Проектирование противопожарного водоснабжения предприятия

 

 

1. Краткая характеристика объекта.

 

       Населенным пунктом, для которого рассчитывается объединенный водопровод, является город с населением 18,1 тыс. чел., имеющий застройку зданиями высотой преимущественно 10 этажей. Рельеф местности спокойный.

Геодезическая отметка точки  ввода в сеть (точка №3) - 55 м, диктующей точки №7 – 58 м.

Квартиры жилых зданий оборудованы внутренним водопроводом, ванными и газовыми водонагревателями. 

Водопровод одновременно должен также обеспечить водой промышленное предприятие, расположенное вне населенного пункта, на территории площадью – 110 га. Расчетный расход воды на предприятии в час максимального водопотребления составляет - 15,2 л/с и отбирается в узле №5 как сосредоточенный.

Наибольшую пожарную опасность на производственном предприятии представляет здание без фонарей, которое характеризуется следующими параметрами:

- объем здания - 240 тыс.м3;

- категория помещения по пожарной опасности – Г2;

- степень огнестойкости – II.

 

Длина отдельных  участков водопроводной сети

                                                                                                                                Таблица 1

Номер участка

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-7

7-1

2-5

Длина, м

280

220

350

290

240

300

270

250


 

Насосную станцию второго подъема (НС-II), которая будет подавать воду в сеть, предлагается расположить рядом со станцией очистки и обработки воды.                 Разность геодезических отметок между НС-II и точкой ввода №3 составляет +5 м. Расстояние от НС-II до точки ввода воды в сеть составляет - 1080 м. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчёт объёма и режима водопотребления

 

Объединённый водопровод должен обеспечивать расход воды для  хозяйственно-питьевых и производственных нужд в сутки наибольшего водопотребления.

 

    1. Определение расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды

 

Суточные расходы воды на хозяйственно-питьевые нужды и  коэффициент часовой неравномерности водопотребления для населённых мест определяются по [1] и зависят от степени благоустройства районов жилой застройки.

При застройке населённого  пункта зданиями, оборудованными внутренним водопроводом, канализацией и местными газовыми водонагревателями, проектная норма среднесуточного (за год) хозяйственно-питьевого водопотребления на одного жителя составит:  qж – 140 л/сут.(табл.А1[1]).

 

 

2.1.1 Определение среднего суточного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды.

 

Расчёт суточного расхода  воды ( ) на хозяйственно-питьевые нужды жителей населённого пункта производится согласно п.6.13[1] по формуле:

 

  ,

 

где – коэффициент, учитывающий расходы воды на нужды учреждений, организаций и предприятий социально-гарантированного обслуживания, а также неучтённые расходы, принимаем = 1,1 (п.6.2[1]);

qж – удельное водопотребление одним жителем в сутки, л/сут.;

Nж – расчётное количество жителей в населённом пункте, чел.

 

                                  

 

 

2.1.2 Определение максимального суточного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населения

 

Расчётные расходы воды в сутки наибольшего водопотребления  определяется согласно п.6.14[1] по формуле:

,

       где: коэффициент суточной неравномерности водопотребления,                                  равный 1,1-1,3 (п.6.10[1]).   Принимаем  .

                     Qсут.ср.    -    средний суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды  населения, м3/сут.           

      

                                    

 

2.1.3 Определение максимального часового расхода воды на    хозяйственно-питьевые нужды.

 

Расчёт ведём согласно п.6.18[1] по формуле:

 

,

 

где: – коэффициент часовой неравномерности водопотребления, определяемый из выражения согласно п.6.11[1]:

 

 

   где αmax- коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режима работы предприятий другие местные условия, принимаем α =1,29 (по заданию);

           βmax - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте,      определяется методом линейной интерполяции по табл.1 [1], для количества жителей 18100 чел. βmax =1,22;

    - максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения, м3/сут.

 

 

 

2.1.4. Определение максимального секундного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды.

 

Водопроводная сеть должна быть рассчитана на работу при максимальной нагрузке. Предполагая, что в течении  часа вода отбирается равномерно наибольший расход воды в населённом пункте в час максимального водопотребления составит:

 

,

 

где - максимальный часовой расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, м3/ч;

       1000 – постоянная для перевода из кубических метров в литры;

                   3600 – постоянная для перевода часов в минуты.

 

                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

    1.   Определение расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды

 

 

2.2.1 Определение секундного расхода воды хозяйственно-питьевые и производственные нужды.

 

Расход воды на производственные нужды на предприятии принимаем  по заданию:

 

  

В час максимального  водопотребления водопровод должен обеспечить расход:

 

                                     ,

 

где   - секундный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, л/с.

 

                                    

 

 

2.2.2 Определение суточного расхода воды на промышленном предприятии.

 

Предположим, что предприятие работает в три смены и потребление воды в течение суток равномерное, тогда суточный расход воды на промышленном предприятии составит:

 

                                     ,

 

где         m   –   количество рабочих смен;

tсмена    –   продолжительность смены, час;

       - секундный расход воды на производственном предприятии, л/с.

                                              

                                   

 

 

2.2.3 Определение максимального суточного расхода воды на хозяйственно- питьевые и производственные нужды.

 

Максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды определяем по формуле:

 

                                                  ,

 

где - максимальный суточный расход воды на хоз-питьевые нужды, м3/сут;    

      - суточный расход воды на производственном предприятии, м3/сут.

                                        

 

 

 

3. Расчёт расхода воды на пожаротушение и количества одновременных пожаров

 

Т.к предприятие находится  за пределами населённого пункта, то для расчёта  магистральных (кольцевых) линий водопроводной сети определение расчетного количества одновременных пожаров и расчетных расходов воды на наружное и внутреннее пожаротушение производится согласно п.5.21 [2] при площади территории производственного предприятия до 150 га (110 га), числа жителей в населённом пункте свыше 10 до 25 тыс. чел. (18,1 тыс.чел.) принимаем два пожара (один на предприятии, которое находится вне населённого пункта, и один в населённом пункте).

Расчётный расход воды на наружное пожаротушение в населённом пункте определяется согласно табл.1 [2] по численности населения и этажности застройки независимо от степени огнестойкости здания.

При застройке зданиями высотой более трёх этажей (10 этажей) и численности населения от 10 до 25 тыс.чел. (18,1 тыс. чел.) расчётный расход воды на наружное пожаротушение на один пожар составит Qнн.п.=15 л/с. Внутреннее пожаротушение для жилых (Ф1.3) зданий данной этажности согласно табл.6 [2]  не предусматривается.

Расчётный расход воды на наружное пожаротушение на производственном предприятии определяется по степени огнестойкости, категории помещений по пожарной опасности и объёму этого здания, для тушения пожара в котором требуется наибольший расход (для диктующего здания).

По заданию наибольшую пожарную опасность представляют здание II степени огнестойкости с категорией помещений Г2 объёмом 240 тыс.м3., без фонарей, шириной более 60 м.

Расчётный расход воды на наружное пожаротушение через гидранты согласно табл.4[2] составит Qнпр=25 л/с.

Согласно п.4.5 [2] внутренний противопожарный водопровод в производственном здании не предусматривается.

Общий расход воды для  наружного и внутреннего пожаротушения должен составить:

 

Qпож =Qнн.п. + Qвнн.п. + Qнпр + Qвнпр =15л/с + 0 + 25л/с + 0 = 40 л/с

         

 

4. Гидравлический расчёт водопроводной сети на пропуск хозяйственно-питьевого и производственного расхода воды.

 

Основной задачей расчёта  проектируемого наружного водопровода  является обеспечение подачи воды к каждому зданию и сооружению в необходимом количестве и под соответствующим напором.

Расчёт водопроводной  сети ведётся из условия подачи, отвечающий наименьшим затратам на строительство  и эксплуатацию. Расчёт водопровода  необходим также не только для  выбора диаметра труб и определения  потерь напора в водопроводной сети, но и для установления напоров у насосной станции, подбора насосов, определения высоты водонапорной башни в зависимости от потерь напора в водонапорной сети при подаче расчётных расходов к местам отбора.

Подготовку к гидравлическому расчёту начинаем с распределения хозяйственно-питьевого расхода воды по узлам отбора.

        Определяем удельный расход воды для рассчитываемой сети:


 

,

 

где  L - общая длина рассчитываемой сети, м.

 

                      

                                =280 + 220 + 350 +290 +240 +300 +270 + 250 = 2200 м.

 

Путевые расходы по участкам сети                                              

                                                                                                                                     Таблица 2

Номера участков

Расчётная

 формула

Расчётные  величины

Путевой  расход, л/с

1

2

3

4

1-2

0,027´280

7,8

2-3

0,027´220

6,0

3-4

0,027´350

9,5

4-5

0,027´290

8,0

5-6

0,027´240

6,5

6-7

0,027´300

8,2

7-1

0,027´270

7,2

2-5

0,027´250

6,8


 

Проверка:Qх.п.сек.макс 7,8+6,0+9,5+8,0+6,5+8,2+7,2+6,8=60 л/с

 

 

 

 

Определяем узловые  расходы.

Распределение их по участкам водопроводной сети, т.е. по участкам, заключенным между соседними  узлами, производим соблюдая обязательное условие: то количество воды, которое ушло из узла, должно быть равно тому количеству, которое должно дойти до участков, прилегающих к этому узлу.

Узловые расходы                                        

                                                                                                                                 Таблица 3

Номер узла

Расчётная формула

Расчётные величины

Узловой расход

1

2

3

4

1

7,5

2

10,3

3

7,7

4

8,8

5

10,6

6

7,4

7

7,7


 

Проверка: 7,5+10,3+7,7+8,8+10,6+7,4+7,7=60 л/с

Примечание: Для сокращения значности узловые расходы в узлах №3,4,5,6 округлены до десятых долей единицы.

 

Расход воды на предприятии 15,2 л/с в узле №5.

Из схемы водопроводной  сети видно, что наиболее трудных условиях будет работать узел №7. Этот узел наиболее удален от ввода и расположен в самой высокой точке. Поэтому узел №7 будем считать диктующей точкой сети (точкой схода воды).

 

Из точки ввода в  сеть (узел №3) в диктующую точку (узел №7) вода может поступать по трем наиболее вероятным направлениям, а именно:

I.    3 – 2 – 1 – 7

II.   3 – 2 – 5 – 6 – 7

III.  3 – 4 – 5 – 6 – 7

Эти направления по схеме обозначаем стрелками. Производим предварительное распределение расчетных расходов в сети, начиная с диктующей точки №7.

 

 

 

 


 

Рис.1 Схема предварительного распределения хозяйственно-питьевых и

                                   производственных расходов в сети

 

Расчет кольцевой водопроводной сети производим методом последовательного приближения.  Определяем расход воды на участках разветвленной сети.                                 Его величина складывается из расхода, используемого потребителем в конечной точке данного участка, и расхода воды, проходящего по данному участку к более отдаленным потребителям. Определение расходов по участках  начинаем от точки, наиболее удаленной и высоко расположенной от точки питания (диктующей точки №7).                                     По величине расходов определяем диаметры труб, пользуясь таблицами Ф.А.Шевелева[4]. Для проверки правильности распределения расходов используем первое основное условие гидравлического расчета сети, т.е. сумма расходов, притекающих к точке равна сумме расходов уходящих от этой точки плюс расход в самой точке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) Расчет при нормальных условия (в обычное время).

По предварительно распределенным расходам и экономически целесооб-разным скоростям определяем потери напора на всех участках.                                                       Затем подсчитываем суммарные потери напора по направлениям движения потоков воды - по 1-му и 2-му кольцу. Условно считаем, что положительные величины потерь напора в линиях, где вода идет по часовой стрелке, и отрицательными в линиях, где вода идет против часовой стрелки.

                                                                                                                                    Таблица 4

Номер кольца

Номер участка

Длина участка l,м

Расход на участке q, л/с

Диаметр труб

d, мм

Скорость воды

V, м/с

1000i

Потери напора

h, м

1

2

3

4

5

6

7

8

 

 

I

3-2

220

38,7

250

0,78

4,1

+ 0,9

2-5

250

15,9

200

0,5

2,42

+ 0,6

4-5

290

20,0

200

0,62

3,63

- 1,05

3-4

350

28,8

250

0,58

2,38

  - 0,8

Δh = - 0,35 

 

 

II

2-1

280

12,5

200

0,39

1,55

+ 0,43

1-7

270

5,0

125

0,39

2,92

+ 0,79

6-7

300

2,7

125

0,21

0,98

- 0,3

5-6

240

10,1

200

0,31

1,04

- 0,25

2-5

250

15,9

200

0,5

2,42

- 0,6

Δh = +0,07 


 

Расчетная величина невязки (погрешность) Δh<±0,5 м.                                      Увязка водопроводной сети выполнена правильно.

 

Окончательно вычисленные величины заносим на расчетную схему. Увязанная  водопроводная сеть на пропуск хозяйственно-питьевого  и производственного расхода представлена на рис.2.

 


 

Рис.2   Увязанная схема водопроводной сети на пропуск хозяйственно- питьевого и производственного расходов

 

       Далее определяются потери напора в сети по направлениям питания (от ввода к диктующей точке).

0,9+0,43+0,79 = 2,12 м

0,9+0,6+0,25+0,3 = 2,05 м

0,8+1,05+0,25+0,3 = 2,4 м

 

Средние потери напора в  сети определяются:

 

 

  

5. Гидравлический расчет водопроводной сети на пропуск расхода на             пожаротушение (в час максимального водопотребления)

 

 

       б) Расчет водопроводной сети при пропуске расхода на пожаротушение (в час максимального водопотребления).

При отборе из сети расхода на пожаротушение общий расход воды составит:

                     Q общ. = Q полн.мах. + Q н.туш. = 75,2 + 40 = 115,2 л/с

Привязку расходов воды на тушение пожаров к узлам  производим с учетом количества одновременных пожаров и места тушения, но, как правило, диктующей точке. Поэтому расходы на пожаротушение на расчетной схеме наносим следующим образом:

- узел №7 (диктующая  точка) – 15 л/с на тушение  от гидрантов одного расчетного  пожара в городе;

- узел №5 – 25 л/с на наружное тушение на производственном предприятии.

Составляем схему предварительного распределения водопроводной сети.


 


 

 

 

 

Рис.3     Схема предварительного распределения пожарного расхода

 

С учетом изменений, внесенных в схему, производим распределение расходов по потокам с соблюдением баланса в узлах, после чего составляем расчетную схему и таблицу гидравлического расчета.

Проверочным расчетом определяем, могут ли трубы принятых диаметров  пропустить дополнительное количество воды для тушения пожара с учетом максимального расхода на другие нужды. При этом скорость движения воды по трубам не должна превышать 2,5 м/с. При больших скоростях на данных участках заменяем трубы на больший диаметр. В отдельных случаях при больших потерях напора на каком-либо из расчетных участков  увеличиваем диаметры труб даже при скоростях меньше допустимой.

Проверочный расчет ведется  в том же порядке, что и основной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                                                         Таблица 5

Номер кольца

Номер участка

Длина участка l,м

Расход на участке q, л/с

Диаметр труб

d, мм

Скорость воды

V, м/с

1000i

Потери напора

h, м

1

2

3

4

5

6

7

8

 

 

I

3-2

220

48,7

200

1,52

19,7

+ 4,3

2-5

250

14,9

200

0,47

2,16

+ 0,54

4-5

290

50,0

250

0,99

6,5

- 1,88

3-4

350

58,8

250

1,17

8,85

- 3,1

                                                                                                                                      Δh = - 0,14

 

 

II

2-1

280

23,5

200

0,73

4,88

+ 1,37

1-7

270

16,0

200

0,5

2,42

+ 0,65

6-7

300

6,7

125

0,53

4,95

- 1,49

5-6

240

14,1

200

0,438

1,9

- 0,46

2-5

250

14,9

200

0,47

2,16

- 0,54

Δh = - 0,47  


Увязанная водопроводная  сеть на пропуск хозяйственно-питьевого, производственного расхода и  расхода на пожаротушение представлена на рис. 4.

 

 


 

Рис.4    Увязанная схема водопроводной сети на пропуск пожарного расхода

 

Вывод: данная водопроводная сеть обеспечит пропуск необходимых расходов воды для пожаротушения, так как скорость движения воды на всех участках меньше Vдоп = 2,5 м/с, что удовлетворяет требованиям норм.

Определяем потери напора в сети по направлениям питания (от ввода к диктующей точке №7):

                                  4,3 + 1,37 + 0,65 = 6,52 м

                                 4,3 + 0,54 + 0,46 + 1,49 = 6,79 м

                                 3,1 + 1,88 + 0,46 + 1,49 = 6,93 м

 

Средние потери напора в сети:

 

                           

 

 

6. Расчет  водонапорной башни

 

      Водонапорные башни предназначаются для регулирования неравномерности водопотребления, хранения неприкосновенного запаса воды и создания требуемого напора в водопроводной сети.

Емкость бака водопроводной  башни, согласно п. 12.1 [2] должна быть равна:

Vбака = V рег. + V н.з.  , 

 

          где:  Vрег - регулирующий объем бака;   Vн.з. - неприкосновенный запас воды.

 

6.1 Определение регулирующего объема (Vрег.)

Отбор воды на хозяйственно-питьевые цели из водопроводной сети в течение  суток производится неравномерно, колебания расхода по часам суток определяются графиком водопотребления, который рассчитывается в зависимости от коэффициента часовой неравномерности водопотребления,         Кч.мах =1,57 (см. раздел 2). Если установить на насосной станции II подъема насосы, по производительности обеспечивающие расход в часы максимального водопотребления, то все оставшееся время насосная станция будет работать с нагрузкой, что экономически не выгодно.

Ниже рассматриваем  два варианта совместной работы насосной станции и водопроводной сети: I - равномерный; II - неравномерный (ступенчатый).

I - Равномерный режим работы.

         График подачи воды в сеть не совпадает с графиком её отбора из сети.                      Это значит, что при подаче воды насосами в отдельные часы суток количество поданной воды в сеть будет меньше того количества воды, которое отбирается из сети. Восполнение недостающего количества воды происходит в часы, когда расход воды на сеть меньше подачи её насосами.

Предполагаем, что насосная станция имеет равномерный режим подачи воды, подавая за час 4,16 ¸ 4,17 % суточного расхода. При помощи совмещенных графиков водопотребления в сети и водоотдачи насосов определяем расчётную регулирующую ёмкость бака водонапорной башни. Результаты вычислений сводим в таблицу 6, где значения расходов даны в процентах от суточного расхода.

Проектирование противопожарного водоснабжения предприятия