Схемы и конструкции водоопреснительных установок термического типа
Современные вакуумные установки объединены в типизированный ряд и работают на теплоте охлаждающей воды дизелей.
ВОУ типа Д наиболее экономичны. Основные характеристики этих установок приведены в табл. 3.4. Установка включается в систему охлаждения дизеля и использует часть теплоты охлаждающей пресной воды для нагрева и испарения морской воды.
| Индекс | Производительность, т/сут | Расход воды, т/ч, не более | Мощность электродвигателя насоса, кВт | Масса, кг | |
| греющей при 60 °С | охлаждающей при 28 °С | ||||
| Д1М Д2М Д3М Д4М Д5М |
1,6 3,2 6,3 12,5 25 |
8 10 20 35 70 |
12 20 40 60 100 |
0,85 2,1 2,1 2,1 2,1 |
480 685 905 1540 2390 |
Потребляемая установкой энергия весьма мала и необходима только для привода электронасосов дистиллята и забортной воды. Испарение морской воды происходит при глубоком вакууме (около 94·103 Па) и температуре кипения 315 К (42 °С). Благодаря этому процесс образования накипи на теплообменных поверхностях греющей батареи протекает медленно и установка длительное время работает без чистки. Установки просты в обслуживании и надежны в работе. Агрегатное исполнение обеспечивает минимальный объем монтажных работ на верфи. Солесодержание дистиллята составляет не более 5 мг/л по NaCl.
Типовая схема установки типа Д приведена на рис. 3.17.
Рис. 3.17. Типовая схема опреснителя типа Д
Забортная вода прокачивается насосом 6 через конденсатор 1 к рассольно-воздушному эжектору 5; при этом часть воды направляется на питание испарителя. Питательная вода поступает в испаритель через невозвратно-запорный клапан 4 и ротаметр 3, измеряющий расход воды. Греющая вода из системы охлаждения дизеля циркулирует в межтрубном пространстве батареи 2 и отдает теплоту питательной воде, испаряющейся внутри труб. Рассол и паровоздушная смесь удаляются рассольно-воздушным эжектором за борт. Образовавшийся в результате испарения питательной воды вторичный пар конденсируется в конденсаторе, превращаясь в дистиллят, который самотеком поступает в сборник дистиллята 11. Из него насосом 10 дистиллят подается через поплавковый регулятор уровня (предохраняет насос от срыва) и датчик солемера 7 к электромагнитному переключающему клапану 9, направляющему дистиллят в зависимости от его солесодержания в цистерну пресной воды или обратно в испаритель. Для измерения расхода дистиллята служит ротаметр 8.
Каждая установка имеет систему звуковой и световой сигнализации, оповещающей обслуживающий персонал о падении давления в нагнетательном трубопроводе дистиллятного насоса, повышении солесодержания дистиллята и о заполнении дистиллятом цистерны пресной воды. Установка выводится на режим вручную и в дальнейшем требует только периодического наблюдения.
Установки на греющем паре также унифицированы. ВОУ типа П — одноступенчатые и самые компактные (табл. 3.5). Для повышения экономичности установки в качестве греющего пара рекомендуется использовать пар отбора турбин, отработавший пар вспомогательных механизмов, пар утилизационных парогенераторов. В установке П5К предусматривается применение в качестве охлаждающей воды конденсата пароэнер-гетической установки, благодаря чему теплота конденсации пара испарителя используется для подогрева конденсата (питательной воды) энергетической установки. При этом резко уменьшается расход топлива на опреснение.
| Индекс | Производительность, т/сут | Расход, т/ч | Мощность электродвигателя насоса, кВт | Масса, кг | |
| пара | воды | ||||
| П1 П2 ПЗ П4 П5 П5К |
5 10 25 50 75 45 |
0,28 0,6 1,4 2,8 4,1 2,2 |
15 24 60 100 150 72 |
0,9 1 0,9 1 1.5 3,2 |
1000 1800 2300 3400 5280 4000 |
Установки выполнены в виде агрегата со встроенным конденсатором. Греющая батарея снабжена гибкими самоочищающимися от накипи греющими элементами. Установки могут поставляться с системой автоматического пуска. Получаемый в установках типа П дистиллят содержит не более 5 мг/л NaCl. Установки специального исполнения позволяют получать дистиллят повышенного качества с содержанием ионов хлора не более 0,2—0,3 мг/л.
На рис. 3.18 представлена схема опреснительной установки типа П.
Рис. 3.18. Схема опреснителя типа П
——— забортная вода; — X — X — греющий пар; —· —·— дистиллят;
—··—··— паровоздушная смесь;--- конденсат
Забортная вода под давлением 0,25—0,35 МПа проходит последовательно через охладитель дистиллята 6, конденсатор эжектора 5 и поступает в конденсатор испарителя 3. В конденсаторе часть воды дополнительно подогревается в нагревательной секции и идет на питание испарителя. Часть воды, используемая в качестве рабочей в рассольном эжекторе 14, смешивается в нем с рассолом и удаляется за борт.
Греющий пар с постоянным давлением 0,4 МПа проходит через дроссельную шайбу 2, работающую при сверхкритическом перепаде давления, и поступает в нагревательную батарею 1. Проходя по ее трубам, пар отдает теплоту воде в испарителе и конденсируется, а конденсат направляется самотеком в судовую конденсатную систему. Для сбора конденсата в цистерну с атмосферным давлением может использоваться конденсатный насос или эжектор, работающий на пресной рабочей воде.
Образующийся в результате испарения забортной воды в испарителе вторичный пар проходит очистку в сепарационных устройствах и конденсируется в конденсаторе. Получившийся таким образом дистиллят стекает самотеком в сборник дистиллята Ю, из которого забирается дистиллятным электронасосом 13 и через клапан поплавкового регулятора уровня в сборнике направляется в охладитель дистиллята. Затем дистиллят через датчик солемера 8 в зависимости от солесодержания автоматически направляется электромагнитным переключающим клапаном 9 в цистерну пресной воды или на сброс.
Небольшая часть дистиллята (примерно 0,1) поступает через фильтр 11 в барботажное промывочное сепарационное устройство испарителя. Для контроля за соленостью в корпусе испарителя и производительностью установки служат ротаметры 12 и 7, установленные соответственно на трубопроводах питательной воды и дистиллятном. Отсос паровоздушной смеси из конденсатора и поддержание в нем вакуума осуществляется пароструйным эжектором 4.
Опреснительная установка запускается в работу вручную и после выхода на спецификадионный режим работает автоматически. Выключение установки также производится вручную. Система автоматического регулирования и защиты установки обеспечивает: поддержание постоянной производительности; автоматический сброс дистиллята в трюм, если солесодержание его превысит 5 мг/л; предохранение дистиллятного насоса от срыва с помощью прямодействующего поплавкового регулятора уровня; выключение дистиллятного насоса при падении давления в нагнетательном трубопроводе ниже 0,1 МПа.
Установка снабжена световой и звуковой сигнализацией, которая автоматически включается при повышении солесодержания дистиллята, падении давления в нагнетательном дистиллятном трубопроводе и аварийном повышении давления греющего пара в батарее.
Многоступенчатые установки объединены в типизированный ряд и работают по принципу самоиспарения (табл. 3.6). Водо-опреснительные установки типа М- отличаются от одноступенчатых паровых установок повышенной экономичностью. Расход теплоты на получение дистиллята составляет от 62 до 35 % при числе ступеней от двух до пяти (по сравнению с одноступенчатыми установками типа П).
| Индекс | Производительность, т/сут | Расход, т/ч | Мощность электродвигателя насоса, кВт | Число ступеней | Масса, кг | |
| пара | воды | |||||
| МЗ М4 М5 |
60 120 240 |
1,5 3,2 4,2 |
53 110 180 |
19,5 56 66 |
3 4 5 |
10 800 13 700 30 000 |
Когда вода испаряется при нагревании до температуры выше температуры насыщения (принцип самоиспарения), передача теплоты морской воде осуществляется вне зоны кипения, поэтому процесс накипеобразования на теплообменных поверхностях протекает неинтенсивно. Поскольку установки работают на греющем паре низкого давления (0,06—0,08 МПа), можно использовать для опреснения отбор пара низкого давления или Отработавшего пара турбин и тем самым повысить экономичность ВОУ (путем их рационального включения в цикл энергетической установки судна). Установки типа М незаменимы, когда требуется большое количество опресненной воды. Принцип действия этих установок показан на рис. 3.19.
Рис. 3.19. Схема пятиступенчатого опреснителя типа М
______ забортная вода; — — — электропитание; —··—··— воздух; —·— дистиллят; —X— X— пар
Забортная вода циркуляционным питательным насосом 6 через фильтр 8 и расходомер 5 направляется в конденсаторы опреснителя 3, где ее температура постепенно повышается в результате передачи ей теплоты конденсирующегося вторичного пара. Дальнейший нагрев воды происходит в конденсаторе эжектора 2 ив специальном паровом подогревателе 17, на выходе из которого вода оказывается перегретой по отношению к температуре насыщения, соответствующей давлению в первой камере испарения (ступени). В результате определенная часть воды в первой ступени вскипает, так как давление в каждой из них ниже, чем в предыдущей. Для уменьшения отложения накипи расчетная температура за подогревателем принята равной 350 К (77 °С). Часть воды насосом 15 подается на вход опреснителя.
В каждой ступени забортная вода охлаждается на 280 К (7 °С) и отсасывается из последней ступени рассольным насосом 14 при температуре 315 К (42 °С). Температура забортной воды за подогревателем поддерживается на заданном уровне автоматическим регулятором 4, получающим импульс от датчика температуры 16. Для поддержания в камерах вакуума воздух из них отсасывается двухступенчатым пароструйным эжектором 1. Соблюдение необходимого перепада давления по ступеням достигается подбором дроссельных шайб, устанавливаемых на ответвлениях системы воздушного отсоса.
Образовавшийся при конденсации вторичного пара в конденсаторах дистиллят под действием разности давлений в камерах перетекает в последнюю ступень и оттуда — в сборник дистиллята 7. Из сборника дистиллят отсасывается дистиллятным насосом 11 и подается через регулятор уровня 10 и ротаметр 12 к переключающему клапану 13, который автоматически в соответствии с импульсом от датчика солемера 9 направляет дистиллят в цистерну пресной воды или на сброс. По аналогичной схеме удаляется конденсат из парового подогревателя 17.
После вывода на режим установка работает автоматически и не требует постоянного обслуживания. Система автоматического регулирования и защиты осуществляет поддержание заданной производительности, контроль за соленостью дистиллята и конденсата, устойчивую работу дистиллятного и конденсатного насосов, выключение установки при отклонениях температуры подогрева питательной воды или повышении температуры и уровня рассола в камерах испарения.
Кроме термического метода дистилляции существуют следующие способы опреснения морской воды: химический, электрохимический, магнитный, вымораживание, гиперфильтрация. Рассмотрим последний метод.