напора в коммуникациях насосной станции и
расход воды, подаваемый насосом, (м
сопротивления коммуникаций насосной станции и водовода,
) и напорном (
z
1
) резервуарах, м;
z
2
3
/с) л/с;
.
Рассчитать совместную работу насосов и водоводов можно двумя
способами: графическим и аналитическим.
Рассчитаем совместную работу насосов и водоводов графическим
способом. Для этого на координатную сетку нанесем характеристику
насоса Q-H (кривая 1) и по формуле строим характеристику Q-h
водоводов (кривая 2).
Координата точки пересечения этих двух кривых определяет
значения подаваемого насосом расхода
напора Н
.
н
и развиваемого при этом
Qн
,
п
84
(9.3)
(9.4)
(9.5)
Рисунок 9.2 – График совместной работы насосов и водоводов
1 – характеристика
центробежного насоса;2 – характеристика
Q-H
водопроводной системы.
При втором способе характеристики
Q-H
представляют аналитическими выражениями:
для насосов:
насосов и трубопроводов
для трубопроводов
уравнением (9.2).
–
Приравняв правые части выражений (9.2) и (9.3), после
преобразований получим формулу для определения расхода воды:
где Н
и Sф – параметры аналитической характеристики
ф
Q-H
центробежных насосов, величину которых можно вычислить по
формулам
85
(9.6)
(9.7)
(9.8)
где Н
соответственно Q
и Н2 – напоры, развиваемые насосом при подаче
1
и Q2 (принимаются по справочным данным).
1
9.1.3. Оборудование водоводов
1).Переключения на водоводах
. Количество переключений на
водоводах определяют расчетом из условий подачи аварийного расхода
(л/с):
где
коэффициент допустимого снижения подачи воды при
k
–
сн
аварии;
подача воды насосами при нормальной работе водовода, л/с.
Qн -
Количество переключений, устанавливаемых на водоводе,
определяется так:
где
число участков, на которые разделена перемычками каждая
n –
нитка водовода (определяется по разным соотношениям для напорного
и для самотечно-напорного водовода).
2). Дополнительные линии.
Если требуется увеличить подачу воды
по водоводу от существующей насосной станции с известными
характеристиками за счет прокладки дополнительной линии, то задача
сводится к определению длины или диаметра этой линии.
Как правило, дополнительно прокладываемый трубопровод имеет
такую же длину
, как существующие линии водовода. Поэтому
L
необходимо лишь определить диаметр дополнительного трубопровода.
3). Вантузы и водовыпуски.
Вантузы устанавливают в повышенных переломных точках
водовода. Они предназначены для выпуска воздуха, выделяющегося из
воды.
Водовыпуски устанавливают в пониженных точках трубопровода.
Они служат для сброса воды при выключении ремонтного участка,
после промывки перед сдачей в эксплуатацию по окончании
строительства или после проведения ремонтных работ.
При проектировании и расчете вантузов и водовыпусков следует
руководствоваться такими рекомендациями: длина ремонтного участка
водовода должна быть не более
, время опорожнения ремонтного
5км
участка трубопровода должно составлять не более 2ч, а отношение
диаметра выпуска к диаметру водовода
0,35.
86
10. ВОДА В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
10.1. Стабильность воды по отношению к бетону и металлу
Стабильность воды является одним из основных показателей
ее качества. Обесцвеченную и осветленную на очистных
сооружениях воду нельзя считать удовлетворительной по качеству, если
она, проходя по трубам, приобретает окраску или образует осадок.
Стабильной называется вода, которая не выделяет и не растворяет
осадок карбоната кальция.
Стабильность воды нарушается при повышенном содержании в ней
растворенного углекислого газа, кислорода или сероводорода.
При низком значении рН, пересыщенности карбонатом кальция или
гидроксидом магния, повышенной концентрации хлоридов или
сульфатов и др.
Различают стабильность воды по отношению к бетону и к металлам.
Стабильность воды по отношению к бетону определяется прежде всего
содержанием в ней растворенного углекислого газа (угольной кислоты)
[ 3 ]. Угольная кислота находится в воде в связан- ном и в свободном
состояниях. Связанная угольная кислота - это кислота, входящая в
состав гидрокарбонатов и карбонатов.
Содержание карбонатов в природных водах незначительно и зависит
от растворимости СаСОз. Поэтому под связанной угольной кислотой
следует подразумевать кислоту, входящую в состав гидрокарбонатов.
Иногда такую угольную кислоту называют полусвязанной. Наиболее
распространенной солью, входящей в состав природных вод и
содержащей угольную кислоту в связанном виде является
гидрокарбонат кальция - Содержание гидрокарбоната
кальция в воде обусловливает так называемый щелочной резерв
(щелочность) воды.
Свободную угольную кислоту, т.е делят на
равновесную и агрессивную. Классификацию угольной кислоты,
находящейся в воде иллюстрирует схема, представленная на рис.10.1.
87
Рис . 10.1. Классификация угольной кислоты
Содержание равновесной угольной кислоты в воде определяется
химическим равновесием:
которое называется углекислотным равновесием воды. Как видно из
уравнения реакции A), содержание равновесной угольной кислоты в
воде зависит от содержания в ней гидрокарбоната кальция: чем оно
больше, тем больше равновесной угольной кислоты находится с ним в
равновесии. Если количество свободной угольной кислоты точно равно
количеству равновесной угольной кислоты, то такая вода - стабильна, в
противном случае - вода нестабильна. Нестабильность ее может быть
двоякой. При пониженном содержании СО
углекислотное равновесие
2
воды смещается вправо, что приводит к выпадению карбоната кальция в
осадок. Таким образом, вода с пониженным содержанием СО
склонна к
2
отложениям карбоната кальция, которые, например, уменьшают
просветы в трубах водопроводов, их пропускную способность.
Продолжительное протекание по трубопроводам воды, пересыщенной
карбонатом кальция, может привести к полному зарастанию труб.
Количество растворенного в воде углекислого газа может быть и
значительно больше, чем требуется по приведенному выше уравнению
углекислотного равновесия. Особенно это относится к подземным
водам. В поверхностных водах содержание свободной угольной
кислоты (определяемое в основном растворимостью углекислого газа
воздуха) обычно незначительно (до 20 мг/л). Наличие агрессивной
угольной кислоты в них маловероятно. В подземных водах угольная
кислота образуется вследствие протекания процессов разложения
органических соединений, а также в результате биохимических
процессов. Концентрация свободной угольной кислоты в подземных
водах достигает 40 мг/л. Повышенное содержание свободной угольной
88
кислоты в воде обычно наблюдается после очистки ее коагуляцией,
поскольку при взаимодействии гидрокарбонатов с кислотой,
образующейся при гидролизе коагулянтов (сульфата алюминия и
хлорида железа III), выделяется около 80 мг СО
на 100 мг коагулянта.
2
Количество углекислого газа можно вычислить по уравнению:
Избыточная свободная угольная кислота называется агрессивной,
поскольку она очень активна и реакционноспособна.
Наличие в воде агрессивной угольной кислоты является основной
причиной агрессивности воды по отношению к бетону.
Агрессивная угольная кислота, реагируя с карбонатом и
гидроксидом кальция, содержащимся в бетоне, превращает их в
растворимые гидрокарбонаты, способствуя быстрому разрушению
бетонных сооружений.
Протекающие при разрушении бетона реакции можно записать
уравнениями:
Агрессивная угольная кислота, находящаяся в воде, не является
коррозионным агентом, непосредственно действующим на металл, но
косвенно она может способствовать коррозии металла. На внутренней
поверхности водопроводных труб образуются ржавокарбонатные
отложения, предохраняющие металл от разрушения. Агрессивная
угольная кислота, растворяя карбонатную часть этих отложений,
оголяет металлическую поверхность внутренней части труб, чем
создает благоприятные условия для коррозии металла. Таким образом,
вода очищенная на водопроводных станциях и соответствующая
требованиям ГОСТов, но содержащая агрессивную угольную кислоту,
на пути к потребителю загрязняется продуктами коррозии труб,
которые повышают цветность воды и содержание в ней железа выше
установленных ГОСТом норм. Поэтому очень важно контролировать в
очищенной воде содержание агрессивной угольной кислоты. В
последнее время на некоторых водопроводных станциях установлены
вместо обычных песчаных фильтров - мраморно-песчаные. В результате
фильтрования воды через такие фильтры получают не только
осветленную, но и стабильную воду. Стабильность воды по отношению
к металлам определяется, главным образом, содержанием в ней
растворенного кислорода. Кислород обычно попадает в воду
непосредственно из воздуха, а также в результате жизнедеятельности
водорослей и некоторых микроорганизмов, находящихся в
89
поверхностных водах. Концентрация кислорода в воде зависит от
парциального давления его в воздухе и температуры воды. Если
количество растворенного в воде кислорода при давлении 101 кПа (н.у.)
выше указанного в таблице 1, то вода является агрессивной
(коррозионно-активной) по отношению к металлу.
Таблица. 10.1
Зависимость растворѐнного в воде кислорода от температуры
при давлении 101 кПа
Протекание коррозионных процессов в железе обусловлено
микрогальваническими парами, возникающими за счет содержания в
железе примесей (например, углерода) или неоднородности обработки
различных его участков. При коррозии железа протекают следующие
процессы: На аноде железо растворяется, образуя ионы железа и
избыточные электроны:
На катоде ионы водорода присоединяют электроны, т.е.
восстанавливаются до газообразного водорода:
При соприкосновении металла труб с водой, содержащей кислород,
выделяющийся атомарный водород непрерывно окисляется до Н
O , что
2
вызывает усиленное растворение железа, процесс коррозии
прогрессирует:
90
Назначение воды
Максимальное допустимое содержание,
мг/л
раствори-
мых солей
ионов
SO
4
-2
ионов
Cl-1
взвешен-
ных частиц
1. Вода для затворения бетонной
смеси при изготовлении
напряженных железобетонных
конструкций
2000
600
350
200
2. Вода для затворения бетонной
смеси при изготовлении
бетонных и железобетонных
конструкций с ненапрягаемой
арматурой, в том числе для водосбросных сооружений и зоны
переменного горизонта воды
массивных сооружений.
5000
2700
1200
200
3. Вода для затворения бетонной
смеси при изготовлении
бетонных неармированных
конструкций, к которым не
предъявляются требования по
10000
2700
3500
300
10.2. Требования к воде при производстве бетонов и растворов
При производстве бетонов и растворов вода должна удовлетворять
следующим требованиям (согласно ГОСТ 23732-79):
1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
1.1. Вода должна удовлетворять требованиям настоящего
стандарта.
1.2. Содержание в воде органических поверхностно-активных
веществ, сахаров или фенолов, каждого, не должно быть более 10
мг/л.
1.3. Вода не должна содержать пленки нефтепродуктов, жиров,
масел.
1.4. В воде, применяемой для затворения бетонных смесей и
поливки бетона, не должно быть окрашивающих примесей, если к
бетону предъявляют требования технической эстетики.
1.5. Содержание в воде растворимых солей, ионов SO4-2, Cl-1 и
взвешенных частиц не должно превышать величин, указанных в
таблице.
1.6. Окисляемость воды не должна быть более 15 мг/л.
1.7. Водородный показатель воды (рН) не должен быть менее 4 и
более 12,5.
1.8. Вода не должна содержать также примесей в количествах,
нарушающих сроки схватывания и твердения цементного теста и
бетона, снижающих прочность и морозостойкость бетона.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]