Источники водоснабжения и водозаборные сооружения

В качестве источников водоснабжения используются подзем­ные (напорные и безнапорные пластовые, подрусловые, шахтные и другие воды) и поверхностные (реки, озера, водохранилища, пруды, каналы, моря) воды. Для производственного водоснабжения промышленных предприятий могут использоваться очи­щенные сточные воды. Выбор источника хозяйственно-питьевого водоснабжения производится в соответствии с требованиями ГОСТа.

При строительстве новых, а также при расширении, реконст­рукции и техническом перевооружении действующих предприя­тий, сооружений и объектов, связанных с использованием воды, условия этого использования,-а также получение разрешений на водопользование согласовываются с уполномоченными организациями. Согла­сование условий водопользования производится на основании Инструкции о порядке согласования и выдачи разрешений на специальное водопользование на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО) или другой предпроектной документации.

Рассмотрение и согласование проектных решений на строи­тельство объектов является актом государственного контроля за рациональным использованием вод, их охраной от загрязне­ния, засорения и истощения и позволяет следить за соблюдением и выполнением действующих норм, правил и требований водного законодательства и правительственных постановлений в области рационального использования и охраны воды.

Для хозяйственно-питьевого водопровода рекомендуется ис­пользовать имеющиеся ресурсы подземных вод, причем при не­достаточном запасе должна быть рассмотрена возможность уве­личения их за счет искусственного пополнения. Если подземных вод нет, то используются поверхностные водоисточники — в пер­вую очередь реки, затем озера, водохранилища, моря.

Захват воды из водоисточников осуществляется с помощью водозаборных сооружений. Водозаборы представляют собой гид­ротехнические сооружения, предназначенные для приема под­земных или поверхностных вод и подачи в водохозяйственные системы. В зависимости от вида забираемых вод, а также усло­вий предназначения сооружений водозаборы подземных вод под­разделяются на вертикальные (трубчатые, или артезианские, и шахтные колодцы), горизонтальные (лучевые, инфильтрационные и горизонтальные водозаборы) и каптажи.

Трубчатые колодцы, или скважины, находят при­менение при захвате воды в напорных водоносных пластах, за­легающих на глубинах более 10 м. Если фильтр колодца пересе­кает водоносный пласт на всю мощность, то водозаборы назы­вают совершенными, если же он заглубляется лишь частично и не достигает водоупора, водозаборы называются несовершен­ными.

Шахтные колодцы (рис. 1.4) применяются в маломощных во­донапорных пластах, залегающих на глубинах до 10 м от по­верхности земли. В районах с ограниченным количеством под­земных вод шахтные колодцы могут устраиваться глубиной до 30...40 м. Колодцы сооружаются главным образом для удовлетворения небольших расходов воды водопотребителей.

Лучевые водозаборы строятся для захвата подзем­ных вод в водоносных пластах, располагающихся от поверхно­сти земли на глубинах не более 20 м и мощностью менее 20 м. Как правило, лучевые водозаборы рекомендуется проектировать вблизи рек и водоемов. Но они могут применяться и на участ­ках, где отсутствуют поверхностные источники воды. Не реко­мендуется проектировать лучевые водозаборы в следующих слу­чаях:

в галечниковых грунтах при крупности фракций D>70 мм и содержании их 60 % и более;

при наличии в водоносных породах включений валунов в ко­личестве более 10 %;

в иловатых мелкозернистых породах;

при возможности интенсивной кольматации пород.

Горизонтальные водозаборы(рис. 1.6) предназначены для захвата под­земных вод при неглубоком залегании и небольшой мощности во­доносных пластов. Строительство их рекомендуется в трещино­ватых и закарстованных горных породах для перехвата отдель­ных струй подземных вод, в речных долинах при большой ширине аллювиальных подрусловых потоков и небольшой их мощности, а также для перехвата потоков воды в местах их разгрузки (на склонах оврагов, балок, речных и морских террас).

Инфильтрационные водозаборы предназначены для захвата поверхностных вод, фильтрующихся через поровые грунты, но при этом в их питании могут участвовать и подземные воды. Ин­фильтрационные водозаборы конструктивно оформляются так же, как и горизонтальные (рис. 1.6).

Каптажные устройства применяются для захвата подземных вод, имеющих концентрированный выход на поверхность земли в виде ключей или родников (рис. 1.7).

Водозаборы из поверхностных водоисточников могут быть разделены на речные, озерные, водохранилищные и морские. По взаимному расположению береговых колодцев и насосных стан­ций первого подъема водозаборы делятся на совмещенные и раздельные, по месту расположения водоприемных отверстий и колодцев — на береговые, русловые, или трубчатые, приплотин-ные, комбинированные и т. д. Основные типы водозаборных со­оружений из поверхностных источников показаны на рис. 1.8 и 1.9.

Рис. 1.4. Шахтный колодец, оборудованный ленточным водоподъемником _ верхний блок; 2 — электродвигатель; 3 — во­доподъемная ячеистая лента; 4 — блок-балласт; 5 — обратный фильтр; б — глиняный замок; 7 — вынутый ранее грунт; 8 — отмостка; S — резер­вуар

Рис. 1.6. _Инфильтрационный водосбор

1— смотровые колодцы; 2 — сборный колодец-резервуар; 3 — линии водосбора; 4 — вса­сывающая линия насоса; 5—насосная станция; 6 — водоводы; 7 — водоносный слой; 5 —глиняный замок; ∆h— перепад давления между уровнем воды в колодце и гори­зонтом грунтовых вод

Рис. 1.6. Водозаборы из поверх­ностных водоисточников: а — водозабор раздельного типа с са­мотечными линиями; б — то же, сов­мещенного типа береговой; 1— оголо­вок для приема воды; 2 — самотечная линия; 3 — отверстия с решетками для приема воды; 4 — береговой колодец; 5 — сетки; 6 — галерея для трубопро­водов; 7 — насосная станция; ВУВ, МУВ, НУВ — соответственно высокий, меженный и низкий уровни воды

Рис. 1.10. Схемы сооружении по осветлению и обесцвечиванию воды

а - с горизонтальными отстойниками и фильтрами; б —с осветлителями со взвешенным осадком и фильтрами; в —с контактными осветлителями (КО); г — с напорными фильт­рами; 1 — подача воды с насосной станции первого подъема; 2 — реагентное хозяйство; 3 — смесители; 4 — камеры хлопьеобразования (или реакций); 5 — горизонтальные от­стойники; 6—.фильтры; 7 —резервуары чистой воды; 8—насосная станция второго подъ­ема; 9 — осветлители со взвешенным осадком; 10 — контактные осветлители; 11— напор­ные фильтры первой ступени; 12 — то же. второй

Рис. 1.11. Общий вид напорной башни

/ — переливной трубопровод; 2 — шатер башни; 3 — бак; 4 — трубопровод для подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды; 5 — то же, на 'противопожарные; 6 — сальниковые компенсато­ры; 7 —лестницы; 8 — подающе-отводящий тру­бопровод; 9 — подвальное помещение; 10 — гря­зевой трубопровод; 11 — то же, сбросной; 12 — ствол башни

Рис. 1.12. Общий вид резервуара чистой воды

/ — корпус рсзсрпуара; 2 — колонны; 3 — гидро­изоляция; 4 — вентиляционные трубы; 5—устрой­ство для забора проб; 6 — лазы; 7 •—грязепой трубопровод

Рис. 1.9. Устройство берегового колодца ; 1 - наземный павильон; 2 — стенки колодца; 3 — промывочный трубопровод; 4 — само­течная линия; 5 —закладная часть; 6 — приямок для сбора шлама и удаления его эжектором; 7 — эжектор; 8 — камера приемная; 9 — то же, всасывающая; 10 — сетки; 11 — всасывающий трубопровод; 12 — глиняный; замок; 13 — устройство для промывки сеток; 14 — желоб для сбора воды после промывки сеток; 15 — колонки управления задвижками; 16 — грузоподъемник

Лекция № 7

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕПЛОСНАБЖЕНИИ

Системы и схемы теплоснабжения

Теплоснабжение представляет собой комплекс инженерных сооружений, предназначенных для снабжения теплом жилых, общественных и промышленных зданий, и сооружений с целью обеспечения коммунально-бытовых потребностей (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) и технологических нужд потребителей.

Различают местное (МТ) и централизованное теплоснабже­ние (ЦТ). Система МТ (печное, центральное) обслуживает часть здания, полностью все здание или несколько зданий, си­стема ЦТ — жилой или промышленный район. В Советском Союзе наибольшее значение приобрело ЦТ, в связи с этим и тер­мин «теплоснабжение» чаще всего употребляется применительно к нему.

Централизованное теплоснабжение по сравнению с местным имеет целый ряд преимуществ:

значительное снижение расхода топлива и эксплуатационных затрат за счет автоматизации котельных установок и повышения их КПД;

уменьшение степени загрязнения воздушного бассейна и улучшение санитарного состояния населенных пунктов благодаря применению современных устройств по очистке дымовых газов;

возможность использования низкосортных видов топлива;

снижение стоимости строительства сооружений;

сокращение площадей, занятых местными котельными и складами топлива;

уменьшение пожарной опасности.

В то же время необходимо отметить, что в некоторых кон­кретных случаях МТ могут оказаться более технологичными и экономичными, например в системах с использованием местных электронагревательных устройств (электроотопление, электрона­грев воды). В этом случае отпадает необходимость в прокладке теплотрасс и строительстве ряда устройств. Такие системы наш­ли широкое применение в Финляндии.

Система ЦТ включает источник тепла, тепловую сеть, теп­ловые пункты и теплопотребляющие здания, сооружения и промышленные установки (рис. 1).

Источниками тепла при ЦТ могут быть теплоэлектроцентра­ли (ТЭЦ), на которых осуществляется комбинированная выра­ботка электрической и тепловой энергии (теплофикация); котель­ные установки большой мощности, вырабатывающие только теп­ловую энергию; устройства для утилизации тепловых отходов промышленности; установки для использования геотермальных источников.

В системах МТ источниками тепла служат печи, водогрейные котлы, различные водонагреватели, использующие избыточное тепло промышленных предприятий, солнечную энергию и т. п.

Рис. 1. Принципиальная схема теплофикации.

1 — котельная; 2 — турбина; 3 — электрогенератор; 4 — конденсатор; 5 — конденсатный насос; 6 — регенератор; 7 — химическая водоподготовка; 8—10 — потребители тепла; 11 — задвижки.

Размещение источника тепла на территории города осуществляется с учетом ряда факторов:

исключения заноса сернистых дымовых газов и летучей золы в жилые зоны города;

расположения относительно центра тепловых нагрузок (это расстояние должно быть наименьшим); в этом случае радиус подачи тепла потребителям будет наикратчайшим;

удобства доставки топлива; должны использоваться или су­ществующие, или вновь построенные железнодорожные пути;

возможности дальности действия систем теплоснабжения: при современных технических средствах удаление паровых систем от центров потребления паровых систем теплоты не должен превышать 5...6 км (при давлении 1,5...2,0 МПа), систем горячего во­доснабжения— 30...40 км (насосные станции в этом случае про­ектируются на подающих и обратных трубопроводах), системы подачи теплоты от районных котельных — 5...6 км.

Обычно при выборе источника теплоты сравни­вают несколько вариантов. Окончательный выбор осуществля­ется с учетом экономических, экологических и санитарных ус­ловий.

Теплоносителями в системах ЦТ обычно является перегретая вода с температурой до 200°С и давлением 2,5 МПа и пар с температурой 440°С и давлением до Ру<6,2МПа. Вода обычно служит для обеспечения коммунально-бытовых, а пар — технологических нагрузок. Выбор температуры теплоносителя определяется экономическими расчетами и требованиями потре­бителей. С увеличением дальности транспортирования тепла ре­комендуется повышать параметры теплоносителя.

Использование теплоты в системах теплоснабжения связано с сезонами года. Часть потребителей теплоты зависит от клима­тических условий (системы отопления, вентиляции и кондицио­нирования воздуха), а часть не зависит (системы бытового горячего водоснабжения, технологического пароснабжения и горя­чего водоснабжения). От преобладания тех или иных тепловых потоков зависит во многом выбор систем и схем теплоснабже­ния.

В некоторых системах теплоснабжения на общую тепловую сеть могут работать несколько источников тепла, что повышает надежность работы системы (с точки зрения обеспечения потре­бителей теплом), ее маневренность и экономичность, но в не­которой степени усложняет работу ее гидравлически: увеличива­ется вероятность возникновения гидравлических ударов при из­менении направления движения потоков теплоносителя в трубо­проводах.

Классификация систем центрального теплоснабжения.

Системы центрального теплоснабжения (ЦТ) могут быть классифицированы по ряду признаков:

1) по способу присоеди­нения установок отопления;

2) по числу трубопроводов;

3) по виду теплоносителя;

4) по способу регулирования тепла и др.

По способу присоединения установок отопления различают зависимые и независимые системы. В зависимых системах теп­лоноситель поступает непосредственно из тепловой сети в отопи­тельные установки потребителей, в независимых — в промежу­точный теплообменник, установленный в тепловом пункте, где он нагревает вторичный теплоноситель, который циркулирует в местной установке потребителя.

В зависимости от способа присоединения установок горячего водоснабжения системы теплоснабжения подразделяются на за­крытые и открытые. В закрытых системах на горячее водоснаб­жение вода из водопровода поступает нагретой до требуемой температуры (обычно до 60,..70°С) водой из тепловой сети в теплообменниках, устанавливаемых в тепловых пунктах. В от­крытых системах вода подается потребителю непосредственно из тепловой сети (непосредственный водоразбор).

По числу трубопроводов, используемых для переноса тепло­носителя, различают одно-, двух- и многотрубные системы теп­лоносителя. Однотрубные системы применяются в тех случаях, когда теплоноситель полностью используется потребителями и обратно не возвращается (например, в паровых системах без возврата конденсата или в открытых системах горячего водо­снабжения, в которых вода полностью разбирается потребите­лями). В двухтрубных системах теплоноситель полностью или частично возвращается в источник тепла, где он подогревается и восполняется. Многотрубные системы устраиваются при необхо­димости выделения отдельных типов тепловой нагрузки (напри­мер, отдельные системы для горячего водоснабжения и отопле­ния). Применение многотрубных систем упрощает регулирова­ние отпуска тепла, способы присоединения потребителей к теп-к ловым сетям, а также их эксплуатацию.

По виду теплоносителя системы ЦТ подразделяются на водя­ные и паровые.

По способу регулирования отпуска тепла в системах тепло­снабжения (суточное, сезонное) различают центральное качест­венное, местное количественное. Центральное качественное регу­лирование подачи тепла осуществляется по основному виду теп­ловой нагрузки — отоплению или горячему водоснабжению. Оно заключается в изменении температуры теплоносителя, подава­емого от источника тепла в тепловую сеть в соответствии с принятым температурным графиком в зависимости от температуры наружного воздуха. Местное количественное регулирование про­изводится в тепловых пунктах. Этот вид регулирования находит широкое применение при горячем водоснабжении и осуществля­ется, как правило, автоматически. В паровых системах тепло­снабжения в основном производится местное количественное ре­гулирование— давление пара в источнике теплоснабжения под­держивается постоянным, а расход его регулируется потреби­телями.

Кроме чисто качественного и количественного регулирования имеет место качественно-количественное регулирование; которое заключается в определении эквивалента расхода сетевой воды и температуры воды в зависимости от относительной расчетной тепловой нагрузки. Задачей регулирования является поддержа­ние в отапливаемых помещениях расчетной внутренней темпера­туры.

Применение тех или других типов систем теплоснабжения обусловливается их особенностями и требованиями потребителей тепла.

В независимых системах теплоснабжения системы потреби­телей гидравлически изолированы от тепловой сети. Такие си­стемы находят применение преимущественно в крупных городах. Это связано с повышенными требованиями к надежности подоб­ных систем, а также с тем, что давление в тепловой сети явля­ется слишком высоким для теплопотребляющих установок по условиям их прочности или наоборот, с тем, что статические дав­ления, создаваемые в теплопотребляющих установках (в высот­ных зданиях), неприемлемы для условий работы тепловой сети."

Закрытые системы являются более благоприятными с точки зрения удовлетворения качественных показателей воды — в них исключается коррозия внутренних поверхностей трубопроводов. В открытых системах вода, расходуемая потребителями, а также вода, теряемая в сетях в результате утечки ее через неплотности, должна компенсироваться химически подготовленной некорро­зионной деаэрированной водой. Это осуществляется на станциях химической водоподготовки. В таком случае вода должна соот­ветствовать требованиям, предъявляемым к питьевой воде.

По числу трубопроводов наибольшее распространение в Со­ветском Союзе получили двухтрубные системы: они обеспечи­вают подачу и возврат теплоносителя к источнику тепла, а так­же достаточно выгодны в экономическом отношении. Однотруб­ные и трехтрубные тепловые сети применяются только при соот­ветствующем технико-экономическом обосновании.

С точки зрения гигиены, наиболее приемлемыми являются си­стемы с водяным теплоносителем.

Для зданий и сооружений (больницы, детские дошкольные учреждения с круглосуточным пребыванием детей, картинные галереи и т. п.), а также для некоторых промышленных предприятий, в которых не допустим перерыв в подаче теплоты, предусматривается резервирование, обеспечивающее 100%-ю пода-теплоты тепловыми сетями или местными резервными источниками теплоты.

Выбор системы теплоснабжения осуществляется на основа­нии технико-экономических расчетов, качества исходной воды, степени обеспеченности ею и требуемого потребителями качест­ва воды, устанавливаемого нормами.

Лекция № 8-9