Войти
Этот паровой испаритель на борту HMS Belfast перегоняет до шести тонн пресной воды в час для бойлера и для питья. испаритель, дистиллятор или дистиллятор - часть судового оборудования, используемого для производства свежей питьевой воды из морской воды путем дистилляции. Поскольку пресная вода громоздка, может испортиться при хранении и является важным запасом воды для любого длительного плавания, способность производить больше пресной воды в середине океана важна для любого корабля.
Основная схема перегонного куба. Хотя дистилляторы часто ассоциируются с пароходами, их использование предшествует этому. Получение пресной воды из морской воды - это теоретически простая система, которая на практике представляет множество трудностей. Несмотря на то, что сегодня существует множество эффективных методов, первые попытки опреснения давали низкую урожайность и часто не позволяли получить питьевую воду.
Сначала только более крупные военные корабли и некоторые исследовательские корабли были оснащены дистилляционными аппаратами: большая команда военного корабля, естественно, нуждалась в большой запас воды, больше, чем они могли уложить на борту заранее. Грузовые корабли с меньшим количеством экипажей просто возили с собой припасы. Список задокументированных систем следующий:
С разработкой судового парового двигателя их котлам также требовалась постоянная подача питательной воды.
Первые котлы использовали морскую воду напрямую, но это создавало проблемы с конструкцией. -вверх рассол и шкала. Судовые двигатели обычно используются для повышения эффективности, а также для экономии питательной воды. К 1865 году использование усовершенствованного поверхностного конденсатора позволило использовать подачу пресной воды, поскольку теперь необходимая дополнительная питательная вода составляла лишь небольшое количество, необходимое для компенсации потерь, а не всего, прошедшего через котел.. Несмотря на это, большому военному кораблю может потребоваться до 100 тонн подпитки пресной воды в систему питательной воды в день, когда он находится на полной мощности. Также уделялось внимание деаэрации питательной воды для дальнейшего уменьшения коррозии котла.
Система дистилляции питательной воды для котла в то время обычно называлась испарителем, частично чтобы отличить его от отдельной системы или дистиллятора, используемого для питьевой воды. Часто использовались отдельные системы, особенно в ранних системах, из-за проблемы загрязнения масляными смазочными материалами в системе питательной воды и из-за сильно различающейся производительности, необходимой на более крупных судах. Со временем эти две функции были объединены, и эти два термина стали применяться к отдельным компонентам системы.
Первые системы подачи воды путем дистилляции паров котлов появились на ранних лопастных пароварках и использовали простой железный ящик в лопастных ящиках, охлаждаемый водяными брызгами.. К ним была подведена подача пара прямо из котла, минуя двигатель и его смазочные материалы. С появлением кожухов для нагрева пара вокруг цилиндров двигателей, таких как основной двигатель, выхлопные газы из этого источника, опять же без масла, могут конденсироваться.
Два испарителя для лайнеров Olympic, 1910 г. Первые дистилляционные установки, которые кипятили воду отдельно от основного котла, появились примерно в 1867 году. пламя, но имел первичный паровой контур, использующий пар основного котла через змеевики в паровом барабане или испарителе. Затем дистиллят из этого сосуда поступал в соседний сосуд - перегонный конденсатор. Поскольку в этих испарителях напрямую используется «чистая» морская вода, а не загрязненная вода из контура котла, их можно использовать для подачи как питательной, так и питьевой воды. Эти двойные дистилляторы появились примерно в 1884 году. Для защиты от сбоев корабли, за исключением самых маленьких, были оснащены двумя наборами.
Испарители потребляют много пара и, следовательно, топлива, относительно к количеству произведенной пресной воды. Их эффективность повышается за счет работы в частичном вакууме, создаваемом конденсаторами главного двигателя. На современных судах с дизельным двигателем этот вакуум может вместо этого создаваться с помощью эжектора, который обычно работает за счет мощности насоса для рассола. Работа под вакуумом также снижает температуру, необходимую для кипячения морской воды, и, таким образом, позволяет использовать испарители с более низкотемпературным отходящим теплом из системы охлаждения дизельного топлива.
Одна из самых серьезных эксплуатационных проблем испарителя - это накопление накипи. Его конструкция разработана таким образом, чтобы уменьшить это и сделать очистку максимально эффективной. Обычная конструкция, разработанная Weir и Admiralty, предназначена для вертикального цилиндрического барабана, нагреваемого пароносящими утопленными змеевиками в нижней части. Поскольку они полностью погружены в воду, они избегают наиболее активной области отложения накипи вокруг ватерлинии. Каждая катушка состоит из одной или двух спиралей в плоской плоскости. Каждый змеевик легко снимается для очистки и крепится отдельными штуцерами труб через испаритель. Также предусмотрена большая дверца, позволяющая снимать или заменять катушки. Очистку можно производить механически, с помощью ручного молотка для удаления зубного камня. Это также может привести к механическому повреждению трубок, так как малейшая точечная коррозия может стать ядром образования накипи или коррозии. Также распространенной практикой является устранение легкого накипи за счет теплового удара, пропускания пара через змеевики без охлаждающей воды или нагревания змеевиков с последующим введением холодной морской воды. В 1957 году испытательный корабль HMS Cumberland, устаревший тяжелый крейсер, был использован для первых испытаний дистиллятора с «гибким элементом», где нежесткие нагревательные змеевики постоянно изгибались в процессе эксплуатации. и таким образом вырвал окалину, как только она образовала жесткий слой.
Несмотря на очевидную соленость морской воды, соль не является проблемой для отложения, пока она не достигнет концентрации насыщения. Поскольку это примерно в семь раз больше, чем у морской воды, а испарители работают только с концентрацией в два с половиной раза, это не проблема при эксплуатации.
Более серьезной проблемой образования накипи является отложение сульфата кальция. Температура насыщения этого соединения снижается при температуре выше 60 ° C (140 ° F), так что, начиная примерно с 90 ° C (194 ° F), образуется твердый и вязкий осадок.
Для дальнейшего контроля образования накипи может быть предусмотрено оборудование для автоматической закачки слабого раствора лимонной кислоты в исходную морскую воду. Отношение составляет 1: 1350 по массе морской воды.
Работа испарителя представляет собой дорогостоящее потребление пара основного котла, то есть топлива. Испарители для военного корабля также должны быть достаточными для обеспечения котлов постоянной полной мощностью, когда это необходимо, даже если это требуется редко. Изменение вакуума, в котором работает испаритель, и, следовательно, температуры кипения питательной воды, может оптимизировать производство либо для максимальной производительности, либо для повышения эффективности, в зависимости от того, что требуется в данный момент. Наибольшая производительность достигается, когда испаритель работает при давлении, близком к атмосферному, и высокой температуре (для насыщенного пара это будет предел 100 ° C), при этом эффективность может быть равна 0,87 кг произведенной питательной воды. на каждый кг подаваемого пара.
Если вакуум в конденсаторе увеличится до максимального значения, температура испарителя может снизиться примерно до 72 ° C. Эффективность увеличивается до тех пор, пока масса производимой питательной воды почти не сравняется с массой подаваемого пара, хотя производство теперь ограничено 86% от предыдущего максимума.
Испарители обычно устанавливаются в виде комплекта, где два испарителя соединены с одинарный дистиллятор. Тогда для надежности на больших кораблях будет пара таких наборов. Эти комплекты испарителей можно расположить параллельно или последовательно для максимального или наиболее эффективного производства. Таким образом, два испарителя располагаются таким образом, что первый работает при атмосферном давлении и высокой температуре (случай максимальной производительности), но затем использует полученную горячую мощность первого испарителя для привода второго, работающего при максимальном вакууме и низкой температуре (максимальная эффективность кейс). Общий выход питательной воды может превышать вес пара, подаваемого первым, и составляет до 160%. Однако производительность снижается до 72% от максимальной.
Неиспаренная морская вода в испарителе постепенно становится концентрированным рассолом, и, как и в первых паровых котлах с подачей морской воды, этот рассол должны периодически сбрасываться каждые шесть-восемь часов и сбрасываться за борт. Ранние испарители просто монтировались высоко и сбрасывали рассол под действием силы тяжести. Поскольку возрастающая сложность поверхностных конденсаторов требовала лучшего качества питательной воды, насос стал частью испарительного оборудования. Этот насос имел три комбинированные функции: насос подачи забортной воды, насос подачи пресной воды и насос для извлечения рассола, каждый из которых имел постепенно меньшую мощность. Соленость рассола была важным фактором эффективности испарителя: слишком плотный способствовал образованию накипи, но слишком низкий уровень представлял собой трату нагретой морской воды. Таким образом, оптимальная рабочая соленость была установлена в три раза выше, чем у морской воды, и поэтому насос для рассола должен был отводить не менее одной трети общего расхода питательной воды. Эти насосы напоминали паровые поршневые насосы питательной воды, уже находящиеся в эксплуатации. Обычно их выпускали известные производители, такие как GJ Weir. Использовались вертикальные и горизонтальные насосы, хотя предпочтение было отдано горизонтальным насосам, поскольку они способствовали деаэрации питательной воды. Позже были приняты роторные центробежные насосы с электрическим приводом, как более эффективные и надежные. Первоначально были опасения, смогут ли они перекачивать рассол против вакуума испарителя, и поэтому был также переходный тип, где приводился червячный редуктор с приводом плунжерный насос для рассола. от вращающегося вала.
Более поздней формой судового испарителя является мгновенный дистиллятор. Подогретая морская вода закачивается в вакуумную камеру , где она «мигает» в чистый водяной пар. Затем он конденсируется для дальнейшего использования.
Поскольку использование вакуума снижает давление пара, температуру морской воды нужно только поднять до 77 ° C (171 ° F). И испаритель, и дистиллятор объединены в одну камеру, хотя на большинстве заводов используются две соединенные камеры, работающие последовательно. Первая камера работает при вакууме 23,5 дюймов ртутного столба (80 кПа ), вторая - при 26–27 дюймов ртутного столба (88–91 кПа). Морская вода подается в дистиллятор с помощью насоса с расходом около 20 фунтов на квадратный дюйм (140 кПа). Холодная морская вода проходит через змеевик конденсатора в верхней части каждой камеры, а затем нагревается паром во внешнем нагревателе питательной воды. Нагретая морская вода поступает в нижнюю часть первой камеры, затем стекает через водослив и проходит во вторую камеру, чему способствует разность вакуума между ними. Солевой раствор, производимый установкой мгновенного перегонки, имеет лишь небольшую концентрацию и непрерывно перекачивается за борт.
Пары пресной воды поднимаются через камеры и конденсируются змеевиками с морской водой. Перегородки и водосборные лотки улавливают эту воду в верхней части камеры. Сам по себе вакуум поддерживается паровыми эжекторами.
Преимущество мгновенного дистиллятора над составным испарителем заключается в его большей эффективности с точки зрения подводимого тепла. Это связано с работой в условиях вакуума и, следовательно, с низкой температурой, а также с регенеративным использованием змеевиков конденсатора для предварительного нагрева подаваемой морской воды.
Ограничением мгновенного дистиллятора является его чувствительность к температуре морской воды на входе, так как это влияет на эффективность змеевиков конденсатора. В тропических водах необходимо регулировать расход дистиллятора для поддержания эффективной конденсации. Поскольку эти системы более современные, они обычно оснащены электрическим салинометром и некоторой степенью автоматического управления.
Один из двух парокомпрессионных дистилляторов в машинное отделение подводной лодки времен Второй мировой войны USS Pampanito (SS-383) Дизель с двигателем теплоходы не используют паровые котлы как часть своей главной двигательной установки и поэтому могут не иметь паровых систем. доступны для привода испарителей. Некоторые так и поступают, поскольку используют вспомогательные котлы для таких задач, не связанных с движением. Такими котлами могут быть даже котлы-утилизаторы, которые нагреваются выхлопными газами двигателя.
При отсутствии адекватной подачи пара используется парокомпрессионный дистиллятор вместо. Он приводится в действие механически, либо электрически, либо собственным дизельным двигателем.
Морская вода перекачивается в испаритель, где она кипятится с помощью нагревательного змеевика. Образующийся пар затем сжимается, повышая его температуру. Этот нагретый пар используется для нагрева змеевиков испарителя. Конденсат из выпускного отверстия змеевика обеспечивает подачу свежей воды. Для запуска цикла используется электрический подогреватель для нагрева первой подачи воды. Основная энергия, поступающая в установку, заключается в механическом приводе компрессора, а не в виде тепловой энергии.
Производство пресной воды и отработанный рассол из испарителя проходят через выходной охладитель. Он действует как теплообменник с входящей морской водой, предварительно нагревая ее для повышения эффективности. В зависимости от конструкции установка может работать как при низком давлении, так и при небольшом вакууме. Поскольку испаритель работает под давлением, а не под вакуумом, кипение может быть сильным. Чтобы избежать риска заливки и уноса соленой воды в пар, испаритель разделен пузырьковой крышкой сепаратором.
Парокомпрессионные дистилляторы были установлены на подводных лодках США незадолго до Второй мировой войны. Были предприняты первые попытки с испарителями, работающими от тепла выхлопных газов дизельных двигателей, но они могли использоваться только тогда, когда подводная лодка двигалась на высокой скорости. поверхность. Еще одна сложность с подводными лодками заключалась в необходимости производить воду высокого качества для пополнения их больших аккумуляторных батарей. Типичное потребление на a составляло около 500 галлонов США (1900 литров) в день для гостиничных услуг, питья, приготовления пищи, стирки и т. Д., А также для пополнения системы охлаждения дизельного двигателя. Еще 500 галлонов в неделю требовалось для батарей. Стандартная модель Badger X-1 для дизельных подводных лодок могла производить 1000 галлонов в день. Резервуар емкостью 5600 галлонов (из которых 1200 - аккумуляторная вода) был обеспечен примерно 10-дневным резервом. С появлением атомных подводных лодок и их обильным электроснабжением можно было установить еще более крупные станции. Установка X-1 была спроектирована таким образом, чтобы ее можно было эксплуатировать при сноркелинге или даже при полном погружении в воду. Поскольку при погружении в воду возрастает давление окружающей среды и, следовательно, температура кипения, этим подводным дистилляторам требовалось дополнительное тепло, и поэтому они были разработаны для непрерывной работы с электрическим нагревом.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с испарителями. |
