bbk 000000

УДК

Дерюшева Н. Л., Дерюшев Л. Г.

О нормировании надежности и производительности сооружений систем водоснабжения

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Производительность сооружений систем водоснабжения рассчитывается для каждой очереди строительства с учетом требований СНиП 2.04.02-84* [1]. Согласно законопроекту о техническом регламенте («Российская газета». Федеральный выпуск № 4702 от 9 июля 2008 г.), до 2010 г. все строительные нормы должны быть переработаны (всего 99 наименований) Министерством регионального развития РФ и включены в 17 первоочередных технических регламентов. Особое внимание уделялось техническому регламенту о безопасности зданий и сооружений. Однако в действующих и вновь опубликованных нормативных документах [2] остались некоторые противоречивые требования по расчету производительности водопроводных сооружений. В табл. 1 представлены все пункты нормативных требований [1], в которых приводятся формулы расчета пропускной способности водопроводных сооружений и определение расчетных расходов.

Анализируя формулы, приведенные в табл. 1, можно убедиться, что они недостаточно полно моделируют работу сооружений в общей системе водоснабжения. Например, рассмотрим формулу расчета площади скорых фильтров:

Полученные размерности не соответствуют понятиям площади сооружения, а математическая модель не отражает пропускную способность объекта. Объем воды, в течение суток поступившей на сооружение, за это же время должен быть отведен от него. В моделях (1) и (2) произведение времени работы сооружений и скорости фильтрования воды Т_стн уменьшается. Спрашивается, где выполнение баланса расходов воды и закона сохранения энергии? Через фильтры необходимо пропустить не только полезный расход Q,но и дополнительный расход ∆Q, который должен накапливаться в резервуарах чистой воды для последующего использования при промывке фильтров. Если производительность станции равна Q,то куда пропали 3–8% воды при подходе к фильтрам?

Отметим, что на очистные сооружения вода подается насосной станцией. А подача насосной станции – это количество (объем) воды W, поданной в единицу времени Т:

Рассмотрим требования по расчету подачи Q₁ насосной станции первого подъема, которая входит в состав водозаборных сооружений. Вода с насосной станции может подаваться на очистные сооружения либо непосредственно в распределительную сеть. Согласно пунктам 5.109 и 9.1–9.6 [1], расчетная подача насосной станции Q₁ должна назначаться с учетом обеспечения максимального суточного расхода воды потребителямQ_max.сут, расхода воды на собственные нужды водозаборных сооружений и дополнительного расхода на пополнение пожарного и аварийного (если он предусмотрен) запасов воды в регулирующих емкостях. С учетом требований пункта 6.6 [1] подача Q₁ должна быть увеличена на объем, необходимый для пополнения запасов воды на промывку фильтров. Опытным проектировщикам все эти нормативные требования понятны. Для начинающих специалистов правильно учесть все требования по расчету подачи воды насосной станции весьма проблематично, поскольку в справочной и учебной литературе по проектированию водопроводных сооружений [3–5] этот показатель предлагается определять по формуле:

Q₁ = αQ_max.сут/T,                            (5)

где  α = 1,011,08 – коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды водозаборных и очистных сооружений; Q_max.сут – расход максимального водопотребления, м³/сут; Т – продолжительность работы сооружений в сутки наибольшего водопотребления, ч.

Авторы работ [6–8] отмечают, что при необходимости подачи воды в резервуары для пополнения пожарных запасов расчет следует производить по формуле:

Возникает вопрос, какой расчетный расход должен приниматься при проектировании водозаборных сооружений из поверхностных или подземных источников, если насосная станция не обеспечивает подачу водыQ₁^* без дополнительных насосов? Однозначного ответа в нормативах [1] не найти. Авторы [7] предлагают увеличивать количество резервных скважин для обеспечения подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды и на пополнение пожарного запаса в резервуарах, а форсированный режим работы скважин для этих целей предусматривать только в крайних случаях. Да и как увеличить подачу воды артезианским насосом? Предусматривать установку насоса с заниженной частотой вращения рабочего колеса, а потом ее увеличивать? Подобное решение не обеспечит эффективную работу насоса и заведомо приведет к снижению его КПД и избыточному расходу электроэнергии. Очевидно, более логично увеличить число резервных насосных агрегатов для обеспечения требуемой подачи водозабора (насосной станции). Тем белее, что в примечании таблицы 10 пункта 5.13 [1] указывается, что увеличение количества резервных скважин допустимо при соответствующем обосновании.

Следуя логике, аналогичные требования необходимо внести в СНиП [1] и для насосных станций, подающих воду из поверхностных источников. Необходимо пересмотреть требования по определению количества резервных агрегатов на насосных станциях. Недопустимо проектирование насосной станции без резерва дополнительной мощности на подачу пожарного или аварийного запаса воды в резервуар, надеясь на случай снижения водопотребления при равномерном режиме работы водозаборных и очистных сооружений. Таким образом, нормативные требования по резервированию агрегатов на насосных станциях необходимо пересмотреть. Резерв насосов следует назначать с учетом вероятности возникновения следующих ситуаций: отказ насосных агрегатов; подача противопожарных расходов воды; подача дополнительного пожарного или аварийного запаса воды в резервуары и т. д. (возможно рассмотрение чрезвычайных ситуаций).

Анализ нормативных документов [1] по оценке подачи (производительности) сооружений систем водоснабжения позволяет сделать вывод, что требования по условиям их функционирования и надежности необходимо систематизировать во взаимосвязи. Любое водопроводное сооружение (водозабор, насосная станция, очистные сооружения, распределительная сеть, водоводы, регулирующие резервуары и т. д.) является элементом системы водоснабжения. Элементы соединяются последовательно или параллельно, резервируются, ремонтируются, замещаются с определенными потоками отказов и восстановлений.

Не останавливаясь на подробностях формирования нормативных требований к системам водоснабжения, отметим, что требования к подаче воды и надежности должны регламентироваться для системы в целом, а не для отдельного элемента. Понятие надежности отражает свойство объекта выполнять заданные функции [9]. В этой связи для систем водоснабжения должны быть четко сформулированы требования по их функционированию, а уровень надежности – обосновываться расчетами, а не экспертными заключениями. Методики оценки надежности объектов универсальны и применяются в системах энергоснабжения (аналоги моделей систем водоснабжения), автоматики, в авиации и т. д. Необходимы только данные о надежности составных элементов системы. К сожалению, должное внимание к формированию данных о надежности элементов систем водоснабжения и водоотведения в нашей стране не уделяется с 1970-х годов.

Весьма спорны и требования СНиП [1] к классификации систем водоснабжения по категориям. Очевидно, неправомерно делить системы водоснабжения на категории по количеству потребителей (пункт 4.4). Жители сельской местности, как и жители крупных городов, должны в равной мере обеспечиваться питьевой водой по количеству и качеству. В этой связи требования пункта 4.4 [1] целесообразно сформулировать в следующем виде:

проектируемыесистемыводоснабженияподразделяютсянатрикатегориивсоответствиисусловиями, приведеннымивтабл. 2.

Аналогично предлагается изменить формулировку требований пункта 7.3 [1]:

внасосныхстанцияхдлягруппынасосоводногоназначения, подающихводуводнуитужесетьиливодоводы, количестворезервныхагрегатовследуетприниматьсогласнотабл. 3.

Выводы

Нормативные требования к условиям функционирования и надежности сооружений систем водоснабжения необходимо скорректировать с учетом их систематизации и внесения дополнений в СНиП 2.04.02-84*, в частности, следует внести уточнения в формулы по расчету расходов и площади сооружений.

Список цитируемой литературы

1. СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М., 1996 (утверждены дополнительно в 2010 г.).
2. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
3. Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика: Под ред. И. А. Назарова. – М., 1977.
4. Сомов М. А., Журба М. Г. Водоснабжение. – М., 2008.
5. Курганов А. М., Вуглинская Е. Э. Водозаборы подземных вод. – СПб, 2008.
6. Кожинов В. Ф. Очистка питьевой и технической воды. – М.: БАСТЕТ, 2008.
7. Карелин В. Я., Минаев А. В. Насосы и насосные станции. – М.: БАСТЕТ, 2010.
8. Турк В. И. Насосы и насосные станции. – М., 1961.
9. ГОСТ Р 53480-2009. Надежность в технике. Термины и определения. – М.: Стандартинформ, 2011.