Projekt.docx

1.   Wstęp

1.1 Przedmiot opracowania

Przedmiotem opracowania jest projekt koncepcyjny gospodarki wodnej w hucie cynku i tlenku cynku.

1.2 Podstawa opracowania

Podstawą opracowania jest temat ćwiczenia projektowego z „Gospodarki wodnej w przemyśle” nr 4/4/4. Temat został wydany przez prowadzącego zajęcia dnia 23.02.2010 r.

1.3 Zakres opracowania

¾    Obliczenie zapotrzebowania na wodę do celów przemysłowych oraz ilości ścieków poprodukcyjnych.

¾    Opis technologii produkcji w zakładzie wykonany pod kątem zapotrzebowania na wodę do celów technologicznych.

¾    Wybór modelu gospodarki wodno – ściekowej.

¾    Trasowanie sieci przewodów doprowadzających wodę i odprowadzających ścieki poprodukcyjne.

¾    Schemat Sankey’a bilansu wodno – ściekowego dla średniego godzinowego (Qśrh) zapotrzebowania na wodę.

¾    Schemat jednokreskowy bilansu wodno – ściekowego dla maksymalnego godzinowego (Qmaxh) zapotrzebowania na wodę.

¾    Obliczenie odległości między przewiązkami na przewodach doprowadzających wodę z pompowni pierwszego stopnia do zakładu wraz z doborem pomp w tej pompowni.

¾    Dobór i obliczenia urządzenia do chłodzenia wody obiegowej.

¾    Opis techniczny.

1.4 Wykorzystane materiały

[1] Temat ćwiczenia projektowego nr 4/4/4

[2] Nomogram do obliczania starych przewodów żeliwnych i stalowych zardzewiałych lub lekko inkrustowanych, a także oczyszczonych po wieloletniej eksploatacji, dla k = 1,5 mm

[3] Mielcarzewicz E., Obliczanie systemów zaopatrzenia w wodę, Arkady 2000

[4] Mielcarzewicz E., Gospodarka wodno – ściekowa w zakładach przemysłowych, PWN 1986

[5] Wykres zbiorczy pól pracy pomp typu A

2. Charakterystyka zakładu i opis technologii produkcji

W hucie produkowany jest cynk oraz tlenki cynku. Ruda galmanowa oraz zwały pogórnicze i pohutnicze przerabiane są w piecach przewałowych, szybowych i obrotowych. W rudach galmanowych obok cynku występuje także ołów. We wczesnych etapach produkcji jest on oddzielany od cynku i poddany procesowi rafinacji. Do pieców podawane jest sprężone powietrze ogrzane w nagrzewnicach.

Część obiektów znajdujących się w hucie wymaga przeznaczenia pewnej ilości wody na chłodzenie.  Chłodzić należy piece (przewałowe, szybowe, obrotowe), nagrzewnice, sprężarki znajdujące się w kompresorowni. Ponadto woda chłodząca niezbędna jest do prawidłowego przeprowadzania procesów rafinacji ołowiu. Procesy te wymagają dokładności w sterowaniu temperaturą. Ostatnim obiektem do którego należy doprowadzić wodę chłodzącą jest stacja redukcyjna gazu zasilającego hutę.

3. Obliczenia zapotrzebowania na wodę do celów przemysłowych i ilości ścieków poprodukcyjnych

Bilans wody i ścieków poprodukcyjnych został sporządzony na podstawie danych zawartych w temacie ćwiczenia projektowego [1].

Tabela 1

4. Wybór modelu gospodarki wodno - ściekowej

4.1 Wybór na podstawie kryterium Koniuszkowa

Aby narysować wykres Koniuszkowa, na podstawie którego można dokonać wyboru gospodarki wodno – ściekowej, obliczono:

Ø      Różnicę między rzędną terenu w miejscu doprowadzenia wody do zakładu (Rz, m n.p.m.) a rzędną średniej wody w przekroju rzeki w ujęciu (RSW, m n.p.m.)

Hg=Rz-RSW,  m

Rzędną Rz odczytano z mapki, będącej częścią tematu ćwiczenia projektowego [1]:

Rz=107,80 m n.p.m.

Rzędną RSW obliczono, przenosząc do przekroju rzeki znajdującego się na wysokości ujęcia, odpowiednie wartości ze znanego przekroju I – I [1]:

¾    Rzędna dna rzeki w ujęciu (Rd,u, m n.p.m.):

Rd,u=Rt,u-Rt,  I-I-Rd,I-I,  m n.p.m.

Rt,u - rzędna terenu w ujęciu, m n.p.m.;

Rt,  I-I - rzędna terenu w przekroju I – I, m n.p.m.;

Rd,I-I - rzędna dna rzeki w przekroju I – I, m n.p.m.

Rd,u=103,40-99,00-96,65=101,05 m n.p.m.

¾    Rzędna zera wodowskazu w ujęciu (R0,u, m n.p.m.):

R0,u=Rd,u-Rd,I-I-R0, I-I,  m n.p.m.

R0, I-I - rzędna zera wodowskazu w przekroju I – I, m n.p.m.

R0,u=101,05-96,65-96,50=100,90 m n.p.m.

¾    Rzędna średniej wody (RSW, m n.p.m.):

RSW=R0,u+HSW,   m n.p.m.

HSW - stan średniej wody, m

RSW=100,90+1,25=102,15 m n.p.m.

Hg=107,80-102,15=5,65 m

Ø      Wysokość strat ciśnienia w przewodach (∆hstr, m)

W celu obliczenia strat dobrano przewody doprowadzające wodę z ujęcia do huty (przy założeniu, że przewody mają transportować wodę w ilości maksymalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę zakładu). Aby zwiększyć niezawodność działania systemu, założono, że woda będzie transportowana przez dwie rury. Pojedynczy przewód dobrano na przepływ (Q, dm3s) równy połowie maksymalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę zakładu, prędkość mieszczącą się w zakresie od 1,5 do 2,0 m/s oraz spadek hydrauliczny wynoszący około 10 ‰.

Q=Qmax,h2=448,02=224,0 m3h=62,2 dm3s=0,0622 m3s

Z nomogramu [2] dobrano rurę o średnicy 250 mm. Odczytano prędkość V = 1,22 m/s oraz spadek hydrauliczny i = 10 ‰.

∆hstr=C∙l∙Q2,  m

C - współczynnik oporności właściwej, dla k = 1,5 mm oraz d = 0,250 m wynosi 2,7643 s2m6 [3]

l - długość rurociągu, m

∆hstr=2,7643∙5250∙0,06222=56,15 m

Ø      Wysokość strat ciśnienia w pompowni (∆hp, m)

Przyjęto ∆hp=1,5 m

Na wykres Koniuszkowa naniesiono wartość Hg+∆Hstr=63,30; gdzie ∆Hstr=∆hstr+∆hp.

Odległość huty od ujęcia wynosi 5,25 km [1].

Wykres Koniuszkowa

Z wykresu Koniuszkowa wynika, że dla rozpatrywanej huty najlepszy będzie obiegowy model gospodarki wodno – ściekowej. Wynika to ze znacznej odległości zakładu od ujęcia oraz wysokich strat ciśnienia w przewodach.

4.2 Wybór na podstawie opisu technologii produkcji oraz bilansu wody i ścieków

Wszyscy odbiorcy wody do celów przemysłowych potrzebują wody czystej i zimnej. Jednocześnie odpływ czystej wody zużytej jest znaczny i wynosi 246,3 m3h, to jest 67 % odpływu wód zużytych. Wodę tą można zawrócić i wykorzystać ponownie bez konieczności oczyszczania. Zużytą wodę brudną można oczyścić i skierować z powrotem do obiegu. W związku z tym korzystniejszy jest system zamknięty.

4.3 Uzasadnienie i opis rozwiązania przyjętego systemu

Przyjęto zamknięty model gospodarki wodno – ściekowej. Zastosowanie systemu obiegowego pozwoli znacznie zmniejszyć ilość wody pobieranej z ujęcia i zachować przepływ nienaruszalny. Ograniczona zostanie  ilość ścieków zrzucanych do odbiornika. Dzięki temu jakość wody w rzece będzie lepsza w porównaniu z jakością, jaką miałaby woda w przypadku zastosowania systemu przepływowego.

W systemie zamkniętym ilość wody doprowadzanej z ujęcia do zakładu jest równa zapotrzebowaniu na wodę dodatkową. W związku z tym, w porównaniu z systemem otwartym, mniejsze będą średnice rurociągów, rozmiary ujęcia wody i pomp. Zmniejszenie rozmiarów urządzeń przełoży się na zmniejszenie kosztów.

W projektowanym systemie woda będzie pobierana z rzeki za poprzez ujęcie wody powierzchniowej. Następnie za pomocą pomp będzie tłoczona dwoma przewodami do urządzenia chłodniczego, znajdującego się już na terenie zakładu. Stąd woda będzie transportowana do dwóch grup odbiorców:

Ø      odbiorcy wymagający ciśnienia wody większego lub równego 35 m n.p.t. (piece szybowe i przewałowe oraz stacja nagrzewnic);

Ø      odbiorcy wymagający ciśnienia wody mniejszego niż 35 m n.p.t. (piece obrotowe, rafineria ołowiu, kompresorownia, stacja redukcyjna gazu).

Woda zużyta przez odbiorców będzie gorąca i brudna (w przypadku stacji nagrzewnic, rafinerii ołowiu, kompresorowni, stacji redukcyjnej gazu) lub gorąca i czysta (w przypadku pieców szybowych i przewałowych oraz pieców obrotowych). Woda gorąca i czysta kierowana będzie bezpośrednio do urządzenia chłodniczego, natomiast woda gorąca i brudna najpierw trafi do osadnika.

W obiegu powstają straty wody, pokrywane przez wodę dodatkową.

5. Dobór średnic przewodów zasilających na terenie zakładu

Przewody zasilające w wodę poszczególne obiekty w zakładzie dobrano na maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę tych obiektów oraz prędkość wynoszącą w przybliżeniu 1 m/s.

Parametry przewodów zestawiono w tabeli: