Классификация и принцип работы водоопреснительных установок термического типа

Наиболее простым и широко применяемым на морских судах способом получения пресной воды является дистилляция (выпаривание), осуществляемая в ВОУ. В ВОУ термического типа входят теплообменные аппараты, механизмы, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы, арматура и другие устройства.

ВОУ термического типа различают по следующим признакам:
по назначению — опреснительные (для питьевой воды), испарительные (для котельной воды) и дистиллятные (для воды повышенного качества);
по давлению вторичного пара — вакуумные и избыточного давления;
по числу испарителей — одно-, двух- и трехступенчатые; по давлению пара в испарителях — высокого (0,2—0,9 МПа) и низкого давлений (до 0,2 МПа), вакуумные (ниже 0,1 МПа);
по виду используемой энергии — паровые, электрические и газовые;
по автономности — с отдельным конденсатором и работающие на главный или вспомогательный конденсатор судна;
по расположению корпусов — горизонтальные и вертикальные; по форме нагревательной поверхности испарителя — с прямыми и изогнутыми трубками, змеевиковые;
по конструктивному исполнению — с поверхностным испарителем и бесповерхностным;
по используемой теплоте — с утилизацией теплоты вторичного пара и без утилизации.

Сущность процесса дистилляции заключается в выпаривании морской воды и последующей конденсации полученного пара. Морскую воду подогревают до температуры, при которой ее молекулы интенсивно переходят из жидкой среды в парообразную. Соли и другие химические примеси, как менее подвижные, не могут приобрести необходимой для испарения энергии, поэтому в процессе парообразования они не участвуют и остаются в растворе морской воды. Основным элементом установки для дистилляции служит испаритель — аппарат, в котором происходит выпаривание воды.

По характеру протекания процесса испарения ВОУ термического типа бывают кипящие, адиабатные, тонкопленочные и гигроскопические. Кипящие испарители характеризуются тем, что процесс испарения в них протекает как на поверхности нагревательных элементов, так и в толще испаряемой морской воды. По давлению пара, при котором протекает процесс испарения, кипящие испарители делятся на вакуумные и избыточного давления.

Тенденция к повышению экономичности привела к созданию многоступенчатых ВОУ. Принцип многоступенчатого испарения заключается в том, что вторичный пар, образовавшийся из морской воды в первом испарителе, используется в качестве греющего пара во втором испарителе, в котором давление испарения должно быть ниже, чем в первом испарителе. Вторичный пар из второго испарителя может быть использован как греющий для третьего испарителя и т. д. При такой последовательной совместной работе испарителей расход греющего пара теоретически уменьшается в число раз, равное числу ступеней.

Адиабатные испарители отличаются от кипящих тем, что испарение в них происходит не с поверхности нагревающих элементов, а с зеркала испарения воды за счет ее внутренней избыточной теплоты. Для увеличения поверхности испарения перегретая вода подается в специальные камеры в виде отдельных раздробленных струй. Адиабатные испарительные установки выполняют только многоступенчатыми, и их экономичность тем выше, чем больше число ступеней.

Особенностью тонкопленочных испарителей является весьма интенсивное протекание испарения благодаря тонкому слою испаряемой воды, омывающей поверхность нагрева. Принцип работы гигроскопических испарителей состоит в том, что насыщенная морской водой струя воздуха проходит через нагреватель, в котором часть капель воды испаряется и вместе с воздухом поступает в поверхностно-смесительный конденсатор. В конденсаторе пар отделяется от воздуха и в виде дистиллята откачивается насосом. Неиспарившаяся в нагревателе морская вода стекает в сборник, из которого в смеси с добавочной водой через распылители впрыскивается в поток воздуха.