Курсовой  проект

«Водоснабжение  промышленного предприятия» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение            3

1. Анализ исходных данных        4
0. Административно- хозяйственные характеристики района            4
0. Природно-климатические  характеристики района проектирования             4
0. Характеристики  источника водоснабжения                         5
2. Расчёт систем водяного охлаждения      8

3. Стабилизационная обработка воды       10

4. Выбор и расчет охлаждающего устройства     11
5. Баланс воды в системе оборотного водоснабжения    12
6. Предотвращение биологического обрастания     14
7. Борьба с механическими отложениями в оборотной системе  15
8. Расчёт водоподготовительных установок      16

   8.1 Требования  к качеству воды       16

   8.2 Выбор  схемы водоподготовки       16

   8.3 Расчёт механической примеси коагулянта     16

   8.4 Расчёт  анионитовых фильтров II ступени     18

   8.5 Расчёт  Н-катионитовых фильтров      21

   8.6 Определение  расходов реагентов и воды  на собственные нужды фильтров  II ступени          23

   8.7 Расчёт анионитовых фильтров I ступени     26

   8.8 Расчёт  Н-катионитовых фильтров I ступени    29

   8.9 Расчёт декарбонизаторов        33

   8.10 Расчёт механических фильтров      34

9. Расчёт водозаборных сооружений       37

   9.1 Определение  полного расхода из реки     37

   9.2 Общая  площадь водоприёмных отверстий     37

   9.3 Расчёт  общей площади сороудаляющих  сеток    37

   9.4 Расчёт  диаметров трубопроводов      38

   9.5 Отметки  расчётных уровней воды      38

10. Показатели  использования водных ресурсов  на предприятии  40

11. Зоны санитарной  охраны        41

   Заключение          42

   Список  литературы         43

   Приложения          44

 

       Введение

       Непрерывное развитие промышленности и совершенствование  технологий производства различных  видов продукции в значительной степени зависят от качества и количества потребляемой воды. Все большее число предприятий нуждается в воде высокого качества.

       Состав  сооружений для очистки воды, расходуемой  на технологические нужды предприятий, зависит от количества воды в источнике, требований к качеству воды со стороны потребителей и масштабов водопотребления.

       Задачей данного курсового проекта является: запроектировать водозабор, водопроводные  сети и водоводы для водоснабжения  предприятия, расположенного в населенном пункте, разработать технологию очистки, стабилизационной обработки и охлаждения оборотной воды для производственных нужд, технологию водоподготовки для обессоливания.

 

 

    1.3.5.ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ АНАЛИЗА ВОДЫ

      Анализ качества воды

Проводим  проверку правильности выполнения анализа  воды.

1) Проверка электронейтральности

В связи  с электронейтральностью воды суммарная  концентрация катионов должна быть равна  концентрации анионов. Считается анализ выполненным качественно, если разница  не превышает ⁺_- 2%.

;

В нашем  случае:

       

;

       5,59=5,42

Погрешность составляет 1,5%, т.е. данные химического анализа корректны.

В этом случае погрешность составляет , что является допустимым.

2) Общая жесткость:

       

= мг-экв/л.

2.1) Карбонатная жесткость:

Карбонатная жесткость равна концентрации анионов  HCO₃^- в мг-экв/л т.к. Ca²⁺ + Mg²⁺ = HCO₃^-, т.е.

         мг-экв/л.

2.2) Некарбонатная жесткость:

Жн.к.=Жобщ-Жк=4,4-2,03=2,37 мг-экв/л.

2.3) Найдем плотный осадок (соли):

Р = + 99,8 + 46,6 + 52,2 + 22 + 22,1 + 8,6 =313,1  мг/л.

 

2.РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ 

Исходные  данные для расчета оборотной  воды:

- количество  труб 4 шт.;

- внутренний  диаметр трубы 76 мм;

- тепловая нагрузка на восемь труб 3,5 млн. ккал/ч;

- тепловая  нагрузка на один охлаждаемый элемент 0,875 млн. ккал/ч;

- тепловое  напряжение 150000 ккал/ч ^. м²;

-температура  охлажденной воды 25 С. 

2.1/ Определяем потребные критические скорости, исключающие выпадение взвесей и местное кипение.

Самоочищающая скорость, исключающая выпадение  взвесей, по табл.3 [1] должна быть для  окалины не меньше 0,8 м/сек.

Скорость  воды, исключающая местное кипение, определяется по формуле:

Vм.к=

= =0,14 м/сек.

Где: q – это максимальное тепловое напряжение в зоне нагрева ,^.q=150000 тыс.ккал / м² ч.

        d_э - диаметр трубы, d_э =73мм. 

2.2. Найдем расход воды, необходимой для охлаждения трубы:

a) при скорости исключающей выпадение накипи:

Q

м³/ч

Где: G₁ - тепловая нагрузка на одну трубу, 0,875*10⁶ккал/ч;

t₁ - температура горячей воды, 54 ^оС;

t₂ - температура холодной воды, 17^оС;

с - теплоемкость воды, ккал 1°С. 

б) при скорости, исключающей местное кипение:

Q_1м.к. = ω* V_м.к.*3600 = (3,14*(0,076)² *0,89*3600)/4= 14,5 м³ / ч

г) Величина расхода  выбирается из двух расходов 23,65 м³/ч и 14,5 м³ / ч наибольший (стр.27 [1]). 

2.3. При расходе воды 23,65 м³/ч скорость ее будет:

V=

м/с.

2.4. При расходе воды 14,5 м³/ч вода нагреется на:

Dt =

С.

2.5. Температура горячей воды будет:

t₁ = t₂ + Dt = 17 + 60,3 = 77,3°С (стр.29 [1]).

Таким образом, на одну трубу приходится расход Q=23,65 м³/ч, а на 4 труб – 94,6 м³/ч.

       Но  для подачи этого количества воды через глиссажные трубы потребуются излишние потери напора. Если за расчетный принять расход воды при скорости, исключающей ее местное кипение, а воду предварительно химически обработать, то для всех шести труб ее расход составит:

       Q₂=14,5*4=58 м³/ч.

       Потери  напора на 1п.м. стальных труб определяем по /4/.

       При Q₁=23,65м³/ч;     I₁ =  0,099       м.

       При Q₂=14,5 м³/ч;     I₂ =  0,067        м.

При длине  труб 20 м излишние потери напора составят:

ΔН=Δh*l,м

    ΔН=(0,099-0,067)*20=64 м.вод.ст.

Без обработки  воды требуются дополнительные затраты  мощности электродвигателя насоса на 4 трубы:

ΔN_дв=4(23,65-14,5)*0,64*1000/(102*3600*0,7)= 0,02кВт 

 

    3.СТАБИЛИЗАЦИОННАЯ  ОБРАБОТКА ВОДЫ

    Стабилизационная  обработка ведётся в программе  AQUA  и представлена в приложении 1.

 

    4.ВЫБОР  И РАСЧЕТ ОХЛАЖДАЮЩЕГО  УСТРОЙСТВА

Требования  к качеству воды:

• кремниевая  кислота [SiO₃] – 0,4 мг/л;
• железо общее [Fe²⁺] и [Fe³⁺] - до 0,1 мг/л;
• свободная углекислота [CO₂] – 0 мг/л;
• жесткость Ж – до 0,01 мг-экв/л;
• солесодержание – до 10 мг/л.

    Тип и размеры охладителя принимаем  с учетом расходов воды, расчетной  температуры охлажденной воды, химического состава добавочной и оборотной воды и др.

В качестве охлаждающего устройства принимаем  вентиляторную градирню с капельным  оросителем, т.к. перепад температур Dt = t₁ – t₂ = 36-25 = 11⁰С. Вентиляторные градирни обеспечивают наиболее глубокое охлаждение воды. В них можно снизить температуру на 15-18⁰С. Вентиляторные градирни применяются при недорогой электроэнергии, ограниченной площади для размещения охладителей и в условиях жаркого климата.

Расчет  вентиляторной градирни ведем при  помощи расчетной диаграммы (рис. 9 /2/): по диаграмме находим температуру охлажденной воды t₂ = 25 ⁰С, затем проводим прямую линию до пересечения с прямой отношения t/n =0,76; из этой точки ведем прямую до кривой температуры по влажному термометру t = 23,2 ⁰С.

 Площадь  градирни в плане:

       

, м²;

Q_об – расход оборотной воды , Q_об =94.6м³/ч.

66м².

где: v- скорость движения воздуха через ороситель=2м/с (п.16.6 Назаров)

ρτ-соответственно плотность и температура наружного  воздуха по влажному термометру (из данных =1,16 и 23,2).

Площадь одной  секции будет: 

F _ОР ^{1 СЕКЦ} = 66 / 2 = 33 м ² ;

Расход воздуха  на одну градирню равен:

Q _ВОЗД = V _ВОЗД ^. F _ОР ^. 3600 = 2 ^. 33 ^. 3600 = 237600 м ³/ч;

  Удельный  расход воздуха:

q _O ^ВОЗД = Q _ВОЗД ^. ρ _ВОЗД / Q _{ОХЛ   УСТР} ^. 10 ³ = 237600 ^. 0,75 / 200 ^. 10 ³ = 0,891 кг;

Определяем  плотность дождя на оросителе (удельная гидравлическая нагрузка):

q =  Q _{ОХЛ   УСТР} / F_ОР = 94,6 / 30 = 3,15 м ³ / ч ^. м ²;

Принимаю 3 секции градирни 2×4 и одну резервную.

    Тогда F_ор=35,89м²Схема градирни представлена в графической части проекта

 

5.БАЛАНС  СОЛЕЙ В СИСТЕМЕ  ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Исходные  данные для расчета:

а) Расход оборотной воды Q_об = 94,6 м³/сут;

б) Требуемая концентрация солей в системе  С_тр=1000 г/м³;

в) Остаток воды в цикле после испарения на охлаждение Q₁ =93,37 м³/сут (СНиП 2%);

г) Концентрация солей в системе (что там сейчас плавает)

С₁ =

= =604,18мг/л (данные);

д) Расход добавочной воды, исходя из количества воды,

    которое испарилось: Q_доб = = =7,91

е) Концентрация солей в добавочной воде С₂ = 315,1 мг/л.

5.1) Определим солевой баланс, т.е. какова будет концентрация солей на выходе и будет ли она находиться в допустимых пределах: 

       

       (93,37*604,18)+(7,91*315,1)=94,6*С₁^*

       58904,98=94,6*C

       С₁^*=58904,98/94,6

       С₁^* = 623 мг/л.

Т.к. С=2491 мг/л>С_тр=1000 мг/л, то вводим установку обессоливания.  
 

Q₁ = 93,37 м³/ч (4,92 м³ испарилось)

C₁=1365,43 мг/л                           С=2491мг/л                Q = 93,37 м³/ч                           далее

От градирни                                                                        Стр=1000 мг/л                      опять

                                                                                                                                             охлаждать

                                      Q_доб = 7,91 м³/сутки

                                      С₂ = 315,1 г/м³

        из реки поступает

                                      добавочная вода

       рис. 1 Балансовая схема в цикле оборотного водоснабжения 
 

 Для получения в системе после охлаждения воды с концентрацией С_тр=1000 мг/л часть воды направляется на обессоливание для получения концентрации 10 мг/л. Затем обессоленная вода смешивается с остальной водой и получается вода с требуемой концентрацией С_тр:                                                                                                                        

                                                                         

                                                                                        Q₃ = 56,85 м³/ч

                                                                                        С₃ = 10 мг/л

                                                                             

           Q = 93,37 м3/ч           Q=94,6 м³/ч                                     Q₁ = 93,37 м³/ч

            C = 1365,43 мг/л                   С =1365,43 мг/л                                                С_1тр=1000 мг/л

       

Рис. 2 Балансовая схема для определения производительности установки обессоливания

Определим  производительность установки обессоливания (сколько Q поступит на обессоливание):

Q₃=56,85м³/ч.=1357,92 м³/сут 

Проверка                                      

(94,6- 56,85)*2491+(56,85*10)=94,6* С₁^*

С₁^*=1000 мг/л 

Для получения  воды с концентрацией С_тр = 1000 мг/л необходима установка обессоливания производительностью 56,85 м³/сут.

 

6.ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ  БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАСТАНИЙ

 

    Для предупреждения развития бактериальных  биологических обрастаний в теплообменных аппаратах и трубопроводах применяем хлорирование оборотной воды в соответствии с прил.11 СНиП. Дозу хлора определяем исходя из хлорпоглощаемости добавочной воды:

=5*1,6+2=10,04мг/л.

где: П  – хлорпоглощаемость воды, добавляемой в систему, П = 5 мг/л.

Отсюда  определяем производительность хлораторов:

= кг/ч;

где: Qохл – это расход оборотной воды Qохл=94,6м³/сутки.

Т –  продолжительность периода хлорирования, Т=1 ч (СНиП прил.11).

n – число периодов обработки воды хлором в сутки, n=2 (СНиП прил.11). 

    Для предупреждения биообрастаний градирен применяется дополнительное периодическое  хлорирование воды перед поступлением ее на охладитель. Принимаем дозу добавочного хлора 7-10мг/л и периодичность обработки 3 – 4 раза в месяц по 1 часу.

Кроме хлорирования применяют обработку  раствором медного купороса. Доза медного купороса 1-2мг/л, периодичность 3-4 раза в месяц, продолжительность 1 час.

Определяем  емкость бака для приготовления  раствора медного купороса:

= м³;

где: t – продолжительность введения медного купороса, 1 час;

D – доза медного купороса, 2 мг/л;

С_мк – концентрация медного купороса  в растворе, 20000 г/м³. 

 

7.БОРЬБА  С МЕХАНИЧЕКИМИ  ОТЛОЖЕНИЯМИ В  ОБОРОТНОЙ СИСТЕМЕ 

    В оборотную систему водоснабжения предприятия вносится большое количество грубодисперсных примесей с добавочной водой (природной) и с воздухом на градирне. Возможность и интенсивность образования механических отложений в резервуарах градирни и в теплообменных аппаратах определяется на основе опыта эксплуатации оборотных систем предприятий, расположенных в данном районе. Для уменьшения количества грубодисперсных примесей, вводимых в систему оборотного водоснабжения, применяем осветление добавочной воды непрерывно, т. к. концентрация взвешенных веществ в источнике 20 мг/л. Для интенсификации процесса осветления применяем коагулирование воды и ее фильтрование. Как было сказано выше, определим дозу извести для подщелачивания добавочной воды (для улучшения процесса хлопьеобразования механических примесей) по формуле (5) СНиП стр.105:

    Ди=0,4 мг/л..

    Поступление механических загрязнений в виде пыли из воздуха является основной причиной механических отложений в оборотной системе.

Количество пыли из воздуха можно выразить величиной:

=0,203*1,95=0,396 , г/м³;

К – экспериментальный  коэффициент, зависящий от плотности  орошения на охладителе, К=1,95;

 С_возд – загрязненность воздуха, 0,203 г/м³.

    Для предотвращения и удаления механических отложений в теплообменных аппаратах  предусматриваем периодическую  гидроимпульсную очистку их в  процессе работы. В трубопроводах  предусматриваем скорости течения  воды не менее 1,5 м/с. Также необходимо принимать систематическую чистку резервуаров под градирней. 

 

 

8.1.ТРЕБОВАНИЯ  К КАЧЕСТВУ ВОДЫ

• кремниевая кислота [SiO₃] – 0,03 мг/л;
• железо общее [Fe²⁺] и [Fe³⁺] – до 0,1 мг/л;
• свободная углекислота [CO₂] – 0 мг/л;
• жесткость Ж – до 0,01 мг-экв/л;
• солесодержание – до 10 мг/л.

 

8.2.ВЫБОР  СХЕМЫ ВОДОПОДГОТОВКИ 

Учитывая  исходные данные и требования к качеству воды выбираемые в соответствии с прил.7 и 8 СНиПа 2.04.02 – 84, обессоливание ионным обменом, принимаем двухступенчатую схему обессоливания воды:

М - Н I – А I – Н II – Д – А II;

М – механические фильтры;

Н I, Н II – водород–катионитовые фильтры первой и второй ступени;

А I, А II – анионитовые фильтры первой и второй ступени;

Д –  декарбонизатор (дегазатор).

    В соответствии с принятой схемой обессоливания, требованиями к качеству обессоленной воды и показателями качества исходной воды предусматривается загрузка катионитовых фильтров I и II ступеней сильнокислотным катионитом марки КУ-2. Анионитовый фильтр I ступени загружается слабоосновным анионитом АН-2Ф, II ступени – сильноосновным анионитом АВ – 17.

    Расчет  начинается с оборудования, расположенного в «хвосте» установки, что дает возможность  учесть дополнительную нагрузку на предыдущую ступень, связанную с расходами  воды на собственные нужды рассчитываемой ступени

8.3.РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ ПОСЛЕ КОАГУЛЯЦИИ

 

       Определяем  дозу щелочи, необходимую для улучшения  процесса хлопьеобразования: 

       

  , мг/л;

       D_к – максимальная, в период подщелачивания, доза безводного коагулянта, мг/л;

       е_к – эквивалентная масса безводного коагулянта, сернокислый алюминий, мг/мг-экв;

       К_щ – коэффициент, равный для извести по CaO – 28;

       Щ_о – минимальная щелочность воды, мг-экв/л. 

       

 мг/л.

    Определяем  количество примесей, поступающих с исходной водой: 

       

   , мг/л;

М –  количество взвешенных веществ в  исходной воде, мг/л (принимается равным мутности воды);

       D_к – доза коагулянта по безводному продукту, мг/л;

       К_к – коэффициент, принимаемый для очищенного сернокислого алюминия 0,5;

       Ц – цветность исходной воды, град.;

       В_и – количество нерастворимых веществ, вводимых с известью, мг/л. 

       

   , мг/л;

       К_и – долевое содержание CaO в извести;

       D_и – доза извести, мг/л. 

       

мг/л.

       

  мг/л.

       Определяем  солесодержание после коагуляции: 

       

   , мг/л;

[HCO₃^-]_к, [HCO₃^-]₀ – концентрация HCO₃^- в воде после коагуляции и в исходной воде, мг/л;

[SO₄^2-]₀, [SO₄^2-]_к – концентрация SO₄^2- в исходной воде и в воде после коагуляции, мг/л;

       Р₀ – солесодержание исходной воды, мг/л. 

       

  , мг/л;

       Щ_к – щелочность воды после коагулирования, мг-экв/л. 

       

 мг/л.