ТИПЫ ВОДООПРЕСНИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА СУДНЕ

Глава 6 ВОДООПРЕСНИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

6.1. ТИПЫ ВОДООПРЕСНИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА СУДНЕ

Типы водоопреснительных установок (ВОУ) зависят от методов получения пресной воды из морской (опреснения). Существуют следующие методы опреснения: дистилляции, вымораживания, электро-диализа, гиперфильтрации, химический [ 24].

Сущность метода дистилляции заключается в том, что при нагревании морской воды до температуры насыщения вся получаемая тепловая энергия расходуется на интенсивный перевод молекул воды из жидкой фазы в газообразную. Содержащиеся в морской воде соли являются малоподвижными образованиями, поэтому они не могут приобрести необходимой энергии для испарения с поверхностного слоя, не участвуют в процессе преобразования и остаются в растворе морской воды. При конденсации пара получают обессоленный дистиллят, незначительное содержание солей в котором обусловлено уносом мельчайших капелек рассола в процессе образования вторичного пара.

При медленном замораживании морской воды лед оказывается пресным (солесодержание 500 ... 1000 мг/л), расходы энергии на выработку холода сравнительно невелики, что является достоинством этого метода. Вместе с тем применение метода требует сложного оборудования больших габаритов, что для судовых условий неприемлемо.

Опреснение методом электродиализа основано на удалении солей из морской воды под действием электрического поля, при этом камеры, в которых опресняется вода, отделены от рассольных камер полупроницаемыми ионитовыми мембранами. Метод экономичен при опреснении слабосоленых вод (солесодержание до 104 мг/л), остаточное солесодержание в опресненной воде достигает 103 мг/л, что ограничивает его применение на судах, где к опресненной воде предъявляются более жесткие требования.

Метод гиперфильтрации с технической точки зрения прост: при достижении определенного давления (около 10 МПа) специально обработанные пленки пропускают молекулы воды, но не пропускают ионы растворенных солей.

Метод химического опреснения основан на образовании нерастворимых соединений солей, содержащихся в морской воде, с последующим их осаждением. Поскольку солесодержание в морской воде велико (около 3,5 • 104 мг/л), а для осаждения соединений натрия и хлора может использоваться только серебро, то метод широкого распространения не получил.

На судах ФРП, как правило, применяется метод дистилляции. ВОУ, работающие по этому методу, в зависимости от способа испарения подразделяются на установки с испарителями: поверхностного типа, где нагревание и испарение воды происходит от батарей и змеевиков; бесповерхностного типа, в которых нет греющих батарей. Испарители поверхностного типа иногда называют испарителями с погруженными батареями, бесповерхностного типа - адиабатными.

В поверхностных испарителях испарение происходит при постоянном давлении. В зависимости от давления в процессе испарения поверхностные испарители подразделяются на вакуумные и избыточного давления. В адиабатных испарителях испарение происходит при пониженном давлении вследствие адиабатического расширения струи воды, т. е. без подвода и отвода тепла в испарительной камере. В зависимости от числа ступеней давления вторичного пара ВОУ делятся на одно-, двух- и многоступенчатые. ВОУ, использующие тепло вторичного пара, называются регенеративными. Схемы ВОУ с поверхностным и адиабатным испарителями представлены на рис. 6.1. '

ВОУ с адиабатными испарителями имеют следующие преимущества по сравнению с испарителями поверхностного типа: меньшее образование накипи на поверхностях нагрева, так как кипения не происходит; более высокое качество дистиллята благодаря отсутствию пены и крупных пузырей пара, которые меньше загрязняются каплями рассола; упрощенную конструкцию. Производительность адиабатных испарителей ничем не ограничивается, тогда как в испарителях поверхностного типа при большой высоте слоя кипящей воды ухудшается теплопередача, особенно на нижних трубках из-за повышенного гидростатического давления, которое препятствует образованию паровых пузырей. Недостатком адиабат-Сравнительные показатели ВОУ избыточного давления и вакуумных приведены в табл. 6.1.

Рассмотрим принцип работы и характеристики ВОУ серии Д с испарителями поверхностного типа и ВОУ с адиабатными испарителями, которые получили наибольшее распространение на судах ФРП.

ВОУ серии Д — вакуумные с водяным греющим контуром. В качестве' теплоносителя, обеспечивающего процесс испарения, используется отбираемая из системы охлаждения дизелей горячая вода с температурой 60 ... 80 °С либо пресная вода, нагреваемая паром в пароводяном инжекторе. Опреснители серии Д выполняются в агрегатированном виде и включают в себя: испаритель с конденсатором блочной конструкции, воздушно-рассольный эжектор, насосы дистиллята и забортной воды, элементы автоматики и контрольно-измерительные приборы, арматуру и трубопроводы. Основные характеристики ВОУ серии Д приведены в табл. 6.2, а схема ее работы — на рис. 6.2.

Таблица 6.1. Показатели работы водоопреснительных установок избыточного давления и вакуумных Забортная вода прокачивается насосом 18 через конденсатор 10, затем поступает к рассольно-воздушному эжектору 17, при этом часть воды направляется на питание испарителя 8 через невозвратный клапан и ротаметр 19, предназначенный для измерения расхода питательной воды. Греющая вода циркулирует в межтрубном пространстве батареи и отдает свое тепло питательной воде, испаряющейся внутри труб. Рассол и паровоздушная смесь удаляются рассольно-воздушным эжектором 17 за борт. Вторичный пар конденсируется в конденсаторе 10 и поступает в сборник дистиллята 2, из которого с помощью насоса 1 подается через поплавковый регулятор уровня 7 и датчик солемера 4 к электромагнитному клапану 5. Через этот клапан в зависимости от солесодержания производится сброс дистиллята в цистерну пресной воды либо обратно в испаритель. Для измерения выработки дистиллята предназначен отдельный ротаметр 3.

Рис. 6.3. Принципиальная схема работы опреснительной установки 6А-25.

1 — сброс рассола за борт; 2 — эжектор водовоздушный; 3 — чувствительный элемент датчика репе температуры; 4 — чувствительный элемент терморегулятора;

5 — подвод пара от судовой магистрали; 6 — подвод и отвод греющей воды; 7 — терморегулятор; 8 — паровой фильтр; 9 — подогреватель питательной воды; 10 — отвод конденсата; 11 — снятие вакуума; 12 — шестиступенчатый адиабатный опреснитель; 13 — датчик солемера; 14 - сброс засоленного дистиллята; 15 — электромагнитный переключающий клапан; 16 — отвод дистиллята в цистерны запаса; 17 — расходомер; 18 - заполнение от судовой магистрали; 19 — эжектор дистиллят ный; 20 — бачок дистиллятный; 21 — спуск из дистиллятного бачка; 22 — пускатель с электродвигателем; 23 — насос для перекачки дистиллята; 24 — датчик давления; 25 - щит автоматики, управления и сигнализации; 26 — мост солемера; 27 — датчик реле температуры; 28 — подвод забортной воды (90 м3/ч) ; 29 -эжектор рассольный

Установка выводится на режим вручную и затем требуется лишь периодический контроль за ее работой. Автоматическая система контроля и сигнализации обеспечивает:контроль солесодержания дистиллята (комплектом солемера СКМО-1), производительности установки и расхода питательной воды (ротаметрами), вакуума в испарителе и давления забортной воды и дистиллятного насоса, давления пара (в случае, если установка рассчитана на его использование), температуры греющей воды на входе и выходе из нагревательной батареи и забортной воды из конденсатора (биметаллическими термометрами типа ТК-100-100);

автоматический сброс дистиллята в корпус испарителя при увеличении солесодержания выше спедификадионного по команде солемера СКМО-1 через электромагнитный переключающий клапан;

отключение дистиллятного насоса при падении давления в нагнетательном трубопроводе ниже 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) по команде реле давления РД-1К-01;

световую и звуковую сигнализацию в случае падения давления в нагнетательном трубопроводе дистиллятного насоса ниже заданного, увеличения солесодержания выше спедификадионного и температуры греющей воды выше 83 ° С (только при работе установки на паре с подключенным эжектором).

Адиабатная опреснительная установка 6А-25 (рис. 6.3) представляет собой агрегат, выполненный на одной раме и состоящий из шестиступенчатого вертикального опреснителя со встроенным в каждую ступень вертикальным конденсатором и жалюзийным сепаратором пара; подогревателя питательной воды с поверхностью нагрева 9,5 м2; дистиллятного бачка и циркуляционного насоса; четырех эжекторов для удаления воздуха из первой ступени, дистиллята, воздуха и рассола — из шестой ступени; элементов системы автоматического регулирования, сигнализации и аварийной защиты; арматуры и трубопроводов.

Установка работает следующим образом. Забортная вода подается питательным насосом в конденсатор шестой ступени, где за счет конденсации вторичного пара подогревается и переходит в конденсатор пятой ступени, затем четвертой ступени и т. д. В конденсаторе каждой степени забортная вода нагревается примерно на 6 °С. Пройдя последовательно все конденсаторы, забортная вода с температурой около 64 °С поступает в паровой подогреватель, в котором нагревается до 80 °С, затем направляется в камеру испарения первой ступени, где поддерживается давление,

равное давлению насыщения при 72 ... 75 °С, и частично испаряется. Оставшийся рассол по переливной трубе (за счет разности давлений) поступает в конденсатор следующей ступени, а из шестой ступени откачивается рассольным эжектором за борт. Вторичный пар поступает в конденсатор и, конденсируясь, подогревает забортную воду. Дистиллят скапливается в нижней части конденсатора и за счет перепада давлений поступает в нижнюю часть конденсатора второй ступени. Дистиллят отсасывается в бачок эжектором, в котором он служит рабочей жидкостью.

Установка работает без постоянной вахты при периодическом контроле не более 1 раза в сутки, ввод в действие и остановка производятся вручную. Системы автоматики, контроля и сигнализации обеспечивают: местный контроль за следующими параметрами: солесодержанием дистиллята — электрическим солемером; температурой питательной воды на входе в первую ступень — электротермометрическим комплектом; производительностью установки — поплавковым расходомером; вакуумом в первой и шестой ступенях, давлением забортной воды на входе в опреснитель и после подогревателя, давлением дистиллята — вакуумметрами и манометрами; температурой питательной воды на выходе из подогревателя, по ступеням опреснителя, пара при входе в подогреватель и при выходе конденсата — термометрами;

автоматический сброс дистиллята за борт при увеличении солесодер-жания дистиллята выше предельного значения — электромагнитным клапаном по команде солемера;

автоматическое регулирование температуры забортной воды, поступающей в первую ступень опреснителя, в пределах 60 ... 80 °С — терморегулятором, установленным на трубопроводе подвода пара к подогревателю;

световую и звуковую сигнализацию на щите автоматики, фиксирующую следующие отклонения: увеличение солесодержания выше предельного значения 6 мг/л, понижение давления среды после дистиллятного насоса ниже 0,2 МПа, отключение дистиллятного насоса и повышение температуры питательной воды выше 90 °С;

световую сигнализацию о наличии напряжения и рабочем состоянии установки.