Лекція 17

Тема: Типові схеми і конструкція елементів вакуумних водоопріснюючих установок: «Атлас», «Нирекс».

Мета: Ознайомитися із типовими схемами і конструкціями елементів вакуумних водоопріснюючих установок.

План лекції

1. Суднові опріснювальні установки і процеси в них

2. Конструктивні схеми водоопріснюючих установок: «Атлас», «Нирекс».

3. Водоопріснююча установка типу "Д"

Суднові опріснювальні установки і процеси в них

Загальні відомості. На суднах воду підрозділяють на забортну і прісну. Забортною називають високомінералізовану морську (океанську) воду. Прісною називають воду самого різного призначення і якості, що містить невелику кількість домішок. Прісна вода в залежності від призначення і якості підрозділяється на живлючу, підживлюючу (додаткову), котельну, акумуляторну, питну та для миття.

Суднові опріснювальні установки (СОУ) призначені для отримання прісної води (дистиляту) з забортної (морської) води (ОСТ 5.5165-84). Одержуваний дистилят використовується для потреб СЕУ і як вихідного продукту для приготування води для миття та питної води.

У першому випадку опріснена вода використовується для підживлення контурів СЕУ, живлення парових котлів, доливання акумуляторних батарей, охолодження окремих механізмів, у другому випадку - для умивання і миття особового складу, миття посуду і продуктів харчування, а після спеціальної обробки - для пиття і приготування їжі.

До основних показників якості води належать:

-Загальний солевміст дистиляту по NaCl - сумарна концентрація всіх катіонів та аніонів хлористих солей. Для суднових парових котлів солевміст живильної води визначається головним чином їх робочим тиском. Для котлів високого тиску солевміст повинен бути не більше 1 мг / л; для котлів середнього та низького тиску - не більше 10 мг / л; загальний вміст іонів хлору в дистиляті допускається в залежності від вимог до чистоти в межах від 0,2 до 2, 0 мг / л;

-Жорсткість - сумарний вміст у воді солей Са і Mg. Загальна жорсткість питної води не повинна бути вище 7-10 мг-екв / л. Жорсткість води 1 мг-екв / л відповідає 2,8 Ж, а 1 Ж - вміст у воді 10 мг / л СаО або 7,19 MgO;

-Сухий залишок - сумарна кількість нелетучих речовин, присутніх у воді в колоїдному і молекулярно-дисперсному станах. Сухий залишок у підживлювальній воді допускається не більше 1,5 мг / л;

-Водневий показник рН - характеризує кількість водневих іонів, утворених при дисоціації води. При рН <7 вода вважається кислою, а при рН> 7 - лужною;

-Концентрація розчинених газів - кількість розчинених у воді газів (О₂; Н₂; СО₂). Кіслородосодержаніе води у відкритих конденсатно-поживних системах допускається до 6-8 мг / л; в закритих системах - в межах 0,01-0,05 мг / л. Вміст металів у питній воді не повинен перевищувати 0,1 мг / л - для свинцю, 1,0 мг / л - для міді, 5,0 мг / л - для цинку, 0,3 мг / л - для заліза, 0, 7-1,5 мг / л - для фтору і 0,5 мг / л - для молібдену.

Жорсткі вимоги пред'являються до прісної води по утримуваня в ній радіоактивних речовин. Граничний рівень радіоактивності технічної води становить 10 "4 Кі / л.

СОУ поділяються на типи: Д - утилізаційні, що використовують теплоту охолоджуючої води дизелів, але можуть працювати і на парі, П - парові батарейні і М - миттєвого скипання.

СОУ складаються з випарника і конденсатора, ТА (підігрівача питної води, конденсатора ежекторів, охолоджувача дистиляту), насосів, ежекторів, трубопроводів та арматури і т. д.

До термічних методів опріснення відносять дистиляцію. Дистиляція, або випарювання, - це процес підігріву забортної води до кипіння, що супроводжується утворенням чистого водяного пара і збільшенням концентрації солей та інших домішок в обсязі випарного апарату. Киплячу в випарнику воду називають розсолом, пар, що утвориться в корпусі випарника, - вторинним паром; конденсат вторинного пара - дистилятом; випарний апарат - випарником, а сукупність випарника, конденсатора, насосів, апаратів, трубопроводів і арматури називають опріснювальною установкою.

-За способом випарювання морської води - СОУ з зануреними гріючими батареями і кипінням морської води в умовах природної конвекції, миттєвого закипання і з стікаємою плівкою морської води. СОУ з зануреними гріючими батареями, які отримали поширення на флоті, служать для глибоковакуумного режиму випарювання морської води з використанням як теплоносія води, що охолоджує суднові ДВС;

-В залежності від числа ступенів вторинного пара - одноступінчасті і багатоступінчасті СОУ. Одноступінчасті складаються з одного, двох або більше паралельно включених випарників. В них підтримується один і той же тиск вторинної пари. Двоступінчасті і багатоступінчасті СОУ складаються з двох і більше випарників та конденсаторів, включених послідовно. В випарних секціях таких СОУ тиск насичення вторинної пари і температура розсолу першого ступеня вище (нижче) аналогічних параметрів другого ступеня і т. д. Перебіг дистиляту і розсолу з одної секції в іншу здійснюється за рахунок перепаду тисків у останніх;

-в залежності від гріючого середовища - парові, утилізаційні (з можливістю парового обігріву), універсальні і електричні СОУ;

- в залежності від величини тиску в корпусі випарника - вакуумні та надлишкового тиску СОУ. У перших випаровування води відбувається при тиску нижче атмосферного, в-других - перевищує атмосферний;

- по зв'язку з циклом Е У автономні СОУ, робота яких не залежить від роботи головного двигуна або турбіни, і неавтономні СОУ - випарники, вторинний пар яких використовується в циклі головної паросилової установки для підігріву ГК, що сприяє різкому зниженню витрати палива на вироблення дистиляту ;

-За способом регенерації тепла в випарнику-компресорні установки, в яких вторинний пар, стиснений компресором, використовується в якості гріючого в тому ж випарнику, і ступінчастої установки, в яких вторинний пар першого ступеня використується як гріючий пар у другій, вторинний пар другого ступеня - в третій і т. д.

СОУ серії Д-вакуумні з водяним гріючим контуром. Принцип дії установки (рис. 1) заснований на частковому випаровуванні морської води. В якості теплоносія, що забезпечує процес випаровування, використовується прісна вода, подавєма з системи охолодження дизеля при температурі 60 - 80°С або нагрівається пором в пароводяному інжекторі 2. Гріюча вода циркулює в міжтрубному просторі корпусу батареї і віддає своє тепло морській воді , що надходить у трубки батареї.

Морська вода проходить через конденсатор 3 і в якості робочої води прямує до повітряно-розсільного ежектору 7, а потім через незворотно-запорний клапан 9 відводиться за борт. Частина води, що дорівнює приблизно чотирикратної продуктивності установки, відбирається за конденсатором і подається для живлення випарника 1. На трубопроводі живлення встановлені витратомір 4, підпружинений клапан 5 і дросельна шайба 6. Підпружинений клапан призначений для перекриття подачі води у випарник у разі зниження тиску

Конструктивні схеми водоопріснюючих установок

Сучасні опріснювальні установки, що працюють за методу дистиляції (випаровування та конденсації) поділяються в залежності від принципу роботи випарника на дві групи;

- з випарниками киплячого (поверхневого) типу;

- з випарниками не киплячого (безповерхневого) типу - розширюванні, що працюють адіабатно (в яких випаровування здійснюється в окремій камері, де вода частково випаровується при її розпилюванні).

Опріснювальні установки з випарниками киплячого типу працюють при постійному тиску, у яких поверхня нагріву розміщена в самій нагріваємій воді (тому випаровування в них супроводжується кипінням випаровуваної води в усьому її об’ємі). У них із загальної кількості морської води за рахунок підведення теплоти охолоджуючої води ГД випаровується приблизно 20 -50%. Частина у вигляді розсолу видаляється за борт з допомогою розсільного насоса або ежектора. Пара, що утворилася в конденсаті перетворюється в дистилят і відкачується насосом в ємність.

До такого типу відносяться опріснювачі типу «Д», а також іноземні фірми "Атлас", "Вейр", "Баклі", "Тейлор", "Нірекс", "Кларк" та ін

Таким чином з всього різноманіття конструкцій сучасних суднових опріснювачів у всіх опріснювачів є спільні принципи компоновки і комплектації допоміжним обладнанням. Тому нижче розглянемо найбільш типові і розповсюджені типи опріснювачів.

Водоопріснююча установка типу "Д"

Конструктивна схема опріснювача представлена на рис. 1, а загальний вигляд на рис. 2. Особливості опріснювача полягає в наступному. Теплообмінну частина гріючої батареї являють вертикально розташовані мельхіорові трубки 1 развальцьовані в латунних трубних дошках, усередині яких відбувається процес кипіння морської води. У верхній розширеній частині знаходиться горизонтальний жалюзійний сепаратор 2 і двоходовий прямотрубний конденсатор 3. Відносно велика висота парового простору в поєднанні з жалюзійним сепаратором дозволяє отримати дистилят з солевмістом не більше 8 мг / л.

У центрі нагрівальної батареї залишена циліндрична шахта для циркуляції розсолу. У ній встановлена центральна труба, по якій розсіл зливається до ежектору. Рівень розсолу встановлюється на висоті верхнього зрізу зливної труби 4.

Принципова схема утилізації вакуумної ВЗУ типу "Д" представлена на рис. 3. Забортна вода відцентровим насосом 11 прокачується через трубки конденсатора б, де нагрівається за рахунок теплоти конденсації пари. Частина виходить з конденсатора води направляється в якості робочого середовища в розсіл-повітряний ежектор 9. Інша частина, рівна приблизно чотирикратної виробності ВЗУ, надходить на живлення випарника 12.

Гріюча вода від головного двигуна надходить в міжтрубний простір випарника по трубопроводу 3 і, пройшовши між поперечними сегментними перегородками, нагріває стінки трубок випарника, де відбувається кипіння і випаровування забортної води. Вторинний пар проходить через жалюзійний сепаратор 7 надходить в конденсатор 6, де конденсується, і дистилят самопливом стікає в збірник 13. Збірник дистиляту обладнаний регулятором рівня для пуску і зупинки дистилятного насоса 14, вирівнюючої трубою 19. Дистилятний насос забирає дистилят зі збірки і направляє його до електромагнітного клапану 16, який розподіляє відвід дистиляту. При нормальній солоності води вона направляється в цистерну прісної води, при підвищеній - знову у випарник через дросельну шайбу 20. При падінні тиску на нагнітальному боці дистиллятного насоса спрацьовує реле тиску 15 яке відключає насос, тобто припиняється відкачування дистиляту.

Невипарувалася морська вода (розсіл) по відвідної труби, спрямовується до ежектору 9, сюди ж з конденсатора по трубопроводу надходить пароповітряна суміш, яка разом з розсолом відводиться за борт.

При зниженні тиску робочої води перед ежектором 9 до 0,1 МПа, незворотно-запорний клапан 17 автоматично перекриває подачу живильної води у випарник, тим самим оберігаючи випарник від затоплення.

На системі живильної води випарника встановлена діафрагма 18, яка призначена для обмеження подачі води в випарник.

Замір солевмісту здійснюється соленоміром 2, до якого дистилят надходить через встановлену на відвіднму трубопроводі дросельну діафрагму.

Продуктивність установки і витрата живильної води контролюють ротаметром 1.

Короткочасна робота випарника забезпечується за рахунок підведення гріючого пара від котла і відведення конденсату по трубопроводам 5 і 4.

Контроль режиму роботи ВЗУ здійснюється за допомогою термометрів: вимірюється температура гріючої води на вході в випарник і на виході з нього, а також температура води на виході з конденсатора. Контроль вакууму в ВЗУ здійснюється за вакууметром.

Даний тип ВЗУ працює з коефіцієнтом продування, равний трьом.

Рис. 3. Принципова схема утилізації вакуумної водоопреснітельной установки типу Д

I - ротаметр (датчик витрати); 2 - Солемір; 3 - трубопроводи підвода і відведення гріючої води до випарника, 4 - трубопровід для відведення конденсату; 5 - трубопровід підведення гріючої пари; 6 - двоходовий конденсатор; 7-жалюзійний сепаратор; 8 -міднийотбійник; 9 - повітряно-ропні ежектор; 10 - трубопровід відведення розсолу; 11-насос забортної води; 12 - мельхіорові трубки випарника; 13 - збірник дистиляту; 14 - насос відкачування дистиляту; 15 - реле давшилення; 16 - електромагнітний клапан ; 17 – незворотно-запірний клапан; 18 - діафрагма; 19 - вирівнююча труба збірника дистилята; 20 - дросельна шайба

Підвищена солоність готуємого дистиляту :

1) Надмірно підвищена продуктивність установки;

2) надмірно велика витрата гріючої води;

3) знижена температура кипіння розсолу через надмірно глибокого розрідження в конденсаторі;

4) підвищений рівень розсолу в випарнику;

5) підвищена солоність розсолу;

6) спінення або скипання розсолу;

7) підсос забортної води через нещільності в конденсаторі.

Одна з головних причин підвищення солоності дистилята є підвищення продуктивності випарника, яке відбувається при інтенсивному кипінні розсолу і винесенні крапельок розсолу з утворившоюся парою. Крім того, при порушенні режиму продування збільшується солоність розсолу і як наслідок підвищена солоність дистиляту. Підвищений рівень розсолу в випарнику, який можливий через несправність регулятора рівня, протікання забортної води в конденсатор і при роботі випарника в умовах качки.