Опыт проектирования магистральных трубопроводных систем водоснабжения и водоотведения в особых горноклиматических условиях

УДК 355.7:355.673.5:628.132

Шипилов А. А., Усков К.А., Горобец А.Ю. Shipilov A.A., Uskov K.A., Gorobets A.U.

Опыт проектирования магистральных трубопроводных систем водоснабжения и водоотведения в особых горноклиматических условиях

Experience in designing main pipeline systems of water supply and sanitation in special mountain

climatic conditions

Аннотация:

В статье проанализированы схемные решения устройства сетей водоснабжения и водоотведения в особых условиях. Предложены принципиально новые инженерные решения при конструировании технологических узлов водопроводных сооружений объектов военной инфраструктуры, позволяющие сократить размеры земельных участков, а также снизить затраты на строительно-монтажные работы. Предложенные в статье технические и технологические решения по устройству магистральных сетей водоснабжения и водоотведения, прокладываемых в сложных природных условиях, могут быть использованы для ремонта, реконструкции или нового строительства расположенных в таких условиях объектов военной инфраструктуры.

Annotation:

The article analyzes the circuit design solutions of water supply and sanitation in special conditions. Proposed fundamentally new engineering solutions in the design of technological units of water supply facilities of military infrastructure, allowing reducing the size of land, as well as reducing the cost of construction and installation work. Proposed in the article technical and technological solutions for the construction of main water supply and sanitation networks, laid in difficult natural conditions, can be used for repair, reconstruction or new construction of military infrastructure facilities located in such conditions.

Ключевые слова: магистральный водовод, резервуары запаса воды, гидрогенерирующая установка, канализационный колодец, экономическая эффективность.

Key words: main waterpipe, water storage tank, hydrogenerator device, sanitation manhole, economic efficiency.

Обеспечение бесперебойной подачи воды питьевого качества с требуемым напором и расходом потребителю и отведение образующихся сточных вод с последующей их эффективной очисткой - основная проблема структур водопроводно-канализационного хозяйства, входящих в службу Тыла Вооружённых сил Российской Федерации (ВС РФ) всех уровней. Указанная проблема

может быть успешно решена путём обоснованного внедрения новых технических и технологических энергоэффективных решений. Проектирование трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения, обеспечивающих надежную работу этих систем с эффективными характеристиками в течение всего срока службы в сложных природных условиях с высокой сейсмичностью связано с решением следующих основных инженерных задач:

- использование различных схемных решений систем водоснабжения или водоотведения в зависимости от местных условий;

- управление скоростными режимами транспортирования потока жидкости в трубопроводах (направление движения воды "снизу вверх" или "сверху вниз");

- использование трубопроводов, материал которых позволяет обеспечивать долговечность, ремонтопригодность и безопасность в процессе эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения и имеющих соответствующие сертификаты;

- использование технологических и конструктивных решений с применением эффективного оборудования по устройству сооружений на сети для обеспечения бесперебойной работы всей транспортной системы в целом.

В зависимости от рельефа местности, структуры грунтов, характеристик сейсмичности и других факторов используются различные схемные решения прокладки трубопроводов водоснабжения и водоотведения. Наибольшее распространение получили зонные схемы систем, приведенные на рис. 1 и 2 [1, 2, 3].

Рис.1. Зонные схемы систем водоснабжения: а - последовательная; б - параллельная; I, II - номера зон. 1 - резервуар. 2 - насосная станция. 3 - напорно-регулирующее устройство.

Рис.2. Зонные схемы канализации.

а - параллельная схема; б - последовательная схема; в - комбинированная схема; 1 -внутриплощадочные сети канализации; 2 - внеплощадочные сети канализации; 3 -устройство для гашения напоров; 4 - участок напорного канализационного трубопровода; КНС - канализационная напорная станция; КГС - колодец гаситель напора; ОС - очистные сооружения.

Проектирование систем водоснабжения и водоотведения в сложных природных условиях, ярко отражающих всю сложность и многогранность принятия инженерных решений, рассмотрим на примере трёх (реализованных и готовящихся к реализации) проектов:

- проект системы водоснабжения и водоотведения горноклиматического курорта "Альпика-Сервис" (Красная Поляна, Сочи);

- проект "Тебердинского магистрального самотечно-напорного водовода" в Карачаево-Черкесской Республике;

- проект напорного водовода - самотечно-напорного водовода» подачи воды на Южный берег Крыма (предпроектные предложения).

На рис. 3 приведена технологическая схема магистрального напорного водовода для обеспечения хозяйственно-питьевых и противопожарных нужд горноклиматического курорта "Альпика-Сервис" [4,5]. Схема системы водоснабжения - зонная, последовательная. Режим работы -напорный. Подача воды осуществляется "снизу - вверх", с использованием промежуточных

магистральных резервуаров воды, совмещенных с повысительными насосными станциями, и дополнительных промежуточных бустерных повысительных насосных станций.

Рис. 3. Технологическая схема магистрального напорного водовода горноклиматического

курорта "Альпика-Сервис". 1 - подключение к источнику воды; 2 - магистральные хозяйственно-питьевые резервуары, совмещенные с насосными станциями подачи воды на местные нужды и вышерасположенную площадку; 3 - промежуточная повысительная насосная станция с бустерными установками; 4 - внутриплощадочные хозяйственно-питьевые резервуары, совмещенные с насосными станциями подачи воды на местные нужды; 5 -противопожарные резервуар запаса воды, совмещенные с насосными станциями .

Для подачи воды на вышерасположенную площадку канатной дороги предусматривается установка отдельных магистральных насосов в хозяйственно-питьевых резервуарах, для подачи на местные нужды площадки предусмотрены свои насосы и резервуары. Для тушения пожара предусматриваются отдельные на каждой площадке (пересадочной станции канатной дороги) системы пожаротушения, состоящей из своих резервуаров запаса воды и противопожарных насосных станций.

На рис. 4 приведена технологическая схема магистрального самотечно-напорного водовода "Тебердинский магистральный водовод" от разведанных источников в районе поселка Теберда до пункта приема в городе Усть-Джегута с попутным обеспечением населенных мест качественной водой [6,7,8].

I

1

щ

Отм. +1400 м

I- 5

о-

Отм.+1200 м Отм.+1000 м

Отм. +860 м

6

"И

О

Отм. +650 м]_Отм. +600

Рис. 4. Технологическая схема "Тебердинского магистрального самотечно-напорного

водовода".

1 - водозаборная скважина; 2 - сборный колодец; 3 - сборные накопительные резервуары; 4 -промежуточный хозяйственно-питьевой резервуар запаса воды, совмещенный с насосной станцией на местные нужды и мини ГЭС; 5 - конечный резервуар запаса воды, совмещенный с насосной станцией на нужды потребителей площадки.

Схема системы водоснабжения - зонная, последовательная. Режим работы - самотечно-напорный. Подача воды осуществляется "сверху - вниз", с использованием промежуточных магистральных резервуаров воды, совмещенных с гидрогенерирующими установками (мини ГЭС).

Подача воды на нижерасположенную площадку водопроводных сооружений предусматривается в самотечном режиме, а для подачи воды на местные нужды площадки предусматриваются собственные резервуары, совмещенные с насосными станциями.

И самотечно-напорный водовод Теберда - Усть-Джегута и напорный магистральный водовод горноклиматического курорта "Альпика-Сервис" состоят из двух основных элементов:

- первый элемент - непосредственно магистральные трубопроводы, прокладываемые по трассе водовода;

- второй элемент - технологические сооружения, обеспечивающие бесперебойную подачу воды потребителям с необходимым качеством и требуемым напором.

Проведя анализ существующих выпускаемых труб, первого основного элемента магистральных водоводов, в качестве предлагаемых для использования при проектировании магистральных водоводов в горных и сейсмических условиях, мы остановились на следующих марках трубной продукции:

- из неметаллических труб - трубы из молекулярно-ориентированного поливинилхлорида наивысшей степени молекулярной ориентации (ПВХ-О 500) фирмы Мо1есоо1;

- из металлических труб - трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) фирмы УопЯоП.

В рассматриваемых проектах используются трубы и фасонные части (фитинги) из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) и внутренним покрытием из полиуретана. При относительно низком коэффициенте шероховатости, за счет чего снижаются удельные сопротивления по длине трубопровода, данные трубы имеют высокую прочность, чем обусловлено их применение в сейсмических районах [9].

Для использования в системах водоотведения в горных и сейсмических условиях рекомендуются следующие марки трубной продукции:

- трубы Pragma Ice -жесткие теплоизолированные трубы в изоляции пенополиуретаном в заводских условиях;

- трубы Uponor Upolar - теплоизолированные безнапорные трубопроводы, как правило, выпускающиеся с греющим кабелем.

Вторым основным элементом магистрального водовода, являются технологические сооружения для обеспечения бесперебойной и эффективной работы водовода.

Особенностью проектирования технологических сооружений на магистральных водоводах в сложных природных условиях с высокой сейсмичностью по промежуточным площадкам является технологический прием объединения отдельных основных и вспомогательных сооружений в единый блок-модуль, который представляет собой цельную капсулу из полимерных материалов, внутри которой и размещается все требуемое (основное и вспомогательное) оборудование.

В процессе выполнения проектов магистральных водоводов, рассматриваемых в качестве примеров, было выполнено сравнение 2-х вариантов компоновки технологического узла водопроводных сооружений общим объемом 500 м3:

- вариант типовой компоновки узла водопроводных сооружений из отдельно расположенных сооружений: 2-х хозяйственно-питьевых резервуаров, повысительной насосной станции НС, помещениями фильтров-поглотителей ФП и трансформаторной

Рис. 5. Вариант типовой компоновки узла водопроводных сооружений из отдельно расположенных сооружений общим объемом 500 м3.

- вариант предлагаемой компоновки узла водопроводных сооружений с 2-мя блок-модулями, состоящими из хозяйственно-питьевого резервуарами объемом 500 м3, совмещенные с повысительной насосной станцией НС, фильтрами-поглотителями ФП

и трансформаторной подстанцией ТП (рис. 6) [8].

Рис. 6. Вариант предлагаемой компоновки узла водопроводных сооружений с 2-мя блок-

модулями общим объемом 500м3.

Минимальная площадь участка водопроводных сооружений по варианту типовой компоновки составляет = 46 х 26 = 1196 м2, в тоже время по варианту с блок-модулями - = 33 х 24 = 792 м2. Площадь сократилась на 404 м2, одновременно с этим сократилось количество внутриплощадочных сетей, а также капитальные затраты на их возведение.

Использование предлагаемой (с единым блок-модулем) компоновки технологического узла водопроводных сооружений позволяет сократить:

- габаритные размеры площадки под технологический узел - на 30-45%;

- затраты на строительно-монтажные работы - в 1,5-2 раза;

- сроки выполнения строительно-монтажных работ - в 3-5 раз.

Отличительной особенностью от всех ранее применяемых схемных решений в проекте самотечно-напорного водовода Теберда - Усть-Джегута впервые размещены в "сухом" отделении резервуара гидрогенераторы (мини ГЭС) (рис. 7).

Использование в технологической схеме самотечно-напорного водовода Теберда - Усть-Джегута гидрогенераторов позволяет:

- выполнить гашение избыточной скорости потока воды перед разгрузочными резервуарами, обеспечивая тем самым снижение риска возникновения гидравлического удара в водоводах;

- выполнить превращение гидравлической энергии потока жидкости в электрическую энергию, снижая тем самым расход энергопотребления на эксплуатацию водовода, а также увеличивая наработку энергоресурсов в системе энергоснабжения региона.

Рис. 7. Размещение гидрогенерирующей установки (мини ГЭС) в «сухом» отделении

хозяйственно-питьевого резервуара

Гашение избыточной скорости потока сточной воды в системах водоотведения тоже является одной из острых проблем, поэтому совместно с одной из петербургских компаний разработаны и уже внедрены в проекте магистральных сетей водоотведения горноклиматического курорта "Альпика-Сервис" канализационные колодцы с эксцентричным гашением напора.

На рис. 8. представлен общий вид пластикового канализационного колодца с эксцентричным гашением напора.

Рис. 8. Канализационный колодец с эксцентричным гашением напора. а) общий вид канализационного колодца с эксцентричным гашением напора; б) общий вид кинеты с эксцентричным патрубком подачи стоков и центральнорасположенным патрубком

отвода стоков.

Конструктивные особенности сборки кинеты и отстойной части канализационного колодца позволяют:

- присоединять подающий и отводной трубопроводы к колодцу практически под любым углом;

- снижать скорость движения сточной воды в 3^5 раз при высоте кинеты с эксцентричным патрубком Н = 1,0 м.

Рассмотрев два варианта движения воды ("снизу - вверх" и "сверху - вниз") в схемах систем водоснабжения, необходимо отметить, что первая схема характеризуется необходимостью потребления электроэнергии, а вторая - возможностью ее выработки. Проанализировав сложившуюся "сложную" ситуацию с водоснабжением на Южном берегу Крыма, авторами предлагается на рассмотрение комбинированная схема обеспечения водой потребителей -"напорный водовод - самотечно-напорный водовод" (рис. 9 ).

Рис. 9. «Напорный водовод - самотечно-напорный водовод» подачи воды на Южный берег

Крыма. Комбинированная схема.

1 - водозаборные скважины (существующие или вновь разработанные); 2 - сборный хозяйственно-питьевой резервуар, совмещенный с насосной станцией и станцией водоподготовки; 3 - промежуточная повысительная (бустерная) насосная станция; 4 -промежуточный хозяйственно-питьевой резервуар, совмещенный с насосными станциями магистрального и местного назначения; 5 - промежуточный хозяйственно-питьевой резервуар, совмещенный с насосной станцией местного назначения; 6 - промежуточный хозяйственно-питьевой резервуар, совмещенный с гидрогенерирующей установкой (мини ГЭС) и насосной станцией местного назначения; 7 - хозяйственно-питьевой резервуар у конечного потребителя, совмещенный с насосной станцией местного назначения.

Электроэнергия, полученная с применением гидрогенерирующей установки (мини ГЭС или комплекса таких ГЭС) на участке "самотечно-напорного водовода", возвращается на участок "напорного водовода" для обеспечения работы насосного оборудования подъема и перемещения воды в магистральном водоводе. При такой комбинированной схеме устройства магистрального водовода имеется возможность существенно снизить энергопотребление всего магистрального комплекса в целом.

В состав магистрального водовода обязательно войдет блок водоподготовки и обеззараживания подземных вод, варианты размещения этой составляющей водоводов можно будет определить при сравнении технико-экономических вариантов при конструировании моделей водоводов, а так же при определении количества промежуточных резервуаров запаса воды для отбора на нужды населенных пунктов, расположенных вдоль трассы водовода.

Рассмотренные выше технические и технологические решения по устройству отдельных элементов системы или системы в целом, могут быть использованы при ремонте и реконструкции существующих сетей водоснабжения и водоотведения объектов военной инфраструктуры, позволяя существенно снижать капитальные и эксплуатационные затраты и сокращать сроки проведения строительно-монтажных работ.

Список литературы:

1. СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, - 1985. -128с.

2. Кузьмин Ю.М., Кошелев Г.Н. Водоснабжение. Часть 1. Водоснабжение объектов общевойскового строительства. ЛВВИСКУ, 1981. - 240с.

3. Канализация населенных мест и промышленных предприятий/ Под общ. ред. В.Н. Самохина. - 2-е изд. - М.: Стройиздат. 1981 г. - 639 с. - (Справочник проектировщика).

4. Шипилов А.А., Скуднева И.А. Проектирование резервуаров запаса воды для сейсмических районов. // Технологии очистки воды «ТЕХН0В0Д-2016»: материалы IX Межд. науч.-практ. конф.; г. Ростов-на-Дону, 5 - 7 октября 2016 г. / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т. (НПИ) имени М.И. Платова - Новочеркасск: «Лик», 2016., с. 119-123.

31

5. Шипилов А.А., Скуднева И.А. Повышение эффективности использования земельного участка при проектировании и монтаже сооружений пожаротушения, запаса и подачи воды. // Журнал «Военный инженер» №4(6), 2017, с. 3-11.

6. Продоус О.А., Шипилов А.А., Бляшко Я.И., Джанбеков Б.А., Чернышов Л.Н., Дронов А.А., Мурлин А.А., Иващенко В.В. Гидроэнергетический комплекс на базе «Тебердинского магистрального группового водопровода». // Журнал «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение» №5, 2018., с. 54-60.

7. Продоус О.А., Джанбеков Б.А. Магистральный самотечно-напорный водовод с большим перепадом высот. // Журнал «Инженерные системы АВОК Северо-Запад», № 1, 2018. - С 32-34.

8. Продоус О.А., Джанбеков Б.А., Шипилов А. А. Социально-экономическая и экологическая эффективность возведения объекта «Тебердинский магистральный групповой водопровод» большой протяженности в условиях повышенной сейсмичности. // Журнал «Военный инженер» №1(7), 2018, с. 18-24.

9. Шипилов А.А., Потапенко В.В., Шешина Н.И., Лыткин А.С., Ивахнюк Г.К. Обустройство резервуаров запаса воды для сейсмически опасных районов. // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) №39(65)/2017. -СПб., с. 96 -99.

Материально-техническое снабжение

УДК. 355.41:355.7:644.6:628.1.2.3.4

Р.Е. Булат, С.В. Саркисов, В.А. Вакуненков R. E. Bulat, S. V. Sarkisov, V. A. Vakunenkov

Повышение эффективности функционирования жилищно-коммунального хозяйства

Министерства обороны Российской Федерации Improvements in the effective functioning of the Russian Federation Ministry of Defence

housing and public utilities

Аннотация:

Различные климатические зоны, сложные гидрогеологические условия на территории

Российской Федерации, удалённость, а также труднодоступность диктуют особые режимы

функционирования объектов капитального строительства, находящихся на балансе Вооруженных

сил Российской Федерации. В таких условиях надёжная работа инженерных систем коммунального

хозяйства является жизненно необходимой. Предлагаются научно обоснованные решения,

32