15. ЗАПАСНЫЕ И РЕГУЛИРУЮЩИЕ ЕМКОСТИ

Емкости в системах водоснабжения предназначаются для хранения запасов воды, регулирования подачи и расхода воды и обеспечения необходимых напоров. В соответствии со схемой водоснабжения и расположением емкостей они могут выполнять одно или несколько назначений.

К регулирующим и запасным сооружениям в системах водоснабжения относят водонапорные башни, водонапорные колонны, резервуары и гидропневматические установки (воздушно-водяные котлы), содержащие объемы воды для регулирования работы системы водоснабжения, а также запасы на случай пожара или аварии. Регулирование заключается в согласовании различных режимов подачи и потребления воды при помощи аккумулирующих емкостей. При подаче воды в избытке она накапливается в емкостях, а при недостатке - забирается из них. Регулирование обеспечивает сравнительно равномерную работу водозаборов, очистных сооружений и насосных станций.

Емкости, используемые в системах водоснабжения классифицируются:

• - по функциональному назначению на: регулирующие; запасные; запасно-регулирующие;
• - по способу отвода воды на: безнапорные (пассивные); напорные (активные);
• - по конструктивным признакам (напорные емкости) на: водонапорные башни; напорные резервуары; водонапорные колонны; гидропневматические установки;
• - по степени заглубления (резервуары) на: заглубленные или подземные (резервуары чистой воды - РЧВ); незаглубленные или наземные; полу заглубленные.

15.1. Безнапорные регулирующие запасные емкости

Безнапорные сооружения (резервуары) устраивают у насосных станций. Они служат для регулирования работы водозаборов, очистных сооружений и насосных станций. В этих резервуарах часто содержатся также запасные воды различного назначения.

Объем воды в емкостях перед насосными станциями, работающими равномерно (например, подкачки при последовательном зонировании системы водоснабжения или оборотного водоснабжения предприятий), следует принимать из расчета 5-10-минутной продолжительности работы насоса большей производительности.

Запасные резервуары, предназначенные для хранения аварийного или противопожарного запасов воды, как самостоятельные сооружения строят сравнительно редко. Чаще всего их совмещают с регулирующими емкостями. Это не только выгодно экономически, но и позволяет избегать снижения качества воды при ее длительном хранении.

Объем, количество и расположение резервуаров определяется проектом в зависимости от совокупности диктующих условий. Во всех случаях должна быть обеспечена бесперебойная работа системы водоснабжения при выключении отдельных резервуаров как при нормальной эксплуатации, так и в случае аварии. Резервуаров в одном узле одного назначения, как правило, должно быть не менее двух, причем в каждом из них должно быть не менее 50 % противопожарного объема воды. При этом распределять запасные и регулирующие объемы воды следует пропорционально числу или объему резервуаров /1/.

82

Устанавливать один резервуар допустимо при отсутствии противопожарного объема воды или при необходимости создания контакта воды с обеззараживающими реагентами.

Полный объем резервуаров чистой воды (РЧВ) в системах объединенного хозяйственно-противопожарного водоснабжения:

где W_рег - регулирующий объем, м³; W_пож - неприкосновенный запас воды на тушение пожара, м ; W_с.н. - объем воды на собственные нужды водоочистной станции (промывку фильтров или контактных осветлителей, приготовление растворов реагентов и т.д.), м³.

Регулирующий объем резервуара W_рег можно найти:

• - по таблицам подачи воды очистными сооружениями водопровода и отбора воды насосами второго подъема (НС-II) в течение суток;
• - по совмещенному графику поступления воды в резервуар и забора воды насосами второго подъема для подачи в башню.

Если графики поступления воды в резервуар и расхода воды из него совпадают, то W_рег= 0. В этом случае предусматривают запас воды:

где Q_н - подача воды насосами НС-II, м³/ч.

При отсутствии графиков и таблиц поступления и отбора воды регулирующий объем определяется по формуле:

где Q_{сут.мах} - расход воды в сутки максимального водопотребления, м³/сут; К_н - отношение максимальной часовой подачи воды в регулирующую емкость к среднему часовому расходу в сутки максимального водопотребления; К_ч - коэффициент часовой неравномерности отбора воды из емкости. Определяется как отношение максимального часового отбора к среднему часовому расходу в сутки максимального водопотребления.

При этом максимальный часовой отбор принимается равным максимальному часовому водопотреблению при отсутствии регулирующих емкостей у потребителей (башни, напорных резервуаров, пневматических установок и т.д.) или максимальной часовой производительности НС-II при наличии на сети регулирующей емкости.

Пожарный объем воды надлежит предусматривать в случаях, когда получение необходимого количества воды для тушения пожара непосредственно из источника водоснабжения технически невозможно или экономически нецелесообразно.

Пожарный объем воды в резервуарах определяется из условия обеспечения:

• - пожаротушения из наружных гидрантов и внутренних пожарных кранов;
• - специальных средств пожаротушения (спринклеров, дренчеров и др.), не имеющих собственных резервуаров;
• - максимальных хозяйственно-питьевых и производственных нужд на весь период пожаротушения. При этом для систем водоснабжения I и II категории допускается учитывать пополнение резервуара водой во время пожара.

Неприкосновенный противопожарный объем W_пож рассчитывается из условия тушения расчетного количества одновременных пожаров я в течение всего нормативного времени тушения пожара T_пож. Тогда:

где Q_пож1 - расход воды на тушение 1 пожара, л/с; n - расчетное количество пожаров. Принимается по табл. 14.11; T_пож - нормативное время тушения пожара. Т= 3 ч.

При определении объема неприкосновенного противопожарного запаса воды в резервуарах W_пож для случаев гарантированной бесперебойности ее подачи в эти

83

резервуары из водоисточника или очистной станции допускается учитывать их пополнение водой во время пожара. В этом случае величину W_пож можно определить по формуле:

где Q_пож - расход воды на тушение расчетного количества одновременных пожаров, л/с; Q₁ - расход воды, подаваемой в резервуар при тушении пожаров, м³/ч; W_хоз - объем воды, потребляемый за три смежных часа наибольшего водопотребления на хозяйственные и производственные нужды во время тушения пожаров:

где ∑ Q_max - объем воды, потребляемый из сети в течение трех смежных часов наибольшего расхода по графику водопотребления, м³; ∑Q_выч - объем воды, не учитываемый в течение 3 час. тушения пожаров, м³.

Максимальный срок восстановления неприкосновенного противопожарного запаса воды должен быть не более представленного в табл. 15.1.

Если дебит источника недостаточен для пополнения противопожарного запаса в нормативные сроки, допускается увеличивать продолжительность пополнения при условии создания дополнительного объема воды:

где W_пож - противопожарный запас воды при требующейся продолжительности его пополнения (табл. 15.1), м³; k - отношение принятого срока пополнения противопожарного запаса воды к нормативному.

Сроки пополнения допускается принимать в 2 раза больше сроков, указанных в табл. 15.1, но не более 72 часов.

На период пополнения противопожарного запаса воды можно снижать подачу воды на хозяйственно-питьевые нужды до 70 % расчетного расхода и подачу воды на производственные нужды по аварийному графику.

Таблица 15.1

Сроки восстановления противопожарных запасов

Объем воды в резервуаре на собственные нужды водоочистной станции W_с.н. включает в себя объем воды на промывку установленного оборудования (в основном фильтров и контактных осветлителей) W_пром, запас чистой воды для растворения реагентов и других собственных нужд W_реаг. При подготовке воды на хозяйственно-питьевые нужды и обеззараживании ее хлорсодержащими реагентами следует, кроме того, предусматривать объем воды для контакта с ними W_конт продолжительностью не менее 1 ч, причем при отсутствии попутного водоразбора допускается учитывать контакт

84

в водоводах. Объем воды, необходимый для контакта с хлором W_конт можно уменьшать на величину противопожарного запаса.

Объем воды на промывку фильтров в соответствии с /1/ должен быть рассчитан на две промывки одного фильтра или три промывки при одновременной промывке двух фильтров. Величину W_пром определяют после расчета водоочистной станции с учетом типа и площади фильтров, а также интенсивности и продолжительности их промывки.

Объем воды на промывку одного фильтра или контактного осветлителя:

где q - интенсивность промывки, л/с·м²; f - площадь фильтра, м ; t - время промывки, с.

Ориентировочно объем воды на собственные нужды водоочистной станции можно принять в пределах от 3-5 до 10-12 %.

При подаче воды по одному водоводу в емкостях следует дополнительно предусматривать:

• - аварийный объем воды W_ав,обеспечивающий в течение времени ликвидации аварии на водоводе T_ав аварийный расход воды Q_ав расход воды на хозяйственно-питьевые нужды в размере 70 % расчетного часового водопотребления и производственные нужды по аварийному графику;
• - дополнительный объем воды на пожаротушение в размере, определенном согласно п. 9.4. /1/.

Дополнительный объем воды на пожаротушение допускается не предусматривать при длине одной линии водовода до 500 м до населенных пунктов с числом жителей не более 5000 чел., а также до промышленных и сельскохозяйственных предприятий при расходе воды на наружное пожаротушение не более 40 л/с.

где Q_ав -расход воды, подаваемый по водоводу в случае аварии на нем, л/с:

где Q_хоз - расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения, л/с; Q_пр.ав - расход воды предприятиями по аварийному графику, л/с; Т_ав - время, необходимое для ликвидации аварии на водоводе, ч; Q_пож - расход воды на пожаротушение, л/с; Т_пож - расчетная продолжительность пожаротушения, ч.

Расчетное время ликвидации аварии на трубопроводах систем водоснабжения I категории следует принимать согласно табл. 15.2. Для систем водоснабжения II и III категории указанное в табл. 15.2 время следует увеличивать соответственно в 1,25 и 1,5 раза.

Таблица 15.2

Расчетное время ликвидации аварии на трубопроводах, ч

В зависимости от материала и диаметра труб, особенностей трассы водоводов, условий прокладки труб, наличия дорог, транспортных средств и средств ликвидации аварии указанное время может быть изменено, но должно приниматься не менее 6 ч.

Допускается увеличивать время ликвидации аварии при условии, что длительность перерывов подачи воды и снижения подачи воды не будет превосходить пределов,

85

установленных для соответствующей категории надежности системы водоснабжения.

При необходимости дезинфекции трубопровода после ликвидации аварии указанное в табл. 15.2 время следует увеличивать на 12 ч.

Время, необходимое для восстановления аварийного объема воды, надлежит принимать 36-48 ч. Восстановление аварийного запаса следует предусматривать за счет снижения водопотребления или использования резервных насосных агрегатов.

Определив общий объем резервуаров, принимается их количество и определяется объем каждого резервуара.

По определенному объему подбирается, как правило, типовой резервуар и выполняется его привязка к расчетным условиям, т.е. определяются отметки расположения всех функциональных трубопроводов: переливного, противопожарного, для подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды и т.д. В случае проектирования резервуара индивидуального изготовления его размеры определяют исходя из условия, что отношение общей глубины воды в резервуаре H к его диаметру (или характерному линейному размеру) D должно быть в пределах H/D = 0,5-1.

Верхний уровень воды в резервуаре чистой воды обычно принимается на 0,5 м выше отметки поверхности земли в месте установки резервуара.

Зная площадь дна типового резервуара (или определив ее делением общего объема W_рез на строительную высоту Я, предварительно задавшись соотношением H/D), определяют высоту противопожарного h_пож и регулирующего h_рег слоя воды, а также отметки соответсвующих трубопроводов.

Высота противопожарного слоя

Высота регулирующего слоя воды с учетом воды на промывку фильтров

Общая глубина резервуара

Толщина слоя утепления. Для утепления резервуаров их обычно засыпают грунтом толщиной слоя 1; 0,7; 0,5; 0,25 м. В некоторых случаях прибегают также к созданию повышенного снежного покрова, применению искусственных утеплителей и обогреву. Толщина слоя утепления δ_гр и его конструкция в основном зависят от

Рис. 15.1. Расчетная схема резервуара чистой воды

86

коэффициента теплопередачи К₁ (от воды через перекрытие резервуара к наружному воздуху) и от теплопроводности материалов перекрытия и грунтов засыпки X. Поэтому лучше всего использовать грунты с малой теплопроводностью и небольшой плотностью. Значение К₁ можно найти по приближенной формуле:

где 1,163 - коэффициент перехода от ккал/(м²·ч·°С); V - объем резервуара, м³; т - кратность суточного обмена воды:

где Q_сут.min - минимальный суточный расход воды, проходящей через резервуар, м³/сут; t_в - среднесуточная температура воды, поступающей в резервуар, °С; t'_в - среднесуточная температура воды, выходящей из резервуара, °С; t_возд - расчетная температура наружного воздуха, °С; С_возд·ρ_возд - энтальпия наружного воздуха; F_n - площадь перекрытия резервуара, м².

Величина т колеблется от 0,1 до 10, причем в системах хозяйственно-противопожарного водопровода обычно в среднем изменяется от 1 до 5. Расчетные значения температуры воздуха (-20, -30, -40) и поступающей воды принимаются по местным данным, расчетное значение температуры воды, выходящей из резервуара, может достигать 0°С.

Рис. 15.2. Схема коммуникаций резервуара чистой воды: 1 - подача воды в резервуар; 2 - отвод хозяйственно-питьевой воды и на промывку фильтров; 3 - отвод пожарного расхода воды; 4 - перелив; 5 - сброс осадка.

На рис. 14.2 /2/ даны графики для определения необходимой толщины слоя грунта δ_гр и снега для утепления перекрытий резервуаров зимой при разных значениях коэффициента теплопередачи К₁ и теплопроводности λ_m грунтов засыпки. В целях защиты перекрытия от повреждения и для выращивания на нем травы минимальное значение δ_гр рекомендуется 0,25 м. В условиях жаркого климата следует рассчитывать толщину слоя засыпки из условия защиты воды от перегрева. Обычно достаточен слой грунта толщиной 0,5 м.

Отметки уровней воды и конструктивных элементов: - верхнего уровня воды в резервуаре, воронки переливного трубопровода

87

где ∇_п.з - естественная отметка поверхности земли в месте установки резервуара, м;

- противопожарного уровня воды и приемной воронки (или расположения отверстий в сифоне) трубопровода, подающего воду на хозяйственно-питьевые нужды

- дна и приемной воронки, трубопровода, подающего воду на тушение пожара

- дна грязевого приямка

- грязевого трубопровода

Диаметры технологических трубопроводов:

• - диаметр переливного трубопровода (и воронки на нем) определяют из условия пропуска разности расходов поступающей и забираемой из емкости воды;
• - диаметры подающего и отводящего трубопроводов (с воронками на них) определяются из условия пропуска наибольших расходов. Для обеспечения циркуляции эти трубопроводы должны располагаться на разной высоте;
• - диаметр спускного (грязевого) трубопровода зависит от объема резервуара, времени опорожнения, разности отметок уровня воды и выпуска. Обычно принимается без расчета 100-200 мм.

Расчет воронки, устанавливаемой на конце трубы, производится по формуле:

или

где Q - расход переливающейся воды, м³/с; R_v - радиус воронки, м , равный (0,75... 1)D_тр; h_в - напор над краем воронки, h_в = 0,03-0,05 м; m - коэффициент расхода, зависящий от отношения h_в/ R_v формы воронки: m = 0,25-0,5 (в среднем 0,4); g - ускорение свободного падения, м/с².

Сохранение неприкосновенности противопожарного запаса воды в резервуаре может быть обеспечено различными способами: устройством сифона с отверстиями в верхней части (рис. 10.3, а), цилиндрического всасывающего колодца (рис. 10.3, 6) или размещением напорных труб на разных отметках (рис. 15.3, в).

#Рис. 15.3. Схемы сохранения неприкосновенного противопожарного запаса воды в резервуаре:
а - устройство сифона (1) на трубе для отбора воды на хозяйственно-питьевые нужды с 2-3 отверстиями в верхней части сифона на уровне пожарного объема; б - устройство цилиндрического всасывающего колодца (2) высотой до пожарного уровня; в - размещение труб на разных отметках.

88