Тема 6. Технология обработки воды в опреснителях

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 23Следующая ⇒

6.1 Типы водоопреснительных установок

Типы водоопреснительных установок (ВОУ) зависят от методов получения пресной воды из морской (опреснения). Существуют следующие методы опреснения: дистилляции, вымораживания, электродиализа, гиперфильтрации, химический.

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.

6.1 Обработка воды в опреснителях высокого давления, среднего давления и обработка воды в вакуумных опреснителях

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 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.6.1.1

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 адиабатных испарителей является необходимость прокачки большого количества воды. Показатели работы вакуумных ВОУ приведены ниже.

Рисунок 6.1.1 – Схемы водоопреснительных установок: а - с испарителем поверхност­ного типа; б ~ с адиабатным испарителем.

1 - подвод пара или греющей воды с температурой 60-80° С; 2 - нагреватель­ный элемент; 3 - конденсатор; 4 - насос забортной воды; 5 – дистиллятный насос; 6 - отвод рассола за борт; 7 - рассольный насос; 8 - испаритель; 9 -регулятор уровня; 10 - циркуляционный насос; 11 -подогреватель рассола

Температура греющей воды, поступающей в испаритель, ° С 60... 70

Понижение температуры греющей воды в испарителе, ° С 5... 15

Допускаемая температура забортной воды,°С До 30

Нагрев охлаждающей воды в конден­саторе, °С 4... 8

Коэффициент продувки 2... 3

Температура вторичного пара, ° С 30... 40

Давление вторичного пара, МПа 0,1043... 0Д075

Общее солесодержание по NaCl, мг/л 6... 9 (максимумдо 40)

Расход воды, м³ /ч:

забортной (охлаждающей) 50... 250 (4... 5 на 1 т

суточной производительности)

греющей 60... 200 (3... 4 на 1 тсуточной производительности)

Давление рабочей забортной воды

на эжектор, МПа, не менее 0,4

Удельный расход электроэнергии,кВт-ч/т 5... 6,5

Сравнительные показатели ВОУ избыточного давления и вакуумныхприведены в таблице

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 таблице 6.1схема ее работы рис.6.1.1

Таблица 6.1 – Показатели работы водоопреснительных установок избыточного давления и вакуумных

Таблица 6.1.2 – Основные характеристики водоопреснительных установок серии Д

Рис. 6.1.2 – Принципиальная схема работы опреснителя серии Д с вводом противонакипной присадки в испаритель.

1 - насос дистиллята; 2 — сборник дистиллята; 3 - расходомер дистиллята; 4 — солемер; 5 — электромагнитный управляющий клапан отвода дистилля­та; 6 — отвод дистиллята в цистерну запаса; 7 — поплавковый регулятор уровня дистиллята; 8 - испаритель; 9 — подвод и отвод греющей воды; 10 - конденсатор; 11 - подвод пресной воды к расходному баку присадки; 12 — расходный бак присадки; 13 - слив раствора из бака; 14 — фильтр; 15 — клапан дозирующий; 16 — фонарь смотровой; 17 - рассольно-воздушный эжектор; 18 — насос забортной воды; 19 — расходомер питательной воды

Рисунок –6.1.3 – Принципиальная схема работы опреснительной установки 6А-25.

1 — сброс рассола за борт; 2 — эжектор водовоздушный; 3 — чувствительный элемент датчика реле 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 дистиллятный; 20 — бачок дистиллятный; 21 — спуск из дистиллятного бачка; 22 — пускатель с электродвигателем; 23 - насос для перекачки дистиллята; 24 - датчик давления; 25 — шит автоматики, управления и сигнализации; 26 — мост солемера; 27 — датчик реле температуры; 28 — подвод забортной воды (90 м³/ч); 29 — эжектор рассольный

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.

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 спецификационного 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 Р Д-1К-01;

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

Адиабатная опреснительная установка 6А-25 (рис. 6.1.3) 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:

¾ 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;

¾ автоматический сброс дистиллята за борт при увеличении солесодержания дистиллята выше предельного значения – электромагнитным клапаном по команде солемера;

¾ автоматическое регулирование температуры забортной воды, поступающей в первую ступень опреснителя, в пределах 60... 80°С — терморегулятором, установленным на трубопроводе подвода пара к подогревателю;

¾ 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;

¾ световую сигнализацию о наличии напряжения и рабочем состоянии установки.

Основные показатели работы установки приведены ниже.

6.2 Требования к дистилляту

Соленость дистиллята, используемого в качестве добавочной воды паровых котлов и систем, охлаждения дизелей должна быть минимальной – не более 15 мг/дм³хлоридов.

К питьевой и мытьевой воде, а также воде для технологических нужд предъявляются требования по обеспечению безвредности химического состава и благоприятных органолептических свойств, а также эпидемиологической безопасности, с этой целью производят кондиционирования воды – комплекс технологических операций, направленных на корректирование физических, химических и бактериологических показателей. К таким операциям относятся: осветление, обеззараживание и минерализация.

Осветление воды на судах производят с помощью различных фильтровальных устройств, в которых фильтрующим материалом служат мелкопористые или мелкозернистые материалы, работающие по принципу ультра – и микрофильтрации. Наибольшее распространение на судах ФРП получили: патронные фильтры типа FW с угольными и керамическими элементами, фильтры засыпного типа с активированным углем, предназначенные для очистки, дезодорации, обесцвечивания и дехлорирования. Эксплуатации таких устройств показала, что они очищают воду от взвешенных частиц и даже микроорганизмов, но со временем фильтрующая способность резко снижается, а потери напора растут. В связи с этим необходимо производить очистку фильтров и регенерацию материала.

Обеззараживание воды достигается хлорированием, озонированием, обработкой ультрафиолетовыми лучами и серебром.

Озонирование воды является одним из перспективных методов, обеззараживания и улучшения органолептических свойств воды. Ввиду сильной окислительной способности озон обладает не только высокой бактерицидностью, в процессе обработки он также обесцвечивает воду и устраняет привкусы и запахи за счёт расщепления соединений минерального и органического происхождения.

Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей практически мгновенно и объясняется фотохимическим воздействием на бактерии. Метод имеет следующие достоинства: не изменяются физико-химические свойства воды; не попадают в воду посторонние вещества: обеззараживание воды происходит мгновенно, поэтому её можно сразу употреблять или передавать; эксплуатация устройств для облучения проще и безопаснее для обслуживающего персонала. Однако при обеззараживании ультрафиолетовыми лучами необходимо воду предварительно осветлять, что на многих судах не предусмотрено - отсутствует соответствующее оборудование.

Широкое распространение получило серебрение, в результате которого вода не только обеззараживается, но и консервируется, что позволяет хранить в течение длительного времени. Консервации подлежит вода, поступающая на судно из береговых источников питьевого водоснабжения, или минерализованная опресненная, предназначенная для питьевых целей. Серебрение воды можно осуществлять либо путём контакта воды с поверхностями, обработанными серебром или его соединениями, либо электрохимическим растворением серебра в воде. К первому типу относится установка типа Хила, состоящая из двух фильтров предварительной очистки типа Куно, двух фильтров Хила для стерилизации и дезодорации воды, циркуляционного насоса и приборов контроля за работой. Недостатком такой установки является необходимость ведения процесса серебрения под лабораторным контролем, а также длительность процесса обогащения воды серебром.

Ко второму типу относятся ионаторы, которые получили большое распространение на судах. Питьевая вода, обрабатываемая ионатором, должна быть прозрачной, содержать малое количество органических веществ, а ионов хлора не более 100 мг/дм³. Доза серебра для консервирования питьевой воды должна составлять 0,05 мг/дм³, для обеззараживания – 0,2-0,4 мг/дм³.

Минерализация воды производится с помощью комплекта солей. Комплекты солей запаяны в полиэтиленовый пакет, рассчитанный на приготовление 1,2,3 и 5 т питьевой воды. Процесс минерализации происходит при непрерывном введении солевых добавок в виде крепких растворов или вымывания солей опресненной водой в специальных установках – минерализаторах.

Вопросы самопроверки:

1. Назвать методы опреснения морской воды.

2. Назвать метод опреснения морской воды, который применяется на судах.

3. Как подразделяются поверхностные испарители?

4. Преимущества ВОУ с адиабатными испарителями.

5. Перечислить комплекс технологических операций питьевой воды.

6. Какими методами производится обеззараживание воды на судах?

7. Как осуществляется серебрение воды?

8. Как производится минерализация воды на судах?

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности