Реконструкция систем водоснабжения

Строительный институт

 

Кафедра водоснабжения и водоотведения

 

 

Максимова С.В.

 

РЕКОНСТРУКЦИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания к выполнению контрольной работы

для обучающихся по направлению подготовки

08.03.01 Строительство (профиль «Водоснабжение и водоотведение»)

 

Тюмень

ТИУ

2016

 

 

УДК: 628.1

ББК 38.761.1

М 171

 

 

Максимова С.В.

 

М171 Реконструкция систем водоснабжения: методические указания к выполнению контрольной работы для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство (профиль «Водоснабжение и водоотведение») / [Текст]:  методические указания / С.В. Максимова: - Тюмень: ТИУ, 2016. - 33 с.

 

Методические указания предназначены для организации работы обучающихся при выполнении контрольной работы по дисциплине «Реконструкция систем водоснабжения», содержат необходимую теоретическую информацию, методики проведения расчетов.  

В методических указаниях излагаются принципиальные подходы к вопросам реконструкции систем водоснабжения. Наиболее полно отражены сведения по реконструкции основных элементов систем водоснабжения: водозаборных сооружений, систем подачи и распределения воды, водопроводных очистных сооружений в условиях повышенной гидравлической перегрузки, высоких требований к качеству очистки воды.

 

 

УДК: 628.1

ББК 38.761.1

 

 

© Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский индустриальный университет», 2016

Содержание

 

Введение......................................................	4
Содержание и объем контрольной работы...........................	4
1 Общие сведения о реконструкции систем водоснабжения............	5
2 Реконструкция водозаборных сооружений........................	6
3 Реконструкция водопроводных очистных сооружений..............	9
4 Реконструкция систем подачи и распределения воды................	11
Библиографический список......................................	13
Приложение А. Задания к контрольной работе.......................	14
Приложение Б. Значения удельных сопротивлений для трубопроводов..	17
Приложение В. Содержание активной части  алюмосодержащих коагулянтов...............................	17

 

 

В ведение

 

Осуществление реконструкции и технического перевооружения систем водоснабжения  – одна из наиболее сложных инженерных задач. Вопросы реконструкции следует решать одновременно с внедрением современных технологических приемов и процессов водоснабжения, обеспечивающих не только увеличение пропускной способности, но и эффективности и надежности систем и сооружений.

При этом необходимо обращать внимание на экономию не только капитальных затрат при строительстве, но и энергетических и трудовых ресурсов в процессе эксплуатации.

Анализ результатов эксплуатации систем водоснабжения нередко показывает необходимость их усиления. Это связано с изменениями условий функционирования систем сравнительно с исходными (проектными) данными, а также с недостатками проектных решений.

Усиление достигается как новым строительством с заменой или расширением существующих объектов, так и реконструкцией. В последнем случае реализуются неиспользуемые потенциальные производственные возможности объектов и подлежат замене или разгрузке только те лимитирующие элементы, которые не способны нормально работать в требуемых более жестких условиях. Специфика реконструкции заключается в том, что она должна проводиться с учетом существующей ситуации: стесненности производственных площадей, расположения объектов, их габаритов и технического состояния, недопустимости нарушения производственных процессов.

В ходе выполнения контрольной работы обучающийся должен освоить теоретический материал и получить навыки решения задач по реконструкции систем водоснабжения.

 

 

Содержание и объем контрольной работы

 

Контрольная работа объемом 12-15 страниц формата А4 с рамкой и основной надписью состоит из двух частей: теоретической, включающей ответы на вопросы по реконструкции систем водоснабжения, и расчетной, в которой необходимо разработать мероприятия по реконструкции элементов систем водоснабжения.

Ответы на вопросы сопровождаются необходимыми схемами и чертежами. Все рисунки и таблицы должны иметь номер и название. В конце контрольной работы помещают список использованной литературы. Ссылки на литературу в тексте приводятся в квадратных скобках.

 

Реконструкция водозаборных сооружений

 

Общие положения

Водозаборные сооружения предназначены для подачи из источника водоснабжения на станцию очистки расчетного суточного расхода воды.

Наиболее часто встречающаяся причина реконструкции водозаборных сооружений – необходимость в увеличении расхода воды по сравнению с проектными данными. Реконструкция может быть связана также с изменением природных условий, влияющих на забор воды из источника, либо проводиться в связи с необходимостью повышения качества эксплуатации (надежность и др.).

Увеличение производительности головных сооружений зависит не только от их производственных возможностей, но и от характеристики источника водоснабжения. Устойчивый прием из водотоков допустим, если водоотбор составляет не более менее 0,25 от минимального дебита источника. В противном случае вероятна потеря водотоком транспортирующей способности, обмеление, в суровых климатических условиях – перемерзание зимой.

В соответствии с нормативами [1] условия приема воды из источника подразделяются на легкие, средние или тяжелые. С учетом этого ограничиваются скорости втекания воды в водоприемные окна водозаборов. Изменения условий приема воды носят сезонный характер (шуга, появление рыбной молоди и др.), что учитывается проектами. Вместе с тем возможны радикальные изменения в водном источнике, вызываемые деятельностью по формированию русла и требующие обязательной реконструкции водозаборов или проведения дополнительных крупных гидротехнических работ.

При гидравлической перегрузке уровни воды в приемном и всасывающем отделениях понизятся, а высота всасывания насосов первого подъема увеличится сравнительно с расчетной. Может возникнуть необходимость в реконструкции насосной станции первого подъема.

Увеличение скорости втекания в водоприемные окна приводят к поступлению воды повышенной загрязненности. Рекомендуемые нормативами [1] скорости составляют 0,2–0,6 м/с, в зависимости от загрязненности водотока. Форсирование водоотбора приводит к частому засорению решеток на входных отверстиях, т.е. к некоторому ухудшению условий эксплуатации. Конструкция решеток существенно влияет на равномерность втекания воды. Равномерному втеканию способствует конструкция решеток со стержнями из полос, расположенных вертикально, причем ширина стержней принимается не меньше просвета между ними. Если боковые грани стержней развернуть так, что угол отвода воды, отсчитываемый от направления течения в водотоке, составит 120–135°, то решетка приобретет свойства самоочищаемости.

Пример расчета водозаборных сооружений при увеличении производительности системы

 

Исходные данные. Проектная производительность водозаборных и очистных сооружений Q_перв = 35 000 м³/сут, Суточный расход после расширения водопроводных очистных сооружений Q_увел = 40 000 м³/сут, тип водоприемника – русловой, толщина прямоугольных стержней с = 3 мм, а = 10 мм.

Определить скорость и потери напора в решетках водоприемных отверстий водозабора при увеличении расчетной производительности очистных сооружений. Предложить варианты реконструкции.

Решение. Площадь водоприемных отверстий определяется по формуле:

 

(1)

 

где Q – расчетный расход одной секции, м³/с,

для одной секции   м³/с;

V - расчетная скорость втекания воды в водоприемные отверстия, для береговых водоприемных отверстий – V = 0,2-0,6 м/с; для русловых – V = 0,1-0,3 м/с.

  К – коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решеток:

(2)

 

где a – расстояние между стержнями в свету, с – толщина стержней.

К=(10+3)/10=1,3

При увеличении производительности ВОС расход станет равным:

  м³/с;

тогда скорость движения воды в водоприемных окнах тоже увеличится и определится как:

Местные потери определяют по формуле:

(3)

 

 - коэффициент местного сопротивления, для решеток:

(4)

где  - коэффициент, зависящий от формы стержней решетки, для круглых сечений =1,73; для прямоугольных =2,34.

 - угол наклона решетки к горизонту, при вертикальном расположении sin =1.

Вывод: При увеличении производительности водопроводных очистных сооружений скорость движения воды в водоприемных окнах не превышает значений допустимой (0,3 м/с), следовательно, нет необходимости предусматривать мероприятия по реконструкции водоприемного колодца.

 

Общие положения

Ухудшение качества воды поверхностных источников водоснабжения, связанное с антропогенными и техногенными причинами, ужесточение требований, предъявляемых к питьевой воде, требует внесения изменений в технологические схемы очистки воды. Второй причиной реконструкции  может стать необходимость увеличения производительности очистной станций.

Водопроводные очистные сооружения рассчитываются на среднечасовой расход в сутки максимального водопотребления. Превышение расчетного расхода вызывает перегрузку всех основных элементов станции. Лимитирующим элементом, ограничивающим повышение расходов, являются самотечные коммуникации, по которым вода поступает от одного сооружения к другому. Превышение расходов вызывает подтопление сооружений, расположенных выше по технологической линии.

Увеличение пропускной способности коммуникаций достигается либо наращиванием стенок сооружений, расположенных выше данного участка, либо прокладкой параллельно существующим дополнительных лотков или трубопроводов. То или иное решение зависит от конкретных условий реконструкции.

Результаты реагентной обработки и осветления воды решающим образом влияют на эффективность всего процесса очистки. Вместе с тем гидравлическая перегрузка ухудшает эффект очистки в отстойниках, осветлителях со взвешенным осадком, а иногда – фильтрах. При ней нарушаются нормальные процессы в смесителях и камерах хлопьеобразования.

Может потребоваться увеличение вместимости растворных и расходных баков, баков мокрого хранения реагентов. Для улучшения процесса хлопьеобразования может быть использован псевдосжиженной слой зернистого материала, из которого выносятся хорошо сформированные хлопья, поступающие с потоком воды в отстойник.

Существенное повышение производительности достигается при переоборудовании отстойников в тонкослойные. Тонкослойное отстаивание чрезвычайно эффективно, так как проходит в межполочном пространстве создается ламинарный режим движения, при котором отсутствует турбулентная пульсация скоростей, препятствующая осаждению. Малая высота полок сокращает длину траектории осаждения частиц.

Процесс очистки воды может быть интенсифицирован за счет применения более эффективных реагентов.

 

Пример расчета реконструкции реагентного хозяйства

 

Исходные данные. Производительность водоочистной станции Q_сут = 36 000 м³/сут. По проекту на станции используется  сернокислый алюминий очищенный с дозой Д_к = 90 мг/л.

Определить на сколько м³/сут можно увеличить производительность реагентного хозяйства при замене сернокислого алюминия очищенного на алюминат натрия.

Решение. Суточный расход коагулянта определяется по формуле:

 

(5)

 

где Q_сут – суточная производительность ВОС, м³/сут

Д_к – доза коагулянта, мг/л

р – содержание активного безводного продукта в техническом, % (см. прил.В)

На этот суточный расход коагулянта определяют объем растворных баков.

При изменении типа коагулянта на алюминат натрия содержание активной части в товарном продукте увеличится до 50%, тогда суточная производительность составит:

Вывод. Возможное увеличение производительности составит 63.166,67 - 36.000 = 27.166,67 м³/сут.

 

Общие положения

Система подачи и распределения воды предназначена для бесперебойной подачи воды питьевого качества всем абонентам городского водопровода, а также для поливки территорий, зеленых насаждений и для пожаротушения. Обязательными условиями функционирования системы являются сохранение нормативного качества воды и поддержание требуемых свободных напоров.

Режим работы системы обусловлен режимом подачи воды в систему трубопроводов и режимом водоразбора, который складывается самопроизвольно, и для каждого населенного пункта он индивидуален.

При эксплуатации системы подачи и распределения нередко встречаются ситуации, когда напоры в водопроводной сети снижаются настолько, что нарушается нормальное водоснабжение большой группы абонентов, а это означает, что не выполняется одна из главных функций системы водоснабжения.

Если такое нарушение произошло не по вине эксплуатации, то необходима реконструкция системы. Недопустимое снижение напоров объясняется их повышенными потерями из-за недостаточной пропускной способности трубопроводов, а также ростом водопотребления объекта по сравнению с расчетным. Повышение производительности системы достигается регулированием режимов работы или усилением отдельных элементов системы.

Например, для водоводов, имеющих недостаточную пропускную способность единственным способом повышения их пропускной способности является увеличение количества ниток. Возможна одновременная замена насосов, увеличение количества параллельно работающих насосов или регулирование их работы.

Неконструктивность сети (несоответствие пропускной способности отдельных трубопроводов проектному потокораспределению) связана с ошибками в проектах вследствие неточного прогноза водопотребления. Общая схема водопроводной сети разрабатывается одновременно с составлением генерального плана населенного места, который реализуется на протяжении многих лет и неоднократно корректируется.

В результате гидравлического расчета сети определяются перегруженные и недогруженные участки трубопроводов. Перегруженные участки нуждаются в усилении и в разгрузке. Недогруженные участки иногда оказываются возможными потенциальными резервами для усиления.

Разгрузка линий может достигаться их дублированием. Неконструктивность сетей также исправляется методом зонирования.

 

Пример расчета реконструкции водоводов

Исходные данные. Проектная производительность системы Q = 10 000 м³/сут. Вода подается в город по двум чугунным водоводам диаметром 250 мм, длиной 300 м.

При расширении системы водоснабжения количество воды, подаваемой в город, увеличилось на 25% (П).

Определить потери напора в трубопроводах при заданных расходе. Подобрать диаметр трубопровода, который необходимо проложить параллельно с существующим из аналогичного материала труб.

Решение.

Потери напора в длинных трубопроводах определяются по формуле:

 

h= SoQ2l,

(6)

где  - поправочный коэффициент, для скорости >1,2 м/с =1, при для скорости <1,2 м/с определится по формуле:

(7)

S_o - удельное сопротивление трубопровода, зависит от материала и диаметра труб, принимаем из приложения Б,

Q и l - расход и длина трубопровода соответственно.

Определим расход, м³/с по одному трубопроводу:

Скорость движения в одном трубопроводе составит:

,

Тогда поправочный коэффициент определяем по формуле (7):

Потери напора в чугунных трубах d =0,25 м (S_o = 2,53 с²/м⁶) составят:

h= 1,005· 2,53 · 0,058² · 300=2,56 м

Определим расход воды по дополнительному трубопроводу, м³/с:

 

Удельное сопротивление дополнительного трубопровода определим из условия равенства потерь напора при параллельном соединении трубопроводов h_доп=h, тогда:

S_o = h_{доп /} Q²/l=2,56 / 0,029 ² / 300=10,15 с²/м⁶

По таблице приложения Б подбираем диаметр с ближайшим меньшим значением удельного сопротивления d =0,2 м (S_o = 8,09 с²/м⁶)

Библиографический список

 

 

1 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-85* [Электронный ресурс]: СП31.13330.2012. – Введ. 2013-01-01 // СПС «КонсультантПлюс».

2 Диагностика инженерных систем и сооружений водоснабжения и водоотведения [Электронный ресурс]: методические указания/ — Электрон.текстовые данные.— Иваново: Ивановский государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ, 2010.— 60 c. — Режим доступа: http://www.bibliocomplectator.ru.

3 Строительство и реконструкция инженерных сетей и сооружений [Текст]: учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению "Строительство" / В. А. Орлов. - Москва: Академия, 2010. - 302 с.

 

Приложение А

 

Задания  к контрольной работе

В контрольной работе студент должен ответить на теоретические вопросы и выполнить расчетную часть согласно варианту.

Таблица для выбора варианта

Приложение Б

 

Приложение В

 

Содержание активной части алюмосодержащих коагулянтов

 

Коагулянт	Содержание, вес.%
Сульфат алюминия: неочищенный очищенный Алюминат натрия Полихлорид (оксихлорид) алюминия Квасцы алюмокалиевые аммиачные	17-19 28,5 45-55 40-44   10,2-10,7 11,0-11,2

 

Строительный институт

 

Кафедра водоснабжения и водоотведения

 

 

Максимова С.В.

 

РЕКОНСТРУКЦИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания к выполнению контрольной работы

для обучающихся по направлению подготовки

08.03.01 Строительство (профиль «Водоснабжение и водоотведение»)

 

Тюмень

ТИУ

2016

 

 

УДК: 628.1

ББК 38.761.1

М 171

 

 

Максимова С.В.

 

М171 Реконструкция систем водоснабжения: методические указания к выполнению контрольной работы для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство (профиль «Водоснабжение и водоотведение») / [Текст]:  методические указания / С.В. Максимова: - Тюмень: ТИУ, 2016. - 33 с.

 

Методические указания предназначены для организации работы обучающихся при выполнении контрольной работы по дисциплине «Реконструкция систем водоснабжения», содержат необходимую теоретическую информацию, методики проведения расчетов.  

В методических указаниях излагаются принципиальные подходы к вопросам реконструкции систем водоснабжения. Наиболее полно отражены сведения по реконструкции основных элементов систем водоснабжения: водозаборных сооружений, систем подачи и распределения воды, водопроводных очистных сооружений в условиях повышенной гидравлической перегрузки, высоких требований к качеству очистки воды.

 

 

УДК: 628.1

ББК 38.761.1

 

 

© Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский индустриальный университет», 2016

Содержание

 

Введение......................................................	4
Содержание и объем контрольной работы...........................	4
1 Общие сведения о реконструкции систем водоснабжения............	5
2 Реконструкция водозаборных сооружений........................	6
3 Реконструкция водопроводных очистных сооружений..............	9
4 Реконструкция систем подачи и распределения воды................	11
Библиографический список......................................	13
Приложение А. Задания к контрольной работе.......................	14
Приложение Б. Значения удельных сопротивлений для трубопроводов..	17
Приложение В. Содержание активной части  алюмосодержащих коагулянтов...............................	17

 

 

В ведение

 

Осуществление реконструкции и технического перевооружения систем водоснабжения  – одна из наиболее сложных инженерных задач. Вопросы реконструкции следует решать одновременно с внедрением современных технологических приемов и процессов водоснабжения, обеспечивающих не только увеличение пропускной способности, но и эффективности и надежности систем и сооружений.

При этом необходимо обращать внимание на экономию не только капитальных затрат при строительстве, но и энергетических и трудовых ресурсов в процессе эксплуатации.

Анализ результатов эксплуатации систем водоснабжения нередко показывает необходимость их усиления. Это связано с изменениями условий функционирования систем сравнительно с исходными (проектными) данными, а также с недостатками проектных решений.

Усиление достигается как новым строительством с заменой или расширением существующих объектов, так и реконструкцией. В последнем случае реализуются неиспользуемые потенциальные производственные возможности объектов и подлежат замене или разгрузке только те лимитирующие элементы, которые не способны нормально работать в требуемых более жестких условиях. Специфика реконструкции заключается в том, что она должна проводиться с учетом существующей ситуации: стесненности производственных площадей, расположения объектов, их габаритов и технического состояния, недопустимости нарушения производственных процессов.

В ходе выполнения контрольной работы обучающийся должен освоить теоретический материал и получить навыки решения задач по реконструкции систем водоснабжения.

 

 

Содержание и объем контрольной работы

 

Контрольная работа объемом 12-15 страниц формата А4 с рамкой и основной надписью состоит из двух частей: теоретической, включающей ответы на вопросы по реконструкции систем водоснабжения, и расчетной, в которой необходимо разработать мероприятия по реконструкции элементов систем водоснабжения.

Ответы на вопросы сопровождаются необходимыми схемами и чертежами. Все рисунки и таблицы должны иметь номер и название. В конце контрольной работы помещают список использованной литературы. Ссылки на литературу в тексте приводятся в квадратных скобках.