Тема 1 Показатели качества воды

1. Общая жёсткость, солесодержания, водородный показатель, удельная электропроводность

Применяемая в судовых паровых котлах вода подразделяется:

- на котловую –находится внутри котла при его работе или бездействии;

- питательную – подается в котел (состоит из конденсата и добавочной воды);

- конденсат (вода) – получается в результате конденсации пара;

- добавочную – используется для восполнения утечек пара, конденсата и котловой воды (добавочной водой служит принимаемая пресная вода и дистиллят, вырабатываемый в судовых опреснителях);

- продувочную – удаляется из котла при его верхнем и нижнем продувании;

- береговую (пресная вода) — принимается с берега в танки судна;

- дистиллят – продукт однократного испарения забортной или береговой воды в судовых опреснителях с последующей конденсацией образовавшегося пара

- умягченную – получается в результате химической обработки воды для удаления накипеобразующих солей;

- забортную (морская или речная вода) – применяется для питания опреснительных установок и охлаждения конденсаторов и теплообменных аппаратов.

Основные показатели качества воды следующие:

Общее солесодержание–характеризует содержание в воде всех растворенных веществ, измеряется в миллиграммах на литр (мг/л).

Жесткость — содержание в воде растворенных солей кальция и магния, выраженное в миллиграмм-эквивалентах на литр воды (мг-экв/л).

Соли жесткости являются веществами, непосредственно образующими накипь. Установлены следующие виды жесткости воды:

• карбонатная (временная) жесткость – соответствует содержанию в воде бикарбонатов кальция и магния Са(НСО_з)₂ и Mg(HCO₃)₂;

• некарбонатная (постоянная) жесткость — соответствует содержанию в воде солей кальция и магния, не связанных с угольной кислотой, т. е. CaSO₄, MgSO₄, СаС1₂, MgCl₂;

• общая жесткость — определяется суммарной концентрацией в воде всех ионов Са²⁺ и Mg²⁺ временной и постоянной жесткости.

Сумма карбонатной и некарбонатной жёсткости равна общей жёсткости воды. Разность общей и карбонатной жёсткости даёт остаточную жёсткость.

Удельная электропроводность. Под удельной электропроводностью подразумевают проводимость столба воды длиной L в 1 см при поперечном сечении в 1 см².

Концентрация водородных ионов (показатель рН) — характеризует кислотность или щелочность котловой воды. При рН = 7 вода имеет нейтральные свойства, при рН > 7 – щелочную среду и при рН < 7 – кислую (минимальная коррозия наблюдается при рН = 9,6). Необходимое значение рН в воде достигается введением щелочи натрия, тринатрийфосфата и др.

2. Докотловая обработка воды

Докотловая обработка питательной воды предусматривает очистку ее от масла и механических примесей; удаление кислорода (деаэрация), солей (умягчение, термическое обессоливание) и накипи (магнитная обработка).

Очистка конденсата от масла и механических примесей особенно важна на судах, имеющих паровые поршневые насосы и другие паровые машины, на танкерах, рыбообрабатывающих плавбазах и транспортных рефрижераторах, использующих пар для подогрева нефтяных грузов с прямым возвратом конденсата этого пара в котел, а также на всех добывающих и рыбообрабатывающих судах, имеющих рыбомучные и жиротопные установки.

Масло, находящееся в виде капель и пленок, удаляется из воды путем фильтрации ее через механические фильтры, установленные в теплом ящике и на напорной питательной магистрали. Эмульгированное масло, составляющее около 10 ... 20 % общего маслосодержания конденсата, почти не задерживается механическими фильтрами и может быть удалено из конденсата путем фильтрации его через сорбционные фильтры (например, фильтры с активированным углем, диатомитовые фильтры и др.). Правильная эксплуатация механических фильтров позволяет снизить содержание масла в питательной воде до установленного нормой уровня. Одновременно производится очистка конденсата от механических примесей.

Рисунок 1.2.1 – Конструктивная схема теплого ящика

1 –кокс; 2 – матерчатый фильтр; 3 – поролон; 4 – стружка древесная; 5 – манила

Существуют различные конструкции теплых ящиков. Одна из наиболее совершенных и простых с классической схемой расположения фильтрующих материалов (волокнистые, зернистые, тканевые). В первом по ходу конденсата отсеке на решетку укладывается манила, сизаль или люфа слоем 2 ... 3 см. Далее загружается древесная стружка или куски поролона в сетках размерами 15х20х20 мм и устанавливается железная решетка. На решетку кладется лист поролона толщиной 15 мм, который собирает всплывшее масло.

Во второй отсек входят три ящика с решетчатыми днищами, установленные один на другой. В каждый ящик загружаются куски кокса размерами 15x15 мм. Сверху кокса укладываются куски поролона размерами 15х20х20 мм слоем 2 ... 3 см. Ящик без усилия (чтобы не сжать поролон) закрывается решеткой. Для сбора плавающего масла на поверхности воды по размерам отсека укладывается лист поролона толщиной 25 мм.

Третий отсек содержит матерчатые фильтры и ящик с коксом размерами 15х15 мм. Сверху кокса укладываются куски поролона размерами 15х20х20 мм слоем 8 ... 10 см. Коксовый ящик закрывается решеткой (не сжимая поролон).

Матерчатые фильтры состоят из двенадцати стаканов, на которые одеваются мешки из махровой ткани, так называемые чулки. Каждый чулок сшивается с одной стороны и одевается на стакан вверх дном. Внизу стакана ткань для уплотнения закрепляется проволокой или веревкой. Собранные таким образом стаканы аккуратно вставляются конической частью в гнезда теплого ящика. На поверхность конденсата укладываются листы поролона для сбора плавающего масла. Обслуживание теплого ящика заключается в периодической смене фильтрующих материалов.

Периодичность смены фильтрующих материалов зависит от режима работы питательной системы и содержания масла в конденсате. При круглосуточной работе питательной системы на номинальном режиме и содержании масла в конденсате (до теплого ящика) около 15мг/л плавающие листы поролона в первом и втором отсеках рекомендуется через 24 ч переворачивать и через 48 ч заменять. В третьем отсеке указанные операции проводятся соответственно через 2 и 4 суток.

Стружку и манилу в первом отсеке следует менять через 24 ч, а если вместо стружки был заложен поролон в сетках, то смену его производить через 3 суток. Поролон в ящиках второго отсека рекомендуется менять следующим образом: через 48 ч работы снять верхний ящик, сменить поролон, поставить ящик на место. Через следующие 48 ч снять два верхних ящика, поставить верхний на место второго, во втором сменить поролон и поставить на место первого. Через следующие 48 ч снять все три ящика, поставить верхний ящик вниз, затем второй ящик и, сменив поролон, поставить сверху третий ящик. В дальнейшем цикл смены фильтроматериалов повторяется. В третьем отсеке поролон в коксовом ящике необходимо менять по одному через каждые 24 ч работы. При смене фильтрующего тканевого элемента до постановки нового необходимо закрывать отверстие посадочного гнезда заранее приготовленной заглушкой. В за­висимости от степени загрязнения фильтров, но не реже чем через каждые 20 суток производить смену кокса во всех отсеках с полной промывкой всех деталей фильтров и теплого ящика.

Удаление кислорода из питательной воды предусматривается для котельных установок с рабочим давлением пара более 2 МПа. Содержание кислорода в питательной воде открытых систем питания составляет 4,5 ... 10,0 мг/л. Растворимость кислорода зависит от температуры воды. С повышением температуры воды растворимость кислорода падает. В кипящей воде растворимость кислорода равна нулю. Поэтому для максимально возможного удаления кислорода из питательной воды в открытых системах питания необходимо поддерживать температуру воды в теплом ящике не ниже 55 ... 65°С, что обеспечит содержание кислорода в питательной воде не более 5,0мг/л. Следует отметить, что подогрев питательной воды в водоподогревателях, устанавливаемых на напорных участках питательных систем, не приводит к снижению содержания кислорода, так как не обеспечивается его отвод из воды.

На многих типах судовых котлов (КВВА-2,5/5; VX; КВС-30/П-А; КВА-1,0/5 и др.) с рабочим давлением пара до 2 МПа наблюдается сравнительно интенсивная кислородная коррозия. Поэтому на судах с указанными типами котлов необходимо внимательно следить за температурой воды в теплых ящиках, особенно в период работы котлов на пониженных нагрузках. Нельзя допускать переохлаждения конденсата в водоохладителях, а в ряде случаев целесообразно оборудовать теплые ящики змеевиками-подогревателями, работающими на отработавшем паре.

Для водотрубных котлов с давлением пара выше 2МПа используются только закрытые системы питания с термическими деаэраторами, принцип действия которых основан на «нулевой» растворимости кислорода в кипящей воде. Применяются вакуумные и безвакуумные деаэраторы, которые одновременно являются подогревателями питательной воды. Схема простейшего безвакуумного одноступенчатого деаэратора представлена на рисунке 1.2.2.

Рисунок 1.2.2 – Схема безвакуумного одноступенчатого деаэратора

1 – регулятор уровня воды; 2 – разбрызгивающая головка; 3 – охладитель выпара; 4 – регулятор греющего пара; 5 – трубопровод подвода пара; 6 – барботажное устройство; 7 – бак-аккумулятор; 8 – трубопровод подачи воды к питательному насосу; 9 – трубопровод подачи воды на деаэратор

Уровень воды в деаэраторе поддерживается регулятором 1. Вода поступает по трубопроводу 9 к разбрызгивающей головке 2 через охладитель выпара3, где она немного подогревается. В разбрызгивающую головку по трубопроводу 5 через регулятор 4 подается также греющий пар. Для обеспечения быстрого нагрева поступающей питательной воды необходимо, чтобы поверхность соприкосновения паровой и жидкой фаз была максимальной. В головке 2 это обеспечивается с помощью разбрызгивающих устройств в виде форсунок либо перфорированных тарелок, что увеличивает поверхность контакта воды и пара. Пар, двигаясь навстречу струям воды, нагревает, воду до температуры кипения, что способствует интенсивному выделению из нее газов. В процессе нагрева воды значительная часть греющего пара конденсируется. Смесь выделившихся газов и части несконденсировавшегося пара, называется выпаром, идет в охладитель выпара 3, где пар конденсируется и стекает в бак-аккумулятор 7, а газы отводятся в атмосферу.

Время пребывания воды в разбрызгивающей головке деаэратора мало, поэтому стекающая из нее в бак-аккумулятор деаэрированная вода может содержать некоторое количество растворенного газа. Для его удаления через воду в баке с помощью барботажного устройства дополнительно пропускают пар, что способствует более полной деаэрации.