Цивільна оборона СУДНА….. 2 страница

1.4. Живлення та продування установок.

Автоматизація роботи ВОУ і приготування дистиляту необхідної якості при найменшій швидкості накипоутворення можливі за умови підтримування в поверхневому або адіабатному випарнику помірного солевмісту киплячого розсолу.

Для цих цілей у ВОУ застосовують безперервне видалення (продування) розсолу з випарника ропним насосом (або водяним ежектором). Кількість відведеного розсолу повинно забезпечити сталість його солевмісту в установці при сталому режимі її роботи. Це означає, що розсіл, який продувається повинен понести з собою всі солі, що виділяються при випаровуванні морської води. При цьому баланс солей у випарнику описується наступною залежністю, пояснення до якої на прикладі поверхневої ВОУ представлено на рис. 1.8:

V₂(s_W - s_д) = V_пр (s_p -s_w) (1)

Де V₂, V_пр – кількість води 2, яка випаровується в випарнику і розсолу, який продувається насосом 1, м³ / год; s_w, s_p - солевміст живильної (морської) води і розсолу, мг / л; s_д - солевміст дистиляту, що забирається з конденсатора 3 конденсатним насосом 4, мг / л.

Нехтуючи солевмістом дистиляту, яке приблизно в 10 тис. разів менше s_w, а також розходженням щільності розсолу і морської води, вираз (1) можна представити у вигляді:

G₂ * s_w = G_пр (s_p -s_w), (2)

Де G₂, G_пр -кількість вторинної пари і розсолу, який продувається, кг / год.

Ставлення G_пр / G₂ називають коефіцієнтом продування ε:

. (3)

Вираз (3) дозволяє встановити залежність солевмісту розсолу від коефіцієнта продування і солевмісту живильної (морської) води:

. (4)

Рис. 1.8. Схема продування випарника.

Кількість живильної води, кг / год:

G_w = G₂ + G_пр = G₂(1 + ε). (5)

У відповідності з виразом s_д = (1 - х) s_p встановлено, що для отримання якісного дистиляту із загальним солевмістом s_д ≤ 10 мг / л необхідно, щоб загальний солевміст розсолу було s_р < 50 г / л, а ступінь сухості вторинної пари була не нижче х = 0, 9998. З урахуванням того, що загальний солевміст морської води s_w = 35 г / л, з виразу (3) випливає, що коефіцієнт продування випарника повинен бути не нижче ε = 2, 33. Для ВОУ поверхневого типу приймають е = 3 ÷ 4; для одноступінчатих і багатоступеневих адіабатних - е = 20 ÷ 40.

Збільшення солевмісту розсолу призводить до підвищення солевмісту дистиляту і порушує стійкість роботи ВОУ через збільшення кількості піни на поверхні випаровування і коливання рівня розсолу в поверхневому випарнику.

2. ФАКТОРИ, ЩО ВИЗНАЧАЮТЬ ЯКІСТЬ ОТРИМАНОГО ДИСТИЛЯТУ.

Якість отриманого в ВОУ дистиляту оцінюють його солевмістом. Солевміст дистиляту прямо пропорційний вологості вторинної пари і солевмісту розсолу.

У поверхневих ВОУ зволоження вторинної пари відбувається в результаті потрапляння в паровий простір випарника крапель киплячого розсолу. Кількість відведеного паром розсолу залежить від режиму його кипіння і питомого навантаження ВОУ.

При різниці температур гріючої поверхні і вторинної пари до Δ t = 20 °С виникає ядерне кипіння, що супроводжується генерацією невеликих бульбашок вторинної пари і незначним відведенням крапель розсолу в паровий простір випарника. При Δ t ≥ 20 °С, тиску, близькому до атмосферного, і чистою теплообмінною поверхнею спостерігається більш інтенсивне плівкове кипіння з більш великими паровими бульбашками, які, прориваючись через дзеркало випаровування, утворюють сплески і фонтануючі потоки, що сприяють виносу вторинною парою крапель розсолу збільшених розмірів. Одночасно з цим при дробленні спливаючих бульбашок утворюються дрібніші краплі. Під дією сили тяжіння великі краплі повертаються з парового простору назад в киплячу рідину, а дрібні піднімаються вторинним паром вгору. З метою зменшення вологості вторинної пари на шляху його проходження до конденсатора встановлюють відбійний щит.

Зменшення величини Δ t призводить до збільшення площі поверхні нагрівальних елементів і загальної маси установки. Таким чином, від вибору залежать наступні параметри ВОУ: солевміст дистиляту, питомі енерговитрати, маса і розміри установки.

Вологість вторинної пари в поверхневих установках залежить також від їх питомих характеристик, що визначають інтенсивність процесу випарювання морської води: напруги дзеркала випаровування і навантаження парового об'єму випарника.

Із збільшенням напруги дзеркала випаровування, під яким розуміють відношення обсягу виробленого протягом години вторинної пари до вільної поверхні розсолу в випарнику, вологість пари зростає. Вологість вторинної пари зростає також із збільшенням навантаження парового об'єму випарника - величини, яка визначається відношенням обсягу одержуваного за 1 г пари до обсягу парового простору. Збільшення інтенсивності випарювання морської води призводить до збільшення солевмісту дистиляту через спінювання киплячого розсолу і виносу пластівців піни в паровий простір випарника.

Досвід проектування і експлуатації суднових ВОУ показує, що прийнятна для поверхневих випарників вологість вторинної пари, рівна 0, 01% і дозволяє отримати дистилят високої якості, забезпечується при наступних режимних показниках: різниці температур гріючого середовища і вторинної пари 15-20 °С; висоті парового простору не менше 0, 8 м; швидкості вторинної пари не більше 2, 5 м / с. При цьому навантаження парового об'єму і напруга дзеркала випаровування знаходяться в межах відповідно 4000 - 10 000 м³ / (м³ * год) і 5000-9000 м³ / (м² • год) (великі навантаження характерні для глибоковакуумних випарників).

У адіабатних ВОУ прийнятна вологість вторинної пари спостерігається при різниці температур Δ t між розсолом, який вступає в камеру випаровування і температурою насичення, при якій розсіл випаровується з поверхні струменя, до 8 °С. Деформація струменя і збільшення виносу крапель розсолу починається при Δ t = 8 ÷ 10 °С, коли випаровування розсолу з поверхні переміщається в глиб струменя. Процес набуває більш інтенсивний характер при Δ t = 12 ÷ 15 °С.

Організація розпилювання розсолу в адіабатних випарниках також впливає на вологість вторинної пари - із зменшенням діаметра струменя, зменшується ймовірність його деформації. Вологість вторинної пари можна зменшити і шляхом циклонного підведення струменя розсолу в камеру випаровування.

Випарювання морської води в глибоковакуумних адіабатних ВОУ з висотою парового простору камери випаровування 0, 8-1, 2 м дозволяє отримувати дистилят з вмістом хлоридів близько 2-3 мг / л. При швидкості вторинного пара 2 м / с і тиску насичення близько 10 кПа навантаження парового об'єму камери випаровування таких установок становить 15-22 тис. м³ / (м³ * год).

Застосовуючи спосіб промивки вторинної пари або спосіб дворазового випаровування морської води, отримують дистилят підвищеної якості з вмістом хлоридів близько 0, 05-0, 1 мг / л. Перший спосіб передбачає штучне зволоження вторинної пари дистилятом, який промиває з подальшим осушенням пара в спеціальному сепараторі. Промивання вторинної пари ускладнює конструкцію ВОУ і вимагає витрати дистиляту, який промиває, що становить в середньому 3-10% продуктивності установки. Спосіб дворазового випаровування забезпечує приготування дистиляту високої якості на стаціонарних і перехідних режимах роботи.

Дистилят підвищеної якості застосовують в парогенераторах з тиском пари понад 7 МПа.

3. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК АДІАБАТНОЇ ВОУ С ЦИРКУЛЯЦІЙНИМ КОНТУРОМ РОЗСОЛУ.

3.1. Початкові дані:

- Продуктивність установки G₂ = 1000 кг/год.

- Температура гріючої води t_1г = 65 ^оС.

- Кінцева температура гріючої води t_2г = 57 ^оС.

- Теплоємність гріючої води с_г = 4, 183 кДж/(кг*^оС).

- Абсолютний тиск вторинної пари р₂ = 8, 2 кПа.

- Відповідна температура насичення t₂ = 42 ^oC.

- Теплота пароутворення r = 2577 кДж/кг.

- Коефіцієнт продування ε = 3.

- Солоність розсолу за формулою:

= = 4000 ^oБР.

- Температурна депресія за формулою:

= 0.5 ^oC.

- Температура розсолу за формулою:

t'^­_p=t₂+δ t_p = 42+0, 5 =42.5 ^oC.

- Температура живильної води (із розрахунку конденсатора) t₀ = 35 ^oC.

- Температура розсолу, що надходить у підігрівач:

t_p1 = =

= = 42.2 ^oC.

- Температура розсолу на виході з підігрівача (прийнята): t_p2 = 49.5 ^oC.

- Кількість розсолу, що надходить в підігрівач, за формулою:

G_p = = 95.6 * 10³ кг/год.

- Продуктивність циркуляційного розсільного насосу:

(G_p+ε G₂) = (95.6*10³+3*1000) =98, 6 * 10³ кг/год.

- Витрата гріючої води за формулою:

G₁r = = = 83.5 * 10³ кг/год

з урахуванням рівняння:

Q = G_p(t_p2 – t_p1)c_p = 95, 6 *10³(49, 5-42, 6) = 2572596 кДж / год

при η =0, 98.

3.2. Тепловий розрахунок конденсатору.

Вихідні дані:

- Кількість тепла, яке віддається вторинною парою у процесі конденсації:

Q_п = G₂ (i₂-i_g) = 1000*(2577-175.86) = 666.99 кДж / год.

Де i_g – ентальпія дистиляту, яка визначається з таблиць водяної пари відповідно до тиску на виході з конденсатора та з обліком його парового опору.

= P₂ – Δ P = 8.2 – 0.15 = 8.05 кПа

Δ P - величина яка вибирається в діапазоні (0, 1 ÷ 0, 2) кПа.

- Кратність охолодження (прийнята): М = 80

- Витрата води, що охолоджує:

G_з.в.= = =78.59 м³ / год.

Де – плотність забортної води.

- Температурний напір у конденсаторі:

Δ t_к = =

= =

= = 14, 5 ^oC.

Де t_g – температура дистиляту, яка визначається за тиском із таблиць водяної пари. = t_з.в. + δ t_з.в.; - температура забортної води на виході із конденсатору. δ t_з.в. – нагрів води, що охолоджує у конденсаторі, обирається із діапазону (4 ÷ 10).

- Коефіцієнт теплопередачі у конденсаторі:

К_к = =

= = 2465, 44 Вт/ м² * ^оС.

Де - (1 ÷ 1, 5) – швидкість води, що охолоджує в трубках конденсатору при К_к / К_н = 2 м/с. = t_з.в. + δ t_з.в/2 – середня температура води, що охолоджує в конденсаторі.

- Поверхня охолодження в конденсаторі:

F_K = Q_п/3.6*К_к*Δ t_к = 666, 99*1000/3, 6*2465, 44*14, 5=5, 18 м²

- Кількість трубок конденсатору:

Z_K=4*f_K*G_з.в./3600π * = 4*4*78, 59/3600*3, 14*0, 014²*1, 25=454.

Де f_K=2÷ 4 – кількість ходів води, що охолоджує; d_вн = 0, 014 – внутрішній діаметр труб конденсатору.

- Еквівалентний діаметр трубного пучка конденсатору:

D_екв = 1.05*S_K = 1.05*1.3*0.016 = 1.15 м.

Де S_K = 1, 3*d_н – крок труби; d_н = 0, 016 м; =0, 6÷ 0, 7 – коефіцієнт наповнення трубної дошки.

- Довжина труб конденсатору:

L_K = F_K/π d_нZ_K = 5, 18/3, 14*0, 016*454 = 0, 23 м.

3.3. Компонувальний розрахунок конденсатора.

У кожухотрубних апаратах труби в гратах зазвичай розміщуються в кутах рівностороннього трикутника. При розміщенні труб по сторонах трикутника труби в решітці розташовуються у вигляді правильного шестикутника - гексагональне розташування (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Розташування труб у трубній дошці

D_ВН = mS

S < 1, 3dн

n_ТР = 0, 75 (m² - 1) + 1, звідки ми можемо знайти m.

454 = 0, 75 m²

m = 25 шт.

S = 1, 3dн = 1.3*0.016 = 0.0208 м.

D_ВН = 25 * 0.0208 = 0.052 м.

Якщо число труб більше 13, то в просторі між гранями зовнішнього шестикутника і обичайки можна розмістити ще деяке число труб (до 10 – 15% від n_ТР).

n_ПЗ = n_ТР + n_ТР * 0, 12 = 508 шт.

n_ПЗ – загальне число труб, розташованих в межах шетіугольніка.

m – кількість труб, які знаходяться на його більшій діагоналі.

D_ВН - внутрішній діаметр обичайки.

3.4. Тепловий розрахунок підігрівача розсолу.

Вихідні дані:

- Температура гріючої води на вході в теплообмінний апарат: t_1г = 65 ^оС

- Температура гріючої води на виході з теплообмінного апарату: t_2г = 57 ^оС.

- Теплоємність гріючої води: с_г = 4, 183 кДж/(кг*^оС).

- Середня температура гріючої води:

t_ГВ^сер = (t_1г + t_2г) / 2 =

= (65 + 57) / 2 = 61 ^оС.

- Продуктивність установки G₂ = 1000 кг/год.

- Кількість розсолу, що надходить в підігрівач, за формулою:

G_p = = 95.6 * 10³ кг/год.

- Температура насичення вторинної пари: t₂ = 42 ^oC.

- Коефіцієнт продування: ε = 3.

- Температура живильної води (із розрахунку конденсатора) t₀ = 35 ^oC.

- Теплоємність розсолу (приймаємо рівною для морської води) с_р = 3, 9 кДж / (кг* ^oC).

- Зовнішній діаметр розсільних труб підігрівника розсолу d_з = 0, 016 м

- Внутрішній діаметр розсільних труб підігрівника розсолу d_вн = 0, 014 м

- Товщина теплообмінної стінки труби δ _л.тр.=

= (d_з - d_вн) / 2 = 0, 001 м.

- Матеріал розсільних теплообмінних труб – латунь.

- λ л.тр. – коефіцієнт теплопровідності латунних теплообмінних труб = 104, 5 Вт / (м * К).

Розрахунок:

- Температура розсолу, що надходить в теплообмінний апарат:

t_p1 = =

= = 42.2 ^oC,

Де t_p1 = t₂ + δ t_p = t₂ + температура кипіння розсолу, де = * = 4000^оБр – солевміст розсолу. – солевміст морської води.

- Кількість теплоти Q, кДж / год, що витрачається на підігрів циркулюючого розсолу до температури t_p2:

Q = * () * с_р =

= 95600 * 7 = 669200 кДж / год,

Де = + (6 ÷ 8) ^оС.

- Витрата гріючої води, , кг / год:

=

кг / год,

Де η = 0, 98 – коефіцієнт, що враховує втрату теплоти в навколишнє середовище.

- Швидкість гріючої води у між трубному просторі ω _гв:

ω _гв = / 3600 * 0, 64 * 0, 64 = 2.2 м / с,

де h – висота перерізу для проходу гріючої води, а b – ширина перерізу для проходу гріючої води.

- Критерій Рейнольдса Re для потоку гріючої води:

Re = ω _гв * d_з / ʋ = 2, 2 * 0, 016 / 0, 478 * 10^-6 = 0, 073 * 10⁶ = 73640, 17,

Де ʋ = 0, 478 * 10^-6 м² / с – коефіцієнт кінематичної в’язкості.

- Критерій Нуссельта Nu для потоку гріючої води:

Nu = 0, 0263 * Re^{0, 8} * Pr^{0, 35} =

= 0, 0263 * 73640, 17^{0, 8} * 2, 98^{0, 35} = 0, 0263 * 7828, 74 * 1, 47 = 302, 67,

Де Pr = 2, 98 – критерій Прандтля.

- Коефіцієнт тепловіддачі α _гв, Вт / (м² * К) від гріючої води до зовнішньої поверхні розсільних трубок:

α _гв = Nu * λ / d_з = 302, 67 * 0, 659 / 0, 016 = 12466, 22 Вт / (м² * К),

де λ = 0, 659 Вт / (м * К) – коефіцієнт теплопровідності гріючої води.

- Швидкість розсолу ω _р, м / с, у гріючих трубках (задаємо):

ω _р = 2 м / с.

- Критерій Рейнольдса Re для потоку розсолу в трубці:

Re = ω _р * d_вн / ʋ = 2 * 0, 014 / 0, 658 * 10^-6 = 42553, 19,

Де ʋ = 0, 658 * 10^-6 м² / с – коефіцієнт кінематичної в’язкості розсолу.

- Критерій Нуссельта Nu для потоку розсолу в трубці:

Nu = 0, 0263 * Re^{0, 8} * Pr^{0, 35} =

= 0, 0263 * 42553, 19^{0, 8} * 3, 925^{0, 35} = 0, 0263 * 5048, 30 * 1, 61 = 21, 35,

Де Pr = 3, 925 – критерій Прандтля.

- Коефіцієнт тепловіддачі α _р, Вт / (м² * К) від внутрішньої стінки трубки до потоку розсолу:

α _р = Nu * λ _р / d_вн = 21, 35 * 0, 642 / 0, 014 = 979, 05 Вт / (м² * К),

де λ _р = 0, 642 Вт / (м * К) – коефіцієнт теплопровідності розсолу.

- Коефіцієнт теплопередачі К, Вт / (м² * К):

=

= Вт / (м² * К)

- Середній логарифмічний температурний напір ∆ t_лог, ^оС:

∆ t_лог =

=

=

= = 44.303 ^oC

- Середня густина теплового потоку q, Вт / м²:

q = K * ∆ t_лог = 901.07 * 44.303 = 39920.104 Вт / м²

- Поверхня нагріву теплообмінного апарату F, м², у першому наближенні:

F = Q / q = 20406 / 39920.104 = 0.51 м²

- Число теплообмінних трубок n, шт. в одноходовому варіанті:

=

шт,

Де , кг / м³ – густина розсолу, а , м / с – швидкість руху розсолу в трубці

- Висота теплообмінних трубок у першому наближенні:

h = F / n * π * d_cp = 0.51 / 3.14 * 0.015 * 307 = 0.03 м,

де d_cp = (d_з+ d_вн) / 2 = (0, 016 + 0, 014) / 2 = 0, 015 м – середній діаметр теплообмінної трубки.

3.5. Компонувальний розрахунок підігрівача.

У кожухотрубних апаратах труби в гратах зазвичай розміщуються в кутах рівностороннього трикутника. При розміщенні труб по сторонах трикутника труби в решітці розташовуються у вигляді правильного шестикутника - гексагональне розташування.

Рис. 3.2. Розташування труб у трубній дошці

D_ВН = mS

S < 1, 3dн

n_ТР = 0, 75 (m² - 1) + 1, звідки ми можемо знайти m.

307 = 0, 75 m²

m = 20 шт.

S = 1, 3dн = 1.3*0.016 = 0.0208 м.

D_ВН = 20 * 0.0208 = 0.0416 м.

Якщо число труб більше 13, то в просторі між гранями зовнішнього шестикутника і обичайки можна розмістити ще деяке число труб (до 10 – 15% від n_ТР).

n_ПЗ = n_ТР + n_ТР * 0, 12 = 344 шт.

n_ПЗ – загальне число труб, розташованих в межах шетіугольніка.

m – кількість труб, які знаходяться на його більшій діагоналі.

D_ВН - внутрішній діаметр обичайки.

4. ОСНОВИ ТЕХНІЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ І РЕМОНТУ ВОДООПРЕСНЮВАЛЬНИХ УСТАНОВОК.

4.1. Послідовність включення механізмів в період пуску і зупинки водоопріснювальної установки.

Перед введенням в дію ОУ необхідно виконувати наступне: провести її огляд, перевірити справність дії КВП і обслуговуючих механізмів, переконатися в правильності перемикання арматури, перевірити наявність дистиляту в збірнику конденсатора, а також забортної води в випарнику (камера випаровування).

Введення в дію ОУ проводиться таким чином: приводять в дію конденсаційну установку, запускають РН і ДН, підводять гріючу воду або пару. На етапі введення в дію конденсаційної установки створюють розрядження в конденсаторі, для чого включають охолодження конденсатора і повітряний або вакуумний насос. На етапі пуску насосів дотримуються такої послідовності: пускають РН, подають у випарник забортну воду, а потім запускають ДН. Етап підведення гріючого середовища (води або пари) здійснюється тільки після завершення попередніх етапів і по досягненні специфікаційного розрядження. Необхідно відзначити, що введення в дію ОУ і регулювання режиму її роботи слід проводити поступово, без різких коливань тиску, температури, витрати води і пари.

Кількість гріючої води, що подається у випарник (або підігрівач) і охолоджуючої води, яка подається в конденсатор регулюють за допомогою байпасних клапанів і дроселюючими клапанами, встановленими на відливних патрубках.

Перед подачею пари, що гріє необхідно переконатися у справності конденсатовідвідників (конденсаційних горщиків), а також надійності видалення конденсату гріючої пари.

Перед початком роботи ОУ подається електроживлення і включається солемір, а також система захисту, так як відразу після введення в дію ОУ до встановлення режиму дистилят зазвичай має підвищену солоність і повинен скидатися.

Виведення з дії ОУ роблять у зворотному порядку. Спочатку відключають подачу гріючого середовища. По закінченні випаровування, що відбувається ще деякий час за рахунок акумульованого тепла, припиняють роботу повітряного ежектора або вакуумного насоса, потім зупиняють ДН і відключають солемір. Після охолодження розсолу відключають живлення і зупиняють РН. По досягненні повного охолодження ОУ припиняють подачу охолоджуючої води і відкривають повітряний кран.

При виведенні з дії ОУ необхідно при вакуумних і безвакуумних парових випарниках осушити конденсатор, видалити розсіл, але після виходу з дії випарник не заповнювати водою; оглянути і перевірити стан всієї арматури та трубопроводів.