Лекція 16

Тема:Адіабатні водоопріснюючі установки.

 

Мета:Ознайомитися із адіабатні водоопріснюючі установки.

Характерная особенность всех ранее рассмотренных испарителей ки­пящего типа - парообразование на поверхностях нагрева, расположенных внутри кипящей жидкости. Такое испарение наиболее просто осуществимо и позволяет достигнуть высоких значений коэффициента теплопередачи благодаря интенсивной турбулизации пограничного слоя при образовании и отрыве паровых пузырей. Однако именно с этой особенностью связан и ряд недостатков кипящих испарителей. В частности, увеличение отрывных размеров паровых пузырей при снижении давления в испарителе, предо­пределяет усиленное образование накипи на поверхностях нагрева (на гра­ницах отрыва паровых пузырей), а также обусловливает интенсивный вы­нос капель рассола в паровое пространство и образование пены над кипя­щим слоем, а сам кипящий слой жидкости оказывается неустойчивым (из­меняется его высота), особенно при глубоком вакууме. В итоге вторичный пар оказывается загрязненным капельками рассола, что требует организа­ции ее эффективной сепарации для обеспечения требуемого качества дистиллята. Наконец, при попытках добиться большой производительности в одном агрегате снижается температурный напор и коэффициент теплопе­редачи на нижних трубках нагревательных батарей из-за гидростатическо­го эффекта.

Рис. 1. Схема одноступенчатой адиабатной опреснительной ус­тановки: 1 - подогреватель питательной воды; 2 - камера испарения; 3 - вакуумный насос; 4 - конденсатор; 5 - питательный насос; 6 - дистиллятный насос; 7 - регулятор уровня рассола; 8 - рассольный циркуляци­онный насос

Кроме того, к экономичности крупных опреснительных установок предъявляются повышенные требования, которые можно удовлетворить лишь при многоступенчатом исполнении. Между тем сложность много­ступенчатых установок, обусловленная главным образом наличием труб и арматуры для перепуска рассола, пара, охлаждающей воды и дистиллята, существенно удорожают их стоимость, усложняет проблему регулирова­ния и затрудняет обслуживание.

Этих недостатков не имеют адиабатные опреснители (рис. 1), в кото­рых нагретая морская вода частично испаряется при входе в расширитель­ные камеры, где поддерживается температура насыщения на 5-10 ^оС меньше температуры поступающей воды. При этом происходит испарение с поверхности струй или потока морской воды, которое не сопровождается образованием паровых пузырей или пены. Нагрев охлаждающей воды в конденсаторах и морской воды в подогревателях осуществляется без кипе­ния, за счет повышенного давления в этих теплообменниках.

В качестве греющей среды в вакуумных адиабатных опреснительных установках используется низкопотенциальный пар отбора и отработавший пар турбин, а также вода из системы охлаждения ДВС. В данном аспекте такие установки можно отнести к утилизационным опреснителям.

Тепловая схема утилизационной адиабатной водоопреснительной уста­новки РТМ типа «Тропик» с использованием теплоты охлаждающей сис­темы главного двигателя изображена на рис. 2.

В принципиальной схеме (рис. 2а) вода из замкнутой системы охлаж­дения двигателя 1 прокачивается циркуляционным насосом 7 через водо­водяной теплообменник-подогреватель 2. За счет теплоты охлаждающей воды нагревается забортная вода, прокачиваемая по змеевику теплообменника после конденсатора-испарителя 4 питательным насосом 8. Из тепло­обменника морская вода поступает в испарительную камеру, где разбрыз­гивается и частично испаряется за счет внутренней теплоты. Образовав­шиеся пары поступают в конденсационную камеру, откуда образовавший­ся дистиллят откачивается насосом 5. Неиспарившаяся часть морской воды откачивается рассольным насосом 6.

Рис. 2. Тепловая схема опреснительной установки РТМ типа «Тропик»: (а - принципиальная; б - модернизированная): 1 - ДВС; 2 - водо-водяной подогреватель; 3 - паровой подогреватель; 4 - испаритель; 5 - дистиллятный насос; 6 - рассольный насос; 7 - циркуляционный насос системы охлаждения; 8 - насос забортной воды; I, II - перепускной трубопровод

 

Для повышения экономичности и эффективности работы опреснитель­ной установки в тепловой схеме предусмотрен паровой подогреватель 3 (рис. 2б) для предварительного подогрева питательной воды перед вхо­дом в испаритель 4. Кроме того, на РТМ «Кассиопея» и «Козерог» произ­ведена модернизация, заключающаяся в рециркуляции рассола для подог­рева забортной воды в за счет ее смешивания с частью, откачиваемой из испарителя рассола. Для этого дополнительно проведены перепускные трубопроводы I и II. Рециркуляция рассола позволяет уменьшить количе­ство забортной воды, подаваемой в систему, и добиться постоянной ее температуры перед теплообменником путем регулирования количества пе­репускаемого рассола независимо от температуры забортной воды.

Основным направлением повышения экономичности адиабатных оп­реснителей является увеличение ступеней испарения. При этом в отличие от многоступенчатого испарения в кипящих опреснителях теплота вторич­ного пара не используется для непосредственного нагрева воды в после­дующей ступени, а аккумулируется в охлаждающей воде конденсаторов.

С точки зрения расхода теплоты нет принципиальной разницы между многоступенчатыми установками с кипящими и адиабатными испарителя­ми, а число ступеней или камер в обеих установках почти одинаково влия­ет на выход дистиллята. Однако адиабатные установки, благодаря просто­те их состава и конструкции, а также меньшим габаритам каждой ступени, можно выполнить с большим числом ступеней при той же стоимости, чем многоступенчатые установки с кипящими испарителями.

На промысловых судах получили широкое распространение многосту­пенчатые бесповерхностные адиабатные опреснители, обладающие высо­кими экономическими показателями. Они имеют наиболее высокий коэф­фициент полезного использования теплоты и значительную производи­тельность. В многоступенчатых опреснителях этого типа (рис. 3) испа­ряемая вода проходит через несколько ступеней с последовательно пони­жающимся давлением. В последней ступени давление обычно составляет 0,05-0,06 кг/см , в первой - (0,35-0,4) кг/см . Конденсаторы всех ступеней прокачиваются питательной водой, так что для ее нагрева удается исполь­зовать всю теплоту вторичного пара.

Рис. 3. Схема пятиступенчатого адиабатного опреснителя типа М-5: 1 - подогреватель; 2 - эжектор второй ступени; 3 - эжектор первой ступени; 4 - конденсатор эжекторов; 5, 7,9,11, 13 - камеры испарения; 6, 8, 12, 14 - конден­саторы; 15 - питательный насос; 16 - дистиллятный насос; 17 - рассольный насос

 

Перепуск вторичного пара между ступенями не требуется, а перепуск испаряемой воды и дистиллята осуществляется самотеком по внутрен­ним каналам. Поэтому увеличение числа ступеней в адиабатных испарите­лях не вызывает столь заметного усложнения конструкции, увеличения ве­са, габаритов и повышения стоимости, как в установках с кипящими испа­рителями. Многоступенчатые адиабатные опреснители оказываются менее сложными и дорогими, чем многоступенчатые кипящие, и наиболее удоб­ными для крупных судов.

На расход теплоты в адиабатном испарителе влияет не только число камер испарения. Немалую роль играет также температура воды перед первой ступенью испарения, температура забортной воды и разность тем­ператур пара и охлаждающей воды на выходе из конденсатора соответст­вующей ступени.

Температура забортной воды влияет на экономичность двояко. Чем ниже ее температура, тем выше выход дистиллята. Однако это справедли­во лишь до тех пор, пока температуре забортной воды соответствует и ва­куум в последней ступени. По условиям работы эжекторов, сепараторов, рассольного и дистиллятного насосов, а также по габаритным соображени­ям вакуум в последней ступени допускается не более 94 %.

В соответствии с действующими нормативами для средних широт рас­четная температура забортной воды tз_В = 28 ^оС, ей соответствует расчет­ный вакуум в последней ступени 90-91 %. Если температура забортной воды ниже оптимальных расчетных значений, то она будет соответственно ниже и на выходе из каждого конденсатора, что приведет к дополнитель­ным затратам тепла в подогревателе. Более глубокий вакуум, достижимый при плавании в холодных водах, приводит к перегрузке зеркала испарения и ухудшению качества дистиллята. Поэтому для повышения экономично­сти при плавании в холодных водах следует повысить температуру пита­тельной воды. С этой целью может быть рекомендована частичная рецир­куляция рассола. Хотя его солесодержание при этом повышается, оно все же остается ниже принятого в обычных испарителях.

Следует отметить, что поверхность конденсаторов, а следовательно, до некоторой степени и стоимость испарителей уменьшается с ростом числа ступеней. Однако при производительности 100-200 т/сут, характерных для судовых опреснителей, увеличение числа ступеней более 7-9 приводит не к уменьшению, а к увеличению стоимости в связи с сужением каждой сту­пени до размеров, затрудняющих изготовление корпуса и монтаж внутрен­них узлов. По этой причине, для опреснителей малой производительности принимают не более 4-5 ступеней.

Многоступенчатые адиабатные опреснительные установки требуют для своей эффективной работы точной регулировки давлений в ступенях испа­рения. При этом для поддержания требуемого вакуума в камерах испаре­ния используются пароэжекционные устройства, требующие для своей ра­боты относительно большого количества первичного греющего пара.

Тепловая схема пятиступенчатого бесповерхностного адиабатного оп­реснителя типа М изображена на рис. 4. Забортная вода циркуляцион­ным питательным насосом 2 засасывается через фильтр 1 и подается через расходомер 3 в конденсаторы опреснителя 4. Проходя последовательно по змеевикам ступеней опреснителя, вода повышает свою температуру за счет теплоты конденсирующегося вторичного пара.

Перегрев питательной воды осуществляется при прохождении конден­сатора 5 эжектора и парового подогревателя 8. Перегретая по отношению к температуре насыщения, соответствующей давлению в первой ступени ис­парителя, питательная вода, проходя последовательно камеры испарения, испаряется в каждой ступени с I по V последовательно, так как давление в ступенях все время снижается. Поддержание в ступенях вакуума осущест-

вляется двухступенчатым пароструйным эжектором 6, который отсасывает воздух через систему дроссельных шайб, обеспечивающих создание необ­ходимого перепада давлений в камерах.

 

Рис. 4. Тепловая схема пятиступенчатого бесповерхностного адиабатного опреснителя типа М:

1 - фильтр; 2 - питательный насос; 3 - расходомер; 4 - конденсаторы опреснителя; 5 - конденсаторы эжектора; 6 - двухступенчатый пароструйный эжектор;

7 - автоматический регулятор; 8 - паровой подогреватель; 9, 10 - датчики;

11 - насос конденсата греющего пара; 12 - регулятор уровня; 13 - насос химической чистки; 14 - автоматический клапан; 15 - рассольный насос;

16, 18 - автоматический клапан; 17 - ротаметр; 19 - датчик соленомера;

20 - дистиллятный насос; 21 - сборник дистиллята

 

Для уменьшения накипеобразования расчетная температура забортной питательной воды за подогревателем равна 77 ^оС. В каждой ступени вода охлаждается на 7 ^оС и отсасывается из последней ступени V рассольным насосом 15. Поддержание температуры забортной воды за подогревателем на требуемом уровне осуществляется автоматически регулятором 7, полу­чающим импульс от датчика 9.

Вторичный пар, образовавшийся в камерах испарения, сепарируется и конденсируется. Образовавшийся в конденсаторах дистиллят под действи­ем разности давлений перетекает по ступеням в сборник дистиллята 21. Из сборника он отсасывается дистиллятным насосом 20 и через регулятор уровняв типа РУК и ротаметр 17 подается к автоматическому переклю­чающему клапану 16, который в соответствии с импульсом от датчика со- леномера 19 направляет дистиллят в цистерну пресной воды или на сброс.

По аналогичной схеме происходит откачивание конденсата греющего пара из подогревателя насосом 11, регулятором уровня 12 и переключаю­щим автоматическим клапаном 14, действующим от датчика 10.

Рециркуляция рассола забортной воды по замкнутому контуру исполь­зуется для химической чистки теплообменных поверхностей 5 % -ным рас­твором ингибированной соляной кислоты и осуществляется специальным насосом 13.