Тема 15. Конструкции и методы расчета сетей водоснабжения.

Водоводы и водопроводные сети предназначены для подачи свежей воды из источника водоснабжения, для циркуляции оборотной воды в оборотных системах, отвода загрязненной воды, шламов.

Для обеспечения бесперебойной подачи воды к металлургическим агрегатам, подвод воды к ним и подача свежей воды на завод предусматривается обычно не менее чем по двум параллельным водоводам, каждый из которых рассчитывается на пропуск 50% расчетного расхода при нормальной работе и на пропуск 70% расчетного расхода при аварии одного из водоводов. В отдельных случаях каждый водовод рассчитывается на аварийный пропуск 100% расхода.

Вводы к потребителям ведут от каждого из водоводов. Задвижки и обратные клапаны устанавливают только на вводах.

Различают три способа прокладки водопроводных сетей на площадках промышленных предприятий: в земле, туннелях или каналах и надземный (на эстакадах или на специальных опорах).

Для укладки водопроводных сетей в земле применяют стальные, чугунные и железобетонные трубы.

Применение железобетонных труб ограничивается внеплощадочными сетями и наличием завода-изготовителя в районе металлургического завода.

Чугунные трубы устойчивы против коррозии и истирания и более долговечны, чем стальные. Основной недостаток – хрупкость, боятся механических и гидравлических ударов, что чревато авариями и утечкой воды.

Стальные трубы соединяют между собой сваркой, арматуру присоединяют на фланцах.

Подвержены коррозии от грунтовых вод и самих грунтов, поэтому перед укладкой их тщательно изолируют. Трубы в грунте подвергаются также действию электрокоррозии, вызываемой блуждающими токами, против чего необходимо предусматривать катодную защиту. Эта защита заключается в создании разности потенциалов между трубопроводами и окружающей средой (грунтом) от источника постоянного тока (отрицательный полюс к трубе, положительный – к заземленному аноду).

Расстояние между ближайшим рельсом электрифицированной железной дороги и параллельно прокладываемым трубопроводом должно быть не менее 10 м. В местах пересечения с электрическими железными дорогами стальные водоводы прокладывают в футлярах на изолирующих прокладках.

При прокладке трубопроводов в земле их заглубление должно обеспечивать незамерзаемость в зимнее время и предотвращать повреждение от внешних механических нагрузок (табл.9.1).

При большом количестве параллельно прокладываемых в одном направлении труб их укладывают в подземных железобетонных тоннелях.

В подземном тоннеле можно в небольшом пространстве уложить большое количество труб, есть возможность постоянного наблюдения за состояни

Таблица 9.1. Рекомендации по прокладке водопроводов в земле

D	hmin-hрасч.пром., м
 300	D+0,2 м
300-600	0,75 D
 600	0,5 D

Условные обозначения представлены на схеме

ем трубопроводов, своевременно принимать меры для предотвращения коррозии и повреждений. Однако стоимость прокладки тоннелей высока.

Расстояние труб от стен и перекрытий тоннеля должно обеспечивать возможность сварки трубопроводов, установки арматуры, прохода обслуживающего персонала и транспортировки труб. Высота тоннеля не менее 2м.

Тоннели оборудуются входами, монтажными люками и проемами.

Для транспортировки труб внутри тоннеля предусматривают монорельс, прикрепленный к перекрытию.

В тоннелях предусматривают вентиляцию, электрическое освещение, устройства для отвода дренажных и случайных вод. Для предотвращения затопления тоннеля при разрыве трубопровода устраивают аварийный выпуск большого диаметра.

Наземная прокладка водоводов и водопроводных сетей на столбах применяется, в основном, за пределами территории промышленного предприятия. В пределах территории такая прокладка применяется там, где нет железнодорожных путей и автомобильных дорог.

Минимальная высота прокладки труб на эстакадах, размещаемых на территории промпредприятия, должна обеспечивать свободный проезд под трубопроводами автомобильного (min высота 4,5м) и железнодорожного (min высота 5,5м) транспорта.

Во избежание замерзания воды в трубопроводах в необходимых случаях предусматривается их теплоизоляция.

Трубопроводы при открытой прокладке укладывают с уклоном для их самотечного опорожнения. Для трубопроводов, транспортирующих загрязненную воду, опорожнение должно предусматриваться в систему, связанную с этой водой, для предотвращения попадания этой воды в водоемы.

При проектировании водопроводной сети определяют ее положение в плане, строят продольный профиль и проводят гидравлический расчет трубопроводов. Кроме того, проводятся также тепловой расчет сети и расчет сети на компенсацию тепловых удлинений трубопроводов.

Гидравлическим расчетом трубопровода определяют его диаметр и величину потерь напора.

Диаметр трубы определяется из выражения:

, м,

где W – расчетный расход воды, м³/с;

V – скорость движения воды в трубе, м/с.

При назначении величины скорости воды следует иметь в виду, что большая скорость воды в трубе вызывает большие потери напора, а малая скорость приводит к увеличению диаметра трубы и, следовательно, повышению стоимости сети. Поэтому необходимо в каждом случае определять так –называемую экономическую скорость, учитывающую оба указанных фактора.

Экономическая скорость, в зависимости от диаметра труб, находится в следующих пределах:

V, м\с	Ø, мм
0,70,9	<300
1,01,8	350900
1,92,2	10001200

При проектировании водоводов, транспортирующих воду со взвесями, следует выбирать такую скорость, при которой не происходило бы осаждение взвешенных твердых частиц.

Потери напора по длине трубопровода определяются по формуле: , м.вод.ст.,

где i – гидравлический уклон (отношение потери напора к длине);

L – длина трубопровода, м.

Чугунные и стальные трубы рассчитывают по следующим формулам:

для скорости воды <1,2 м/с

для скорости воды V 1,2м/с

.

Имеются таблицы, в которых для различных диаметров труб приведены гидравлические уклоны и скорости, соответствующие определенным расходам воды.

Местные потери обычно не рассчитывают, а принимают равными 5-10% от потерь напора по длине.

Самотечные трубы и каналы рассчитывают по формуле Дарси-Вейсбаха:

где _тр – коэффициент гидравлического трения;

- гидравлический радиус.

Водоводы, уложенные открыто на земле, на эстакадах и в тоннелях, подвергаются температурным деформациям, которые следует учитывать при проектировании.

Величина деформации L равняется:

, м,

где _р – коэффициент линейного расширения, равный для стальных труб

при температуре до 75⁰С 0,012 мм/(м⁰С);

t₁ и t₂ – минимальная и максимальная температуры трубопровода, ⁰С.

Приближенно величину t₂ можно принимать равной максимальной температуре воды в трубопроводе.

Величину t₁ при эксплуатации водовода можно принимать равной температуре перекачиваемой воды. Однако для практических расчетов минимальную температуру трубопровода t₁ следует принимать равной минимальной температуре воздуха, т.к. водовод может быть опорожнен.

Тепловое удлинение трубопроводов компенсируется за счет использования поворотов трассы трубопроводов (самокомпенсация) и установки сальниковых, П-образных или линзовых компенсаторов.

Тепловой расчет водоводов обычно выполняют при их открытой прокладке. При протекании воды по трубам происходит теплообмен между массой воды в трубе и наружным воздухом, а также внутренний нагрев воды за счет преобразования трения в теплоту при преодолении сопротивлений.