Инженерные сети. 2

 

2.ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ

 

2.1. Водоснабжение и его системы

 

Потребление воды городскими населенными пунктами огромное (до 400 л в сутки на человека), и  оно непрерывно увеличивается.

Системы водоснабжения  представляют собой комплекс сооружений, предназначенных для забора воды из различных источников, ее обработки, перекачки к потребителю и сооружений для хранения. Подача воды в многочисленные объекты осуществляется от централизованной (общегородской) наружной водопроводной сети или децентрированной (местной), т. е. от собственного источника водоснабжения. К централизованным относятся единые системы в городах, а также групповые (районные) водопроводы, которые обеспечивают водой группы предприятий и сельских населенных пунктов. По назначению системы водоснабжения подразделяются на хозяйственно-питьевые, производственные и противопожарные.

По сфере обслуживания системы могут быть раздельными или едиными. По способам подачи воды системы водоснабжения подразделяются на напорные и безнапорные. В напорных подача воды осуществляется насосами (нагнетательные трубопроводы, работающие полным сечением) и за счет разности отметок уровня воды в источнике и расчетной пьезометрической в месте водоотвода. Безнапорные водопроводы (фавитационные самотечные) работают неполным сечением за счет разности отметок начальной Zн и конечной ZK точек в случаях, когда Zн > ZK.

Схема водоснабжения  городов и населенных пунктов  определяется видом источника водоснабжения, качеством воды, рельефом местности и режимом водоснабжения. В общем случае система водоснабжения включает следующие сооружения:

1)     водозаборные;

2)     насосные  станции - для подъема и перекачки  воды;

3)     очищающие  воду и повышающие ее качество;

4)    сборные резервуары  для равномерной подачи воды  и хранения ее резерва для противопожарных и аварийных ситуаций;

5)     водоводы (линии труб или каналов), необходимые  для подачи воды к местам  ее распределения;

6)     водопроводную  сеть (систему различных трубопроводов), уложенную по улицам и подающую воду потребителям (отдельным домам и предприятиям);

7)  водонапорные башни  и напорные резервуары (создаются  на возвышенных местах), выполняющие роль водохранилищ, аккумулирования воды и регуляторов режима ее потребления (рис.3).

 

 

 

 

Рис. 3. Схема системы водоснабжения из открытого источника

а) профиль;

б) план;

1  - источник водоснабжения (река);

2 - береговой колодец;

3 - насосная станция 1-го подъема;

4 - очистительные сооружения;

5 - резервуар чистой воды;

6 - насосная станция 2-го подъема;

7 - напорный трубопровод;

8 - водонапорная башня;

9 - разводящая сеть  трубопроводов

Городская водопроводная  сеть представляет собой систему  подземных трубопроводов, по которым вода при помощи насосных станций подается потребителям. Трубопроводы делятся на магистральные и распределительные.

Общее количество воды Q, которое необходимо подать в сутки в на-селенные пункты или их районы, определяется на основании гидравлического расчета по формуле:

     Q = qсрrмk,                                                       (1)

 

где qср - средний за сутки расчетный расход на одного жителя;

        k=1,3-k0 - коэффициент неравномерного потребления воды;

        rм - число жителей, проживающих в городе или его районах.

Среднесуточная потребность  одного жителя в воде qcp =100/400 литров (без учета горячей воды).

В зависимости от всех характеристик расхода воды диаметры труб линий сети определяют по формуле:

 

                                            (2)

 

где qp; - расчетный расход воды по участку сети длиной L;

      v - скорость движения воды в трубопроводе.

Скорость движения воды зависит от многих показателей: гидравлических параметров труб и их качества, напора насосов и водонапорных башен, потерь напора, стоимости энергии и монтажа труб и т. д.

Потери напоров в  трубах рассчитывают по формуле:

 

                                              (3)

 

где Sc - сопротивление линии.

Напор насосов Н определяют по формуле:

 

Н = НБ + Нб + ∑hв + (Zб + Z0)                                     (4)

 

где Нб -высота водонапорной башни;

      Нб - высота бока башни;

      ∑hв - сумма потерь в водоводах;

      Z6 - отметка места расположения башни;

      Zo - отметка уровня воды в водоеме.

Высоту водопроводной башни  рассчитывают по формуле:

 

НБ = Нсв + ∑hс + (Zб + Zд)                                        (5)

 

где Нсв - свободный напор в диктующей точке;

       ∑hс - сумма потерь напора до водонапорной башни;

       Zд - отметка в диктующей точке Д.

Мощность насоса Nн необходимую для создания расчетных величин Н и qp находим по формуле:

Nн=ρqgH/ηk                                                                                (6)

 

где ρ- плотность среды;   

       q - ее свободное ускорение;

      ηk - коэффициент полезного действия (КПД).

Согласно СНиП, минимальный  напор Н в наружной сети хозяйственно-питьевого водопровода при одноэтажной застройке должен быть не менее   10 м, двухэтажной — 12 м, многоэтажной:

 

Н=10+4(К-1)                                                  (7)

 

где К – число этажей.

Максимальное значение Н ≤ 60 м.

Используя Н ориентировочно можно рассчитать значения d и V. Оптимальной скоростью является такое ее значение V0, при котором затраты на строительство и эксплуатацию водопроводных систем минимальны. Ввиду сложности технико-экономических расчетов этих систем подбор величины d производится по средним скоростям, рекомендованным СниП II-30-76: в магистральных трубопроводах не более 1,5 м/с (наиболее экономичные 0,9 -1,2 м/с), в производственных водопроводах – V < 1,2 м/с, а трубопроводах спринклерных и дренчерных установок – V < 10 м/с. По этим величинам определяются диаметры d трубопроводов, которые затем уточняются при помощи различных номограмм и таблиц.

Расчеты:

А= 50+20*20=500 тыс. человек

Q=400*450*1,3=243000 л/сутки

d= 1,13 √ 0,2/1,2 = 0,53 м

hn=0,22*4*100%=14%

 HБ=117,6+60+0,2+70=242,6 м

 NH =(1*9,8*0,2*247,8)/0,8=613,02 м

H=10+4(9-1)=44 м

 

 

5.2. Водоотведение  и сети канализации

Все виды водопроводной  воды, используемой в хозяйственных, производственных и других целях, сильно загрязняются в результате различных процессов и санитарно-гигиенических процедур и представляют собой сточную жидкость.

В сточных водах большое  количество химических соединений, жиров, масел, нефтепродуктов, органических, ядовитых и радиоактивных веществ, которые могут загнивать и служить благоприятной средой для развития микроорганизмов, в том числе и патогенных (болезнетворных).

 

Рис. 4. Схема городской сети канализации

Поэтому сточные воды необходимо удалять за пределы жилых зон, обрабатывать и очищать.

Система водоотведения (канализации) предназначена для удаления из зданий и объектов загрязненных (сточных) жидкостей. При наличии водоснабжения устраивают сплавные системы канализации – загрязнения удаляют водой.

В зависимости от происхождения  и качественных характеристик (химического  и физического составов) сточные  воды разделяют на бытовые, производственные и атмосферные. Аналогично подразделяются и системы канализации.

Дворовая сеть принимает стоки  от одного или нескольких домов. Внутриквартальная  обслуживает большую группу зданий и в зависимости от их размеров и числа имеет вид дворовой или имеет магистральную линию, к которой примыкают дворовые сети (боковые ответвления).

Трубопроводы прокладывают, как  правило, параллельно зданиям по направлению к магистральным  линиям и наружной уличной сети. Расстояния от стены здания принимается не менее 3,0 -5,0 м. Перед присоединением к наружной уличной сети перед красной линией (на расстоянии 1,0 -1,5) устраивают контрольные колодцы.

Для контроля за работой сети и  ее прочистки устраивают, смотровые  колодцы в местах присоединения  выпусков, на поворотах, в местах изменения диаметров и уклонов труб, на прямых участках на расстоянии не более 35 м при диаметре труб 150 мм и 50 м при диаметре труб 200 – 450 мм. Колодцы устраивают из кирпича или сборных железобетонных элементов и перекрывают чугунными люками.

Трубы сетей канализации – керамические, асбестоцементные. бетонные и иногда чугунные.

Диаметр труб d и уклон I трубопроводов определяют по формулам:

 

при h/d < 0,6                       d = ,

при h/d > 0,6                        d = 1,13 ,

                                                  i = K

где ghr – количество стоков, поступающих в трубопровод;

       К – коэффициент, зависящий от материала труб;

       V-скорость движения жидкости;

       в – коэффициент, зависящий от режима движения жидкости;

       λ – коэффициент сопротивления по трубопроводу;

       h – потери напора по трубопроводу.  

d = 1,13√(0,34/08)/0,85=0,83 м

i=1*0,9 * 0,86/2*9,8*d=0,0013

Максимальное наполнение для канализационных труб внутри здания допускается до 0,5 (минимальное – 0,3) и принимается из условия транспортирования легких крупных взвесей (бумага, ветошь).

Нормы водоотведения равны нормам водопотребления и рассчитываются по формулам:

gpк =gp.об..

 

где gр.об – расчетный общий расход в системах холодного и горячего водоснабжения.

Для предотвращения засоров, диаметр и уклон должны соответствовать условию:

.
> 0,6 .

Наружная уличная канализационная  сеть представляет собой систему  подземных трубопроводов, принимающих  сточные воды от внутри квартальных сетей и транспортирующих эти воды к насосным станциям и к очистным сооружениям.

Для самотечного движения вод всю территорию разделяют  на бассейны канализации, где соответственно рельефу местности прокладывают самотечные трубопроводы уличной сети и коллекторы (бассейнов, главные, загородные).

Назначение канализации – обеспечить пропуск расчетного расхода сточных вод (по численности населения в городе и производительности промышленных предприятий).

Нормой водоотведения  называется расход вод на одного жителя или на единицу выпускаемой предприятиями  продукцией, т.е. для бытовых нужд.

Канализационная сеть всегда должна быть доступна для осмотра и прочистки. Для приема атмосферных вод предусматриваются  дождеприемники.Для производственных:

Qср.сут=150*100/100=160

qmax=15000*100*0,2/12*3600=0,64

qmax=130*50*1000*0,1/12*3600=15,13

где Qcp.cym и g макс.с – расчетные расходы соответственно м3/сут, л/сут;

       N — число жителей, проживающих на площади F;

      Мсут> Мсм –количество продукции, выпускаемой за сутки и за смену;

      Кч – коэффициент часовой неравномерности водоотведения.

Гидравлический расчет сети производится по формулам:

g = SжV,     i = .                                               (8)

 

q=1057, 386*1,5=1596,073

i=0,1*1,5/2*20*2*1586,079=0,000002

Наименьшие уклоны трубопроводов канализации: для труб d = 150 мм -0,007; d = 200 мм - 0,005; d > 1200 мм - 0,0005.

Минимальные расчетные скорости сточных  вод: для труб диаметром 

d = =150 - 200 мм - 0,8 м/с;

d = 300 - 400 мм - 0,9 м/с; d = 450 -500 мм - 0,8 м/с;   

d = 900 -1200 мм - 1,16 м/с.

Наименьшие диаметры труб:

1)    для бытовой: d — 150 мм - для внутриквартальной и d - 200 мм - для уличной,

2)  ливневой и общесплавной - соответственно d = 200 мм и d = 250мм. Глубина укладки труб имеет большое значение, глубины начальных колодцев дворовой канализации зависят от глубины сетей всего бассейна и коллекторов. Наименьшая глубина должна быть на 0,3 м (при d < 500 мм) и на 0,5 м (d > 500 мм) больше глубины промерзания, но не менее 0,7 м до верха трубы. При небольшой глубине трубопроводы необходимо предохранять от транспорта.

Максимальные глубины (Нм) зависят от свойств пород: в сухих породах Ял = 6-8 м, в водонасыщенных и скальных -4 м. Начальную глубину определяют по формуле:

 

Н = h = i ( L + l ) - ( Z1 + Z2 ) + ∆d                               (9)

 

где ∆d - разность в диаметрах труб.

При создании канализационных  сетей применяются трубы: керамические d - 125-600 мм; бетонные безнапорные d = 150-600 мм; напорные железобетонные - до 3000 мм; асбестоцементные - d = 50 - 500 мм.

Смотровые колодцы устраивают в местах присоединения сетей и в местах изменения направления, уклонов и диаметров водопроводов. На прямых участках - на расстояниях в зависимости от диаметра труб: при d = =150-600 мм - l = 60 м; при d = 600-1400 мм -l = 75 м; при d > 1400 мм -7 = =150 м. В соответствии с этими параметрами и нормами составляют профиль сети (рис.5).

 

 

Рис. 5. Профиль дворовой канализации

 

 

5.3. Очистка  сточных вод

 

В бытовых и производственных сточных водах содержится большое  количество минеральных, органических и бактериальных загрязнений. Поэтому перед сбросом в водоемы сточные воды должны быть очищены и обезврежены.

Степень загрязнения  сточных вод органическими веществами определяет количество кислорода, необходимого в данный отрезок времени для окисления органических веществ аэробными микроорганизмами. Эта величина называется биохимической потребностью в кислороде (БПК) и выражается в мг/дм3 и г/м3. Полное окисление органических веществ при t = 20 °С происходит в течение 100 дней. Однако 99 %-я степень окисления наступает на 20-е сутки, которые принято считать БПКго Иногда в практике определяют 5-дневную потребность в кислороде - БПК5. Определяют и химическую потребность в кислороде (ХПК), необходимую для химического окисления веществ до конечных минеральных образований,

В бытовых водах на одного жителя нормируют следующее  количество загрязнений, г/сут.:

взвешенные вещества -65;

БПК поля воды: осветленной - 75, неосветленной - 40;

азот аммонийных солей - 8;

фосфаты (Р205) - 3,3;

хлориды - 9.

поверхностно-активные вещества (ПАВ) - 2,5/

Количество и состав производственных сточных вод разнообразен и определяется отраслью промышленности и видами исходного  сырья, режимом технологических процессов, количеством отходов и возможностью их утилизации, расходом воды на единицу сырья и полупродуктов, конечными продуктами. Полное определение состава таких стоков трудоемко. Для проектирования и расчета сооружений канализации используют основные показатели: температуру, окраску, запах, прозрачность, величину рН, сухой и штатный остатки, содержание взвешенных частиц, оседающих веществ, значение БПК и ХПК, содержание различных форм азота, фосфатов, хлоридов, сульфатов, токсичных элементов, ПАВ концентрации растворенного кислорода, биологические загрязнения и т. д. Эти стоки необходимо очищать механическими, физико-химическими и биохимическими способами.

Очистка вод производится до определенной концентрации вышеприведенных отрицательных компонентов.

Огромное значение в процессе самоочищения водоемов имеет концентрация кислорода в воде (его минимальная величина 4 мг/дм3 в любой период). В соответствии с общими требованиями очищенные стоки не должны содержать возбудителей заболеваний. Чистыми водами считаются те, в 1дм3 которых содержится не более 10 тысяч бактерий кишечной группы.

В результате механической очистки из сточных вод удаляются загрязнения, находящиеся в непосредственном и частично в коллоидном состоянии. Для этого используют решетки, песколовки, отстойники, жиро- и нефтеловушки, маслоотделители, гидроциклоны, фильтры и т. д. Решетки служат для улавливания крупных загрязнений, песколовки - для улавливания нерастворимых минеральных примесей (песка, шлака), отстойники –для очистки сточных вод от взвешенных частиц. Это позволяет отделить крупные фракции загрязнений.

К физико-химическим процессам очистки относятся коагулирование, сорбция, электролиз и т.д. При коагулировании вводят реагенты, способствующие укрупнению частиц (коагулянты), что позволяет ускорить осаждение взвешенных веществ. Способ применяется в основном для очистки производственных стоков.

Биологические методы очистки основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, способствующих окислению и минерализации органических веществ. Биологическая очистка выполняется двумя методами:

1) в условиях, близких к естественным (поля орошения и поля фильтрации);

2)    в искусственно  созданных условиях (биофильтры) с  подачей кислорода, воздуха.

Естественным биохимическим  способом очистка вод производится в биологических прудах и на полях  фильтрации после механической очистки. Грунты полей должны обладать хорошими фильтрационными свойствами.

Биологические пруды - специально устроенные водоемы, в которых происходит процесс биологического очищения в аэробных и анаэробных (без доступа воздуха) условиях с естественной и принудительной аэрацией при помощи перфорированных труб на дне пруда с компрессором. В биопрудах очистка вод происходит значительно быстрее, чем в естественных условиях. Дезинфекция сточных вод производится хлором, хлорной известью или гидрохлоритом натрия. Обработка осадка состоит в его обезвоживании, сушке и сжигании. Решетки - дробилки задерживают и дробят отбросы в потоке. Затем сточная вода попадает в песколовки, в которых задерживаются минеральные примеси и вещества органического происхождения, диаметр частиц которых d > 0,25 мм (рис. 6).

Выпкск в водоем                                                      На удобрение

 

Рис. 6. Схема очистных сооружений

Для биологической очистки применяют биофильтры, аэротенки и окситенки. В биофильтрах в качестве фильтрующего материала применяют шлак, щебень, керамзит, пластмассу и т. д.

По способу подачи воздуха эти устройства подразделяются на две группы с естественной и  принудительной подачей воздуха.

Процесс биологической  очистки устанавливается после  создания в загрузочном материале биофильтра биологической пленки, микроорганизмы которой адаптировались к органическим веществам очищаемых сточных вод. Биологическая пленка растет с разной скоростью, и нижние слои отмирают.

Для биологической очистки больших количеств сточных вод применяют аэротенки различных видов, т. е. активные илы (с бактериями - минерализаторами) при непрерывной подаче воздуха.

Для эффективной работы стоки должны быть однородные.

Разновидностью аэротенков являются окситенки. Их особенность -повышение концентрации активного ила и замена воздуха техническим кислородом.

Затем производится глубокая биологическая доочистка сточных  вод, обеспечивающая удаление из них  остаточных загрязнений. После того эти воды можно использовать в  системах технического водоснабжения.

 

5.4. Теплоснабжение  и газоснабжение

 

Централизованное теплоснабжение и газоснабжение селитебных и  производственных территорий представляет собой сложный комплекс инженерных сетей и сооружений и является высшей формой обеспечения городов и предприятий топливом. Централизация теплоснабжения осуществляется от ТЭС и крупных районных котельных, в которых вырабатывается тепло: горячая вода, пар и т. д.

Универсальным топливом является природный газ, способный  удовлетворить все виды бытового, коммунального и промышленного топливо-потребления. Причем газ - наиболее эффективное и экономичное топливо, и капвложения на сооружение газопроводов окупаются в течение 4-5 лет.

Потребности в тепловых ресурсах рассчитываются в зависимости от числа жителей и характеристик зданий и предприятий.

Максимальный часовой  расход тепла Qom на отопление жилых и общественных зданий определяется по формуле:

 

Qom = q0Vн(tв-tн), ккал/ч                                         (10)

где q0 - удельная отопительная характеристика здания; VH - объем здания по наружному обмеру;

      te tн - расчетная температура соответственно внутреннего воздуха здания и наружного.

Для зданий производственных предприятий q0 = 6,45-0,75, ккал/м3,

непроизводственных - qo = 0,35, жилых и общественных - 0,3.

Максимальный часовой  расход тепла на вентиляцию общественных зданий:

 

Qв = qвVн(tв-tн),                                                (11)

 

где qe - удельная вентиляционная характеристика.

Расчетный часовой расход тепла на нужды горячего водоснабжения:

 

QГ = К , ккал/ч,    (12)

 

где К- коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды;

      М- расчетное количество потребителей;

      QГ- норма потребления горячей воды.

Расход горячей воды σГ в зависимости от заданной температуры рассчитывается по формуле:

 

= ,     (13)

где σГ - расход горячей смешанной воды;

       tсм, t2, tx- температуры смешанной воды, горячей и холодной.

Эти формулы и служат основой для создания схем теплоснабжения (рис.5). Для транспортировки тепла в качестве теплоносителей используется вода или водяной пар. Водяные системы теплоснабжения делятся на закрытые и открытые. В закрытых системах вода используется только как теплоноситель и не отбирается из теплосети. В открытой - используется как теплоноситель и отбирается (полностью или частично) для горячего водоснабжения и технологических нужд предприятий.

 

 

 

Рис. 7. Схема частично закольцованной распределительной

тепловой сети:

1 - граница теплофицируемого района; 2 - абоненты тепловой сети; 3 - резервные перемычки; 4 - магистраль; 5 - ответвления от магистрали по районам; 6 - внутриквартальная сеть; 7 – строения

Закрытые и открытые водяные тепловые сети - двухтрубные. По подающей трубе горячая вода поступает к потребителю, а после охлаждения по обратной возвращается в подогреватели ТЭС. Движение воды в наружной сети и местных системах (отопления, вентиляции, горячего водоснабжения) осуществляется циркуляционными насосами, установленными на ТЭС. Температура в сетях подающей магистрали +150 °С, а в обратной -+70 °С. Наружные тепловые сети устраивают кольцевыми или лучевыми.

Паровые системы делятся  на системы с возвратом конденсата и без возврата. В первых системах конденсат при помощи насоса возвращается в ТЭС. Во вторых используется абонентами для горячего водоснабжения.

Трассы тепловых сетей  прокладываются подземные и надземные. В населенных пунктах трассы, как правило, подземные (безканальные, в каналах или в городских и внутриквартальных туннелях совместно с другими инженерными сетями). Прокладку тепловых сетей по территории, не подлежащей застройке, и вне населенных пунктов следует предусматривать надземную на низких опорах.

Уклон тепловых сетей  независимо от направления движения теплоносителя и способа прокладки должен быть не менее 0,002. При Катковых и 0,05 шариковых опорах уклон не должен превышать, где г - радиус катка или шарика.

На отдельных участках (при пересечении коммуникаций, «рокладке  по мостам и т.д.) допускается прокладка тепловых сетей без уклона.

Допускается совместная прокладка тепловых сетей с другими  инженерными сетями: в городских и внутриквартальных туннелях (с водопроводами, кабелями связи, силовыми кабелями с напряжением до 10 кВ, а также с трубопроводами сжатого воздуха до 1,6 МПа, напорной канализации, с газопроводами низкого давления). Не допускается - в каналах и туннелях совместно с различными путепроводами (сжиженного газа, кислорода, азота, с легковоспламеняющимися летучими химическими едкими и ядовитыми веществами) и с бытовой канализацией.

Для трубопроводов тепловых сетей следует применять в  основном металлические электросварные трубы. Для трубопроводов при низких давлениях пара (до 0,07 МПа) и температуре воды до 115°С допускается применение неметаллических труб.

Для всех предусматривается  тепловая изоляция: из алюминиевой  фольги, стеклопластика рулонного и т. д.

Расчет расхода газа выполняется в соответствии с  плотностью населения на 1 га территории, количеством жителей и нормами расхода на 1 человека.

Расход газа на одного жителя составляет 0,73 нм3/ч, природного - 0,34

нм3/ч.

Газопроводы среднего и  высокого давления являются наиболее опасными сооружениями из всех сетей и их прокладывают со строгим соблюдением СНиП относительно зданий, кабельных линий, электропутей, канализационных сетей, деревьев, опор и т. д. (табл. 4).

Таблица 4

Классификация и расположение газопроводов относительно объектов.

Минимальные расстояния (м) газопроводов от различных объектов.

Давление газа в газопроводе, кг/см2

До фундамента здания

До ближайшего рельса

До канализации

До силовых кабелей

До сетки каналов теплопров

железнодорожного

трамвайного

1

2

3

4

5

6

7

Низкое 

(0,05 кг/см2)

2

3

2

1

1

2

Среднее

(0,05-3 кг/см2)

5

4

2

1,5

1

2

Высокое

(3-6 кг/см2)

9

7

3

2

1

2

Очень высокое

(более 6 кг/см2)

15

10

5

5

2

4

Инженерные сети. 2 📙 Реферат → 🆔 100331

Инженерные сети. 2 📙 Реферат → 🆔 100331