2.5.10. Опреснительные установки
Назначение и типы установок.
На современных морских судах пресная вода, необходимая для технических и хозяйственных нужд, вырабатывается путём опреснения забортной воды специальными опреснительными установками. В первом случае опресненная вода используется для охлаждения отдельных механизмов, питания паровых котлов, доливки аккумуляторных батарей; во втором случае – для умывания и мытья экипажа и пассажиров, стирки. а после специального приготовления – для мытья посуды, питья и приготовления пищи.
Известны химические, физические и термические методы опреснения морской воды.
Химический метод применяют при опреснении небольшого количества воды и на флоте используются только в аварийной ситуации. (аварийное снабжение коллективных спасательных средств).
В основу физического метода (обратного осмоса или гиперфильтрации) положено фильтрация воды под большим давлением (около 100-150 кг/см2) через специальные мембраны. При этом происходит задержание ионов растворимых в воде солей на мембранах. Мембраны выполнены в виде пучка полых волокон из триацетата целлюлозы с внутренним диаметром 40 мкм и наружным 85—100 мкм или из металлической фольги облученной тяжелыми ионными пучками в ускорителях этих частиц. Установки конструктивно просты и надежны в работе и поэтому находят все большее применение. Недостатком метода обратного осмоса является относительно быстрая замена мембран или их специальная промывка от солей.
К термическим методам опреснения относят дистилляцию (выпаривание) морской воды.
Если воду довести до кипения, удалять выделяющиеся пары и конденсировать их, то будет вырабатываться дистиллят. Установки, в которых происходит такой процесс, называются испарительными, и они делятся на два типа.
В установке первого типа вода кипит при температуре насыщения, соответствующей давлению внутри испарителя. Такой испаритель называется кипящим.
В установке второго типа вода подогревается в одной секции, а затем подаётся в другую, где давление значительно ниже, вследствие чего она начинает кипеть и превращаться в пар. Такой испаритель называется ваккумным. Процесс испарения при давлении ниже атмосферного имеет много положительных сторон: улучшается теплопередача от греющего пара (воды) к подаваемой забортной воде, уменьшается образование накипи, снижаются потери тепла, увеличивается производительность на единицу массы и объёма испарителя. Испарители этого типа отличаются компактностью и простотой конструкции.
Поэтому в настоящее время на судах с дизельной установкой – теплоходах, наибольшее применение получили вакуумные одноступенчатые утилизационные водоопреснительные установки, использующие тепло охлаждающей пресной воды из ситемы охлаждения главного дизеля.
Широкое применение на судах морского флота нашли опреснительные фирм «АТЛАС», «НИРЕКС»
Рассмотрим устройство и работу установки фирмы «АТЛАС» (Рис161 ):
Рис.161 Схема водоопреснительной установки типа «АТЛАС»:
1 - главный двигатель; 2 – терморегулятор; 3 – охладитель пресной воды; 4 – маслоохладитель; 5 – охладитель воздуха; 6 – конденсатор; 7 – эжектор; 8 – насос забортной воды; 9 – рассольный насос; 1 - ротаметр;
11 – испаритель; 12 – дистиллятный насос; 13 – соленомер; 14 – электромагнитный клапан; 15 – расходомер;
16 – насос забортной воды; 17 – насос пресной воды
В одном корпусе установки удачно скомпонованы испаритель 11 и конденсатор 6. Греющей средой, как сказано было выше, служит горячая пресная вода из системы охлаждения двигателя. Часть воды с температурой 65-700С пропускается через испаритель11. В испарителе греющая вода, омывая трубки снаружи отдает часть теплоты для испарения забортной морской воды. Морская вода насосом 8 подается в нижнюю часть испарителя 11 и поступает внутрь трубок. Процесс испарения морской воды происходит при температуре 65-700С вследствие создаваемого в корпусе испарителя вакуума (порядка 93%) с помощью эжектора 7. образовавшийся пар проходит через отбойный щит сепаратора и достигает горизонтального конденсатора. В конденсаторе пар конденсируется и в виде дистиллята отводиться дистиллятным насосом 12 через соленомер 13 и расходомер 15 в танки пресной воды. При превышении солесодержания в дистилляте выше допустимого соленомер через электромагнитный клапан 14 возвращает дистиллят на повтолрное испарение. Неиспарившаяся морская вода с повышенным содержанием солей (рассол) постоянно откачивается рассольным насосом 9 за борт. Насос забортной воды 8 одновременно подает морскую воду в испаритель и обеспечивает работу вакуумного эжектора 7 .
При включении в работу такой установки необходимо учесть, что она начинает работать как охладитель пресного контура системы охлаждения дизеля.
В последние годы получили применение водоопреснительные установки с использованием принципа обратного осмоса – гиперфильтрации. Как было сказано выше он основан на разделении растворов фильтрованием через полупроницаемые мембраны, поры которых пропускают молекулы воды, но не пропускают гидратированные соли или молекулы недиссоциированных соединений. Если в сосуде между пресной и соленой водой поместить полупроницаемую перегородку, способную пропускать воду и задерживать гидратированные ионы растворимых в воде солей, то можно наблюдать, как пресная вода начинает поступать в отсек с соленой водой. Переток чистой воды происходит вследствие разницы концентрации жидкости по обеим сторонам перегородки. Через некоторое время уровень пресной воды станет заметно ниже уровня соленого раствора. Разница уровней после установившегося равновесия характеризует осмотическое давление растворенного вещества. Если создать в соленом растворе давление, превышающее осмотическое, то возникает перетекание молекул пресной воды в направлении, обратном ее естественному движению, т.е. вода из раствора начинает перетекать через перегородку в пресную воду. Такой процесс известен под названием обратного осмоса. Опреснение соленой воды методом обратного осмоса основывается как раз на процессе перетекания молекул чистой воды из раствора при создании давления, превышающего осмотическое, в направлении от раствора к пресной воде через полупроницаемую перегородку. Полупроницаемая перегородка выбирается с таким расчетом, чтобы через ее поры могли проходить молекулы воды, но не могли проходить ионы солей, растворенных в соленой воде. Поскольку ионы солей, в размере примерно в 1,5 раза больше, чем молекулы воды, то это осуществить (в техническом смысле) вполне возможно.
Метод обратного осмоса по сравнению с традиционными методами обладает существенными преимуществами: затраты энергии на процесс относительно невелики, установки конструктивно просты и компактны, их работа мало зависит от колебаний качества исходной воды, для эксплуатации не требуется высококвалифицированного персонала, работа установок может быть легко автоматизирована. Основной особенностью обратного осмоса является практическое отсутствие расхода каких-либо химических реагентов для обработки воды (кислоты, щелочи и др.), если не считать небольших затрат для корректировки рН, ингибирования солеотложений и периодической промывки мембран.