Обеспечение водой промышленных предприятий

 

Выбор источника водоснабжения

Вопрос о выборе источника водоснабжения  является одним из главных при  проектировании СПВ, т.к. он определяет наличие в ее составе тех или  иных сооружений, а, следовательно, стоимость  строительства и эксплуатации.

При выборе источника водоснабжения  следует учитывать качество воды и его мощность.

Выбор источника воды определяется главным образом местными природными условиями, поэтому предварительно проводятся топографические, гидрологические, санитарные и другие изыскания.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения  рекомендуется использовать подземные  источники воды, отказ от которых  требует всестороннего обоснования. СНиП 2.04.02-84^* запрещает использовать подземные воды питьевого качества для нужд, не связанных с хозяйственно-питьевым водоснабжением.

При наличии нескольких источников воды прибегают к технико-экономическому сравнению возможных вариантов.

Для забора воды из природного источника  и частичной очистке ее сооружаются  водозаборные сооружения (ВЗС).

Выбор источника должен производиться  согласно ГОСТ 17.1.1.04-80. 

 

Характеристика  подземных вод 

Подземные воды образуются вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность.

Безнапорные подземные воды первого  от поверхности земли водоносного  горизонта называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при их использовании в большинстве случаев необходима очистка.

Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты полностью. Артезианские воды, как привило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев для хозяйственно-питьевых целей могут использоваться без очистки.

В колодцах или скважинах, вскрывающих  напорные водоносные горизонты, вода поднимается  до некоторой пьезометрической линии. Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, то наблюдается излив воды.

Уровень воды, устанавливающийся в  колодце при отсутствии забора воды, называется статическим. При безнапорных водах статический уровень совпадает с уровнем подземных вод, в при напорных водах – с пьезометрической линией.

При откачке воды из колодца уровень  ее снижается, причем тем больше, чем  интенсивнее откачка. Такой уровень  называется динамическим.

Безнапорные и напорные воды могут  выходить на поверхность земли в  виде родников. Выход безнапорных  вод называют нисходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством  и может использоваться без очистки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7) Насосное оборудование для водоснабжения промышленных предприятий.

 

Развитие  российской экономики в целом  неразрывно связано с развитием  и модернизацией промышленности, созданием новых предприятий  и интенсификацией уже существующих производств. Одним из важнейших  моментов, способствующих этому положительному процессу, является оптимизация водопользования, включающая в себя несколько глобальных составляющих. Пожалуй, наиболее важное из них – это организация водоснабжения  предприятия. Однако эта задача сложна и имеет много составляющих, как  субъективного, так и объективного характера.

Как известно, наша страна занимает первое место в мире по запасам пресной  воды (около 30 тыс. кубометров в расчете  на душу населения). Казалось бы, это  должно способствовать развитию производства, но на деле привело к неразумному, расточительному ее использованию. Потери достигают 20%, а между тем  качество воды постоянно ухудшается из-за загрязнений, немалую долю которых  «поставляет» именно промышленность. По некоторым данным, около 70% рек  и озер России уже не могут являться источниками питьевого водоснабжения  и около 30% месторождений подземных  вод подверглись природному или  антропогенному загрязнению.

Другой  стороной проблемы стали значительные энергопотери, связанные как с плохой организацией производства, так и с износившимся оборудованием. Значительную долю в потерях такого рода играют морально и материально устаревшие насосы, на долю которых приходится до четверти всего энергопотребления предприятия. Между тем, день ото дня растущие тарифы на электроэнергию ложатся тяжким бременем на промышленность, увеличивая себестоимость продукции и уменьшая ее конкурентоспособность.

Третьим аспектом является безопасность. Причем это понятие включает в себя целый  ряд вопросов – начиная от экологической  безопасности  и заканчивая минимизацией потерь от политической и экономической  нестабильности в регионе. Одним  из решений этой проблемы может стать  автономизация водоснабжения и  максимальная автоматизация всех процессов, снижающая возможность воздействия  пресловутого «человеческого фактора».

Стоит также отметить, что современное  высокотехнологичное производство опирается на  высокие стандарты  качества воды, а это накладывает дополнительные требования, как на водоснабжение, так и на неразрывно с ним связанные процессы водоочистки и водоподготовки. Кроме того, сложность технологий вызывает необходимость организации высокоавтоматизированных систем, включающих в себя передовое оборудование, способное обеспечить бесперебойную подачу воды надлежащего качества.

Таким образом, можно сказать, что проблема водоснабжения промышленных предприятий  весьма многогранна и требует  комплексного подхода. Как уже говорилось выше, весомую часть вопроса составляет правильное применение современного насосного  оборудования. Очевидно, что насосы используются на всех участках водоснабжения  производства. Поэтому особые требования предъявляются к эффективности, надежности и экономичности таких агрегатов. 

 

Говоря  более конкретно о водоснабжении  на промышленных предприятиях, следует  коснуться некоторых теоретических  аспектов этого сложного процесса –  таких, как  свойства и качества воды и основные способы водоснабжения.

Безусловно, пресная вода является насущной потребностью любого промышленного производства. При  этом пресной считается вода, имеющая  общую минерализацию не более 1 г/л. Среди прочих  вод, в зависимости  от минерализации (в мг/л), различают  ультрапресные (менее 100 г/л), маломинерализованные (100-200 г/л), среднеминерализованные (200-500 г/л) воды и воды повышенной минерализации (500-1000 г/л). В ряде случаев, если источников пресной воды не существует, приходится использовать системы опреснения, основанные на сложных физико-химических процессах. Следует заметить, что даже пресная  и ультрапресная вода, полученная из природных источников, является достаточно активной с точки зрения коррозионного воздействия на материалы  и оборудование. Степень воздействия, в свою очередь, зависит от химического  состава воды.

Он определяется соотношением концентрации в воде главных ионов (хлориды, карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты). В зависимости от преобладающего вида анионов (25% эквивалента) различают  воды гидрокарбонатного, сульфатного  и хлоридного классов. Помимо ионов, в природной воде находится растворенный кислород в виде молекул O₂.

Именно  концентрация кислорода в сочетании  с ионным составом определяет величину окислительно-восстановительного потенциала и скорость окислительных процессов, а, следовательно, и коррозионную активность воды.

Помимо высокой химической активности, дополнительным фактором риска для оборудования служат твердые  взвеси, находящиеся в воде. Абразивные частицы способны нарушать целостность  поверхности перекачивающего оборудования, что ведет к возникновению  очагов коррозии. Поэтому к исполнению водоподъемного оборудования должны предъявляться  особенные  требования. Например, использование  в конструкции насоса различных  марок нержавеющей стали, эластомеров, композитных материалов и их комбинаций, оптимально подобранных для конкретного  физико-химического состава перекачиваемой воды.

  Таким образом, вода из природных  источников практически никогда  не может непосредственно применяться  в технологических процессах,  требуя создания специальных систем водоочистки и водоподготовки. Именно эти системы доводят добытую воду до необходимых в производстве кондиций. Методы же водоочистки и водоподготовки во многом зависят от способа водоснабжения.

В общем и целом, все  виды источников воды для промышленного  использования можно разделить  на две группы – подземные воды и поверхностные воды. К последним, с некоторым допущением, можно отнести и централизованное водоснабжение (например, в городских условиях).   Естественно, что водоподъемное оборудование в каждом случае имеет свои особенности.

Говоря о подземных  водах, обычно подразумевают артезианскую скважину, оборудованную фильтром и  скважинным насосом. Стоит отметить, что поскольку скважинный насос  зачастую работает в чрезвычайно  сложных условиях, а его демонтаж для ремонта требует больших  затрат, к выбору этого оборудования стоит подходить с особыми  критериями. Если обобщить опыт эксплуатации современных скважинных насосов, можно  сказать, что в идеале они должны соответствовать следующим требованиям:

- обладать высокой надежностью  и длительным сроком службы;

- обладать высокой коррозионной  и износостойкостью;

- иметь высокий КПД;

- насос должен быть  укомплектован станцией управления  и защиты;

- наличие различных типов  пусковых устройств  для оптимизации работы системы (прямой, комбинированный, плавный пуски или частотный преобразователь);

     Кроме того, желательно, чтобы станции управления  были снабжены устройствами контроля  и передачи данных о параметрах  насоса, скважины и трубопроводов   в систему диспетчеризации, что  позволит контролировать работу  системы с удаленного компьютерного   пульта. Такое решение способствует  автоматизации процесса водоснабжения,  заблаговременному выявлению вероятных  неполадок в системе и делает  возможным построение единой  технологической цепи на предприятии.

     Рассматривая  водозабор из природных поверхностных  источников (реки, озера и т.п.), стоит  отметить, что обычно вода в  них загрязнена больше, чем в  артезианских скважинах и обладает  большей коррозионной активностью.  Это вызвано массой причин  и, не в последнюю очередь,  хозяйственной деятельностью человека. Однако зачастую использование доступных поверхностных источников является более экономически целесообразным, чем бурение скважин. При этом оборудуется насосная станция первого подъема, где монтируются или насосы двухстороннего входа, или, реже, консольные насосы. Для небольших предприятий с малой потребностью в воде возможно использование самовсасывающих насосов.

В целях снижения вероятности коррозии при подборе насоса для конкретной технологической схемы пристальное  внимание необходимо уделить конструкционным  материалам насоса и качеству обработки  его поверхностей.

     Особое внимание  при выборе насосов, работающих  на водозаборе, стоит обратить  на систему уплотнения вала  – в силу большой нагрузки  на узел и, следовательно, повышенного  его износа. Оптимальным представляется выбор насосного оборудования с такими системами торцевых уплотнений, которые позволят увеличить срок службы системы и снизить время- и трудозатраты по их замене. Так, в современных вертикальных многоступенчатых насосах применяются картриджевые торцовые уплотнения, позволяющие заменять их силами обслуживающего персонала без демонтажа и разборки насоса.

     Как уже  говорилось, обычно вода, полученная  непосредственно из источника,  не может быть использована  в производстве без предварительной  очистки и подготовки. Наиболее  простым методом предварительной  очистки является механическая  фильтрация. На первом этапе используются  открытые емкости, заполненные  природным зернистым материалом (песком и т.д.) – так называемые  «скорые фильтры». После удаления  на них крупных примесей предочищенная вода подвергается химической обработке (коагулянтами и флокулянтами)  и обрабатывается в системах стандартной фильтрации. Обеспечение оптимальной работы такой системы состоит в регулярной очистке фильтра. Период между очистками можно увеличить, используя пульсирующий режим работы фильтра. С его помощью появится возможность частично удалять накопившиеся отложения на поверхности. Такой режим можно обеспечить посредством применения частотно-регулируемого насосного оборудования.

    Для деминерализации  и умягчения очищенной воды  применяют различные методы. Одним  из эффективных способов  в  настоящее время являются системы  ионообмена. Один из недостатков метода ионообмена – его цикличность (необходимость промывки колонок по мере их «забивания»). При этом для регенерации смол приходится использовать достаточно агрессивные растворы, что требует применения насосов в специальном исполнении (например, из композитных материалов). Поскольку скорость насыщения смолы зависит от концентрации ионов в очищаемой воде, этот метод не подходит для обессоливания воды с высокой минерализацией.

     В этих случаях  применим метод мембранной фильтрации (на полимерных мембранах). Он  позволяет добиться высоких результатов,  но требует значительных первоначальных  капиталовложений.