![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
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(sW - sд) = Vпр (sp -sw) (1) Де V2, Vпр – кількість води 2, яка випаровується в випарнику і розсолу, який продувається насосом 1, м3 / год; sw, sp - солевміст живильної (морської) води і розсолу, мг / л; sд - солевміст дистиляту, що забирається з конденсатора 3 конденсатним насосом 4, мг / л. Нехтуючи солевмістом дистиляту, яке приблизно в 10 тис. разів менше sw, а також розходженням щільності розсолу і морської води, вираз (1) можна представити у вигляді: G2 * sw = Gпр (sp -sw), (2) Де G2, Gпр -кількість вторинної пари і розсолу, який продувається, кг / год. Ставлення Gпр / G2 називають коефіцієнтом продування ε:
Вираз (3) дозволяє встановити залежність солевмісту розсолу від коефіцієнта продування і солевмісту живильної (морської) води:
Рис. 1.8. Схема продування випарника. Кількість живильної води, кг / год: Gw = G2 + Gпр = G2(1 + ε). (5) У відповідності з виразом sд = (1 - х) sp встановлено, що для отримання якісного дистиляту із загальним солевмістом sд ≤ 10 мг / л необхідно, щоб загальний солевміст розсолу було sр < 50 г / л, а ступінь сухості вторинної пари була не нижче х = 0, 9998. З урахуванням того, що загальний солевміст морської води sw = 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 t1г = 65 оС. - Кінцева температура гріючої води t2г = 57 оС. - Теплоємність гріючої води сг = 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:
- Температурна депресія за формулою:
- Температура розсолу за формулою:
t'p=t2+δ tp = 42+0, 5 =42.5 oC.
- Температура живильної води (із розрахунку конденсатора) t0 = 35 oC. - Температура розсолу, що надходить у підігрівач:
tp1 =
=
- Температура розсолу на виході з підігрівача (прийнята): tp2 = 49.5 oC. - Кількість розсолу, що надходить в підігрівач, за формулою:
Gp =
- Продуктивність циркуляційного розсільного насосу:
(Gp+ε G2) = (95.6*103+3*1000) =98, 6 * 103 кг/год.
- Витрата гріючої води за формулою:
G1r = з урахуванням рівняння:
Q = Gp(tp2 – tp1)cp = 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:
Qп = G2 (i2-ig) = 1000*(2577-175.86) = 666.99 кДж / год.
Де ig – ентальпія дистиляту, яка визначається з таблиць водяної пари відповідно до тиску на виході з конденсатора та з обліком його парового опору.
Δ P - величина яка вибирається в діапазоні (0, 1 ÷ 0, 2) кПа. - Кратність охолодження (прийнята): М = 80 - Витрата води, що охолоджує:
Gз.в.=
Де - Температурний напір у конденсаторі:
Δ tк =
=
=
Де tg – температура дистиляту, яка визначається за тиском - Коефіцієнт теплопередачі у конденсаторі:
Кк =
=
Де - Поверхня охолодження в конденсаторі: FK = Qп/3.6*Кк*Δ tк = 666, 99*1000/3, 6*2465, 44*14, 5=5, 18 м2
- Кількість трубок конденсатору:
ZK=4*fK*Gз.в./3600π
Де fK=2÷ 4 – кількість ходів води, що охолоджує; dвн = 0, 014 – внутрішній діаметр труб конденсатору. - Еквівалентний діаметр трубного пучка конденсатору:
Dекв = 1.05*SK
Де SK = 1, 3*dн – крок труби; dн = 0, 016 м; - Довжина труб конденсатору:
LK = FK/π dнZK = 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 DВН = mS S < 1, 3dн nТР = 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. DВН = 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 nТР). nПЗ = nТР + nТР * 0, 12 = 508 шт. nПЗ – загальне число труб, розташованих в межах шетіугольніка. m – кількість труб, які знаходяться на його більшій діагоналі. DВН - внутрішній діаметр обичайки. 3.4. Тепловий розрахунок підігрівача розсолу. Вихідні дані: - Температура гріючої води на вході в теплообмінний апарат: t1г = 65 оС - Температура гріючої води на виході з теплообмінного апарату: t2г = 57 оС. - Теплоємність гріючої води: сг = 4, 183 кДж/(кг*оС). - Середня температура гріючої води: tГВсер = (t1г + t2г) / 2 = = (65 + 57) / 2 = 61 оС. - Продуктивність установки G2 = 1000 кг/год. - Кількість розсолу, що надходить в підігрівач, за формулою:
Gp =
- 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) ср = 3, 9 кДж / (кг* oC). - Зовнішній діаметр розсільних труб підігрівника розсолу dз = 0, 016 м - Внутрішній діаметр розсільних труб підігрівника розсолу dвн = 0, 014 м - Товщина теплообмінної стінки труби δ л.тр.=
= (dз - dвн) / 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:
tp1 =
= Де tp1 = t2 + δ tp = t2 + - Кількість теплоти Q, кДж / год, що витрачається на підігрів циркулюючого розсолу до температури tp2:
Q =
= 95600 * 7 = 669200 кДж / год,
Де - Витрата гріючої води,
Де η = 0, 98 – коефіцієнт, що враховує втрату теплоти в навколишнє середовище. - Швидкість гріючої води у між трубному просторі ω гв:
ω гв =
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 * dз / 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 * Re0, 8 * Pr0, 35 = = 0, 0263 * 73640, 170, 8 * 2, 980, 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 / dз = 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 * dвн / 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 * Re0, 8 * Pr0, 35 = = 0, 0263 * 42553, 190, 8 * 3, 9250, 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 / dвн = 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):
=
- Середній логарифмічний температурний напір ∆ tлог, оС: ∆ tлог = = = =
- Середня густина теплового потоку q, Вт / м2:
q = K * ∆ tлог = 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:
Де - Висота теплообмінних трубок у першому наближенні:
h = F / n * π * dcp = 0.51 / 3.14 * 0.015 * 307 = 0.03 м, де dcp = (dз+ dвн) / 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 DВН = mS S < 1, 3dн nТР = 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. DВН = 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 nТР). nПЗ = nТР + nТР * 0, 12 = 344 шт. nПЗ – загальне число труб, розташованих в межах шетіугольніка. m – кількість труб, які знаходяться на його більшій діагоналі. DВН - 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.
|