Обробка живильної води
Для забезпечення необхідних норм якості живильну воду піддають різній обробці: фільтрації, деаерації, дистиляції, електрохімічного і хімічного знесолення і т. Д.
Фільтрація води і очищення конденсату від масла мають особливо важливе значення для судів з паровими поршневими механізмами і для котлів дизельних танкерів, де є підігрів вантажу. Для очищення конденсату від масла застосовують фільтри, встановлені в теплих ящиках або на магістралях живильної води і складаються з коксу, люфи, махрової тканини, синтетичних матеріалів (поролону) і т.д. Фільтруючий матеріал вибирають головним чином по його здатності очищати воду від нафтопродуктів. Для цієї ж мети на деяких судах теплий ящик має всередині ряд перегородок, що утворюють каскадне рух води (рис. 1).
Мал. 1. Принципова схема теплого ящика суден типу "Витегралес".
Конденсат відпрацьованої пари по трубопроводу 3 надходить у верхню частину теплого ящика і перш, ніж потрапить в фільтр 1. проходить каскадний маслоотделитель 2. За перепускному патрубку 7 конденсат направляється в нижню частину теплого ящика, а звідти по трубопроводу 5 до живильних насосів. У нижній частині теплого ящика встановлений змійовик 6 для охолодження живильної води. Істотним недоліком цієї установки є подача додаткової води в нижню частину теплого ящика 4. Це призводить до того, що якщо вода в танках запасу містить механічні домішки, то вони безперешкодно потрапляють в живильне магістраль котла. Особливо інтенсивні забруднення теплого ящика і магістралі спостерігаються в погану погоду, коли качка судна викликає перехід осаду в танках у зважений стан.
Конденсат до теплого ящика підводиться від підігрівачів палива і масла, як правило, через спеціальну контрольну цистерну, яка має оглядове скло для візуального спостереження за якістю конденсату. У разі необхідності забруднене конденсат може перепускає в стічну цистерну. Пара з системи опалення та інших споживачів, де немає небезпеки забруднення, йде в конденсатор і звідти конденсат надходить в теплий ящик.
Мал. 2. конденсатного-поживна система судів типу "Іловайськ".
Підведення конденсату від обігріву танків 2 (рис. 2) та інших споживачів 3 можливий через охолоджувач 4 конденсату, якщо немає небезпеки забруднень, минаючи контрольну цистерну 12. У тих випадках, коли конденсат направляється через контрольну цистерну, він охолоджується спеціальним змійовиком, встановленим в ній , по якому проходить забортної вода з тієї ж магістралі 1, що і для охолоджувача конденсату. Крім того, цистерна 12 розташована в теплому ящику 5 і частково теплота від неї відводиться омиває зовні водою. Цистерна обладнана оглядовим склом, патрубками зливу нафтопродуктів 11 і осушення 10.
Харчування котлів на цих судах може здійснюватися автоматично через регулятори харчування (трубопроводи 7) або вручну по обвідний системі 9. Живильні насоси 8 можуть брати воду як з теплого ящика, так і безпосередньо з танка. Для введення в котел хімічних препаратів обробки води в системі передбачений дозувальний бачок 6 місткістю 10 л.
Мал. 3. Система охолодження конденсату на судах типу "Ігор Грабарь".
На судах окремих серій (переважно фінської споруди) охолоджувач конденсату отсутствет, а його роль виконує змійовик, встановлений в теплому ящику (рис. 3). Пароконденсатне суміш від споживачів по трубопроводу 9 надходить в змійовик і тільки після цього потрапляє в ящик. У змійовику відбуваються конденсація залишків пара і охолодження конденсату. Для охолодження води в теплому ящику встановлені додатково два змійовика, прокачувати забортної водою. Підведення забортної води (трубопровід 1) здійснюється з системи охолодження головного і допоміжного двигунів, температура її на вході в теплий ящик становить близько 20 ° С навіть в зимовий час. Це призводить до того, що вода в теплому ящику нагрівається до 90 ° С, а іноді і вище. Відводиться забортної вода через трубу 3. Конденсат від підігріву палива і масла по магістралі 6 подається через контрольну цистерну 5. у разі забруднення його передбачений злив 7. Додаткова вода подається через трубу 8, а на випадок переповнення теплого ящика передбачений перепуск 2 в танк. Для запобігання надмірного тиску в теплому ящику і контрольної цистерні вони обладнані повітряної трубою 4.
Деаерація води проводиться з метою видалення розчинених у ній газів. Для СКУ головним завданням цього виду обробки є видалення з води кисню і вуглекислоти. Найбільш ефективний спосіб видалення розчинених газів з води - десорбція. Він заснований на відомих законах Генрі - Дальтона, що характеризують залежність між концентрацією розчиненого газу і його парціальним тиском. Концентрація розчиненого у воді газу виражається рівнянням
де Кг- коефіцієнт абсорбції газу водою (розчинності); РГ і РВП - парціальний тиск газу і водяної пари, МПа; РВ - загальний тиск над поверхнею води, МПа.
З наведеного виразу видно, що концентрація газу в воді зменшується при збільшенні парціального тиску водяної пари, чому сприяє підвищення температури води. Від температури води істотно залежить і коефіцієнт абсорбції газу водою (розчинність в воді). На рис. 4 показана ця залежність для кисню і вуглекислоти, т. е. найбільш характерних газів для живильної води СКУ.
Мал. 4. Залежність розчинності вуглекислого газу (1) і кослорода (2) у воді від температури.
Основним корозійно-активним газом для суднових котлів є кисень. Вибір і використання ефективного способу знекиснення живильної води залежать від призначення і типу котельні установки, параметрів пари, умов роботи і прийнятої системи харчування і водопідготовки, вихідної та кінцевої концентрацій розчиненого у воді кисню.
Кисень видаляють з води десорбціонную (фізичними) і хімічними методами. Стосовно до СКУ десорбціонную метод реалізується переважно на паротурбінних судах (головні котли) з використанням термічних деаераторів. У деаераторах вода нагрівається до температури кипіння при одночасному розпиленні і видаленні з неї газів. Відповідно до законів Генрі і Дальтона (закон Дальтона є окремим випадком закону Генрі) умовами хорошої роботи деаератора є нагрівання води до температури кипіння при тиску, що підтримується в апараті, тонке розпилення і рівномірний розподіл води по перетину деаератора, видалення пароповітряної суміші з апарату.
Для допоміжних КУ великого поширення набули хімічні методи деаерації, засновані на зв'язуванні кисню в корозійно-інертні речовини в результаті окисно-відновних процесів. Як відновники використовують такі реагенти, як сульфіт натрію, гідразин.
Обробка води сульфитом натрію заснована на реакції окислення сульфіту розчиненим у воді киснем.
Інтенсивність реакції залежить від температури води і водневого показника. Найбільш сприятливі умови для її протікання існують при температурі води не менше 80 ° С і pH≤8.
У зарубіжній практиці використовують хімічні реагенти на основі гідразину з введенням каталізаторів. Так, в Німеччині активоване гідразин має товарне найменування левоксіна, а фірма "Дрю Амероід" (США) випускає подібний препарат з назвою амерзін. Інтенсивність знекиснення гидразином значно вище, ніж при сульфітування, і швидко збільшується при підвищенні температури води. В обох випадках препарати вводять в живильну воду, і температурний режим контролюють по воді в теплому ящику.
Гідразин, що вводиться в живильну воду, взаємодіє з оксидами заліза і міді, присутніми у воді і на поверхні металу.
В котельній воді і в пароперегрівачах надлишок гідразину розкладається з утворенням аміаку.
При використанні гідразингідрату необхідно враховувати його властивості. Гідразингідрат - безбарвна рідина, легко поглинає з повітря кисень, вуглекислоту і водяні пари, добре розчинний у воді. Гідразин токсичний, а при концентрації більше 40% - горючий. При зверненні з ним слід строго дотримуватись відповідних правил безпеки праці.
Іонообмінну обробку живильної води виробляють з метою зниження її жорсткості і запобігання таким чином накипформування в котлі. Залежно від типу застосовуваних матеріалів для іонного обміну процес, що відбувається в іонообмінному фільтрі, може бути катіонних і аніонних.
У судновий практиці найчастіше застосовують метод катионирования. сутність якого полягає в заміні накипеобразующих іонів Са 2+. Mg 2+ іонами Na + або Н + при фільтрації жорсткої води через особливі матеріали, схильні до іонного обміну.
При виснаженні фільтра катионит піддається регенерації пропусканням через нього 5-10% -ного розчину кухонної солі для Na-катіоніту або 2% -ного розчину сірчаної кислоти для Н-катіоніту зі швидкістю 7-10 м / ч. В результаті регенерації іони Са 2+ і Mg 2+ знову замінюються катіонами Na або Н. Регенерація проводиться, як правило, щодоби тривалістю близько 1 ч.
Найбільш поширені Na-катіонітових фільтри. Фільтруючими матеріалами можуть бути природні (глауконіт - мінерал, водний алюмосилікат заліза і калію складного хімічного складу, який має зеленуватий відтінок) і штучні (сульфоуголь).
При Na-катіонірованіе жорсткість води зменшується, але зростає лужність внаслідок утворення їдкого натру і відпадає необхідність вводити додаткову луг. Однак якщо обробці Na-катіонуванням піддається вода з великою жорсткістю, то в котлі може з'явитися надлишок лугу і привести до лужної корозії.
Для запобігання утворенню надлишку лугу доцільно використовувати змішане (паралельне або послідовне) катіонірованіе, пропускаючи воду через Na і Н-катіонітових фільтри.
Складність обладнання, великі розміри, а також необхідність мати на судні матеріали регенерації є причинами обмеженого застосування цього методу водообробки на судах.
Стосовно до малих установкам використання складних схем водообробки економічно недоцільно. У цих випадках раціональне рішення проблеми водопідготовки може бути досягнуто шляхом застосування простих і дешевих засобів, до числа яких можуть бути віднесені фізичні методи обробки води (ультразвукової, електростатичний, магнітний і т. Д.).
З огляду на простоти застосовуваних пристроїв і зручності експлуатації велике застосування знаходить магнітний метод обробки. У складі вітчизняного флоту цей спосіб використовують на судах типів "Беломорсклес", "Ленінська гвардія", "Ігор Грабарь", "Муром", що мають магнітні фільтри (постійні магніти) на магістралях живильної води.
Як показує практика експлуатації магнітних пристроїв, вода, оброблена в магнітному полі, значно зменшує свої накипформуванн властивості. При цьому спостерігається інтенсивне руйнування міцних накипних відкладень, що утворилися до застосування магнітного методу водопідготовки.
Основна мета магнітного методу водообробки - змінити умови кристалізації накіпеобразователей і забезпечити їх випадання не на поверхні нагрівання, а у вигляді шламу в обсязі води, що надходить в котел. Тому результати застосування цього методу в основному залежать від ефективності пристроїв і заходів, що забезпечують своєчасне видалення зважених часток з обсягу води. В котлі накопичується ілообразная маса, яка легко може віддалятися продуванием його.
Застосування магнітної обробки води не вимагає систематичного введення хімічних реактивів всередину котла.
Виключає регулярне використання водокоррекціонних препаратів і ультразвукова обробка. Прилади ультразвукової обробки є і на судах вітчизняного флоту. Наприклад, на судах типу "Красноград", "Краснокамськ", "Айнажи" встановлені на котлах прилади системи "Крустекс" (Англія). Слід мати на увазі, що ці прилади впливають не на воду, а служать для розпушення вже утворюються відкладень. Вони запобігають скупчення накипу на поверхнях нагріву, але не перешкоджають її утворення. Розпушення накипу сприяє видаленню її при продуванні котла.