THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC NGỌT


4.1. Cơ sở lý thuyết của các quá trình hóa hơi của hơi nước

4.1.1 Ảnh hưởng của áp suất tới nhiệt độ hóa hơi của hơi nước

Khi áp suất trong thiết bị bay hơi tăng sẽ làm cho nhiệt độ sôi và nhiệt độ hóa hơi của hơi nước tăng, khi nhiệt độ sôi của nước trong thiết bị bay hơi tăng thì cáu cặn được tạo ra trong các bề mặt gia nhiệt tăng, làm giảm hệ số truyền nhiệt K và làm giảm sản lượng hơi.

Do đó trên các tàu thủy, người ta thường sử dụng các thiết bị bay hơi kiểu chân không, nước biển sẽ được tiến hành chưng cất ở nhiệt độ nhỏ hơn 55o­C

4.1.2 Ảnh hưởng của tốc độ hóa hơi và áp suất của hơi đến độ sạch của hơi:

Trong nước biển, nồng độ muối trung bình là 3,5% trong đó có 77,8% làmuối ăn(NaCl) còn lại là các loại muối khác (MgCl2 v.v…). Hàm lượng muối của nước biển và thành phần chưng cất có thể được đặc trưng bởi các thành phần riêng chưng cất, ví dụ ion Cl- hay lượng NaCl (miligam trong một lít nước).

Độ muối của nước biển được đo bằng độ branta (br), 10br là hàm lượng clorua trong nước tương đương 10 miligam NaCl/lít hay 6,06 miligam Cl-/lít

Nước chưng cất nhận được là do ngưng tụ hơi thứ cấp (hơi nước biển), nước chưng cất này bị nhiễm mặn là do hơi nước biển mang theo trong mình những hạt muối. Khi các hạt nước muối và nước muối trong thiết bị bay hơi có độ ngậm muối như nhau thì độ ngậm muối của nước cất tỷ lệ bậc nhất với độ ẩm của hơi thứ cấp và độ ngậm muối của nước muối.

Để giữ cho lượng clorua trong nước cất không quá 3 mg Cl-/lít khi độ ngậm muối của nước trong bầu bay hơi là 50000br, thì độ ẩm của hơi thứ cấp không được vượt quá 0,01%.

Khi cường độ sôi càng tăng thì các bóng hơi càng lớn và tốc độ tách của chúng qua bề mặt bay hơi càng lớn và mang theo mình các hạt nước muối càng lớn. Lượng ẩm (nước muối) mang theo vào không gian hơi phụ thuộc vào sức căng của mặt nước bay hơi và đó là tỷ số giữa thể tích hơi thứ cấp nhận được sau một giờ với bề mặt tự do của nước mặn trong bầu bay hơi. Tăng sức căng của bề mặt nước bay hơi và phụ tải của bầu bay hơi không ổn định thì lượng ẩm (tức nước muối) bị cuốn vào không gian hơi tăng lên.

Không gian hơi càng lớn thì độ ẩm của hơi càng nhỏ, vì các hạt nước muối lớn khi đi vào không gian hơi dưới tác dụng của lực trọng trường bị rơi trở lại phía dưới, do đó hơi thứ cấp được làm khô một chút. Còn các hạt muối nhỏ được hơi thứ cấp tác dụng lên, vận tốc của các hạt nước muối tỷ lệ bình phương với tốc độ của hơi. Bởi vậy tốc độ của hơi thứ cấp ảnh hưởng càng lớn đến độ ẩm của nó khi áp lực càng lớn. Ví dụ tốc độ của hơi là 2,5m/s, áp suất khoảng 3 kPa thì hơi thứ cấp có thể mang theo các hạt muối có đường kính 0,3mm. Bởi vậy để làm khô hơi thứ cấp người ta sử dụng bộ phận phân ly hơi.

4.2 Ứng dụng và phân loại thiết bị chưng cất nước ngọt tàu thủy:

4.2.1 Ứng dụng:

§  Thiết bị C.C.N.N tàu thủy dùng để chưng cất nước ngọt từ nước biển để lấy nước bổ xung cho thiết bị sinh hơi (Nồi hơi) và cho hệ động lực Diesel.

§  Dùng để chưng cất nước ngọt từ nước biển để lấy nước uống và sinh hoạt cho thuyền viên.

4.2.2 Phân loại:

a. Phân loại theo cách bay hơi của nước biển:

§  Thiết bị bay hơi kiểu bề mặt (để gia nhiệt và làm cho nước bay hơi người ta lắp cụm ống hâm nóng dạng ống).

§  Thiết bị bay hơi với buồng bay hơi kiểu không bề mặt (trong buồng bay hơi không có cụm ống gia nhiệt)

§  b) Phân loại theo số cấp áp lực của hơi thứ cấp:

§  Thiết bị chưng cất nước ngọt loại một cấp.

§  Thiết bị chưng cất nước ngọt loại 2 cấp.

§  Thiết bị chưng cất nước ngọt loại nhiều cấp.

c) Phân loại theo cách tận dụng nhiệt của hơi thứ cấp:

§  Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu hoàn nhiệt.

§  Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu không hoàn nhiệt.

Trong các thiết bị bay hơi kiểu không hoàn nhiệt, hơi thứ cấp được ngưng tụ trong các bầu ngưng tụ, bầu này được làm mát bằng nước biển, nhiệt của hơi thứ cấp bị mất đi. Để sử dụng nhiệt này trong các thiết bị bay hơi hồi nhiệt, chất ngưng tụ được bơm từ bầu ngưng tụ chính lại được gia nhiệt.

d) Phân loại theo kiểu cụm ống gia nhiệt và theo kết cấu:

§  Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu ống ruột gà.

§  Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu ống thẳng.

§  Thiết bị chưng cất nước ngọt dạng tấm.

e) Phân loại theo áp lực:

§  Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu áp lực.

§  Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu chân không.

4.3 Cấu tạo của thiết bị C.C.N.N kiểu chân không

Để chưng cất nước ngọt từ nước biển, trên tàu thủy người ta thường sử dụng các thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu chân không, về mặt nguyên lý cấu tạo của nó gồm:

§  Bầu bay hơi.

§  Bầu ngưng tụ.

§  Bơm tạo độ chân không (bơm ejector).

§  Bơm nước cất (nước sau khi đã chưng cất).

§  Bơm nước biển (dạng bơm ly tâm).

§  Các thiết bị phục vụ

 

4.3.1Cấu tạo của bầu bay hơi:

Bầu bay hơi của thiết bị chưng cất nước ngọt có thể được bố trí riêng rẽ, nhưng cũng có thể ghép chung vào một vỏ với bầu ngưng. Về kết cấu có hai loại bầu bay hơi: Bầu bay hơi dạng ống và bầu bay hơi dạng tấm.

Bầu bay hơi dạng ống gồm một cụm ống đặt thẳng đứng hoặc nằm ngang hoặc ống xoắn ruột gà, các ống được làm từ hợp kim đồng hoặc hợp kim nhôm. Nếu các ống của bầu bay hơi đặt đứng thì nước biển đi bên trong ống và nhận nhiệt bốc hơi, còn nước gia nhiệt (nước làm mát ra khỏi động cơ diesel) đi bên ngoài ống. Nếu các ống gia nhiệt của bầu bay hơi đặt nằm ngang hoặc dạng ống xoắn ruột gà thì nước biển sẽ đi bên ngoài ống và nhận nhiệt bốc hơi, còn nước gia nhiệt sẽ đi ở bên trong ống.

Với bầu bay hơi dạng tấm thì các tấm trao đổi nhiệt thường được chế tạo từ thép không gỉ (Steinless steel) hoặc Titanium có độ dày từ 0,5 ÷ 1mm được rèn lượn sóng, khi ghép các tấm với nhau sẽ tạo thành một bên là nước biển (chất nhận nhiệt) chuyển động, còn bên kia là nước nóng ra khỏi động cơ (chất nhả nhiệt) chuyển động và trao đổi nhiệt cho nhau. Mỗi tấm có khoét 4 lỗ để dẫn nước nóng ra khỏi động cơ và nước biển chuyển động vào và ra, giữa các tấm có đặt các gioăng làm kín để đảm bảo độ kín và sự phân bố dòng chảy của môi trường nóng và lạnh trong các rãnh giữa 2 tấm cận kề nhau.

Vỏ bầu bay hơi được làm từ thép hoặc thép không gỉ, bề mặt trong của nó được phủ một lớp chất chống ăn mòn.

Để cung cấp nước biển cho bầu bay hơi người ta sử dụng một bơm cấp nước biển dạng bơm ly tâm.

4.3.2 Cấu tạo của bầu ngưng:

Vỏ bầu ngưng cũng được làm từ thép hoặc thép không gỉ, bề mặt trong của nó được phủ một lớp chất chống ăn mòn. Về mặt kết cấu cũng có hai loại bầu ngưng: Bầu ngưng dạng ống và bầu ngưng dạng tấm.

Với bầu ngưng dạng ống, các ống trao đổi nhiệt là những ống thẳng được chế tạo từ hợp kim đồng-niken hoặc hợp kim nhôm.

Với bầu ngưng dạng tấm, các tấm trao đổi nhiệt được chế tạo từ thép không gỉ.

Để cung cấp nước biển làm mát cho bình ngưng người ta sử dụng một bơm nước biển hoạt động độc lập hoặc trích một đường nước biển từ bơm làm mát cho hệ động lực diesel.

Để hút nước ngưng tụ (nước chưng cất) ra khỏi bầu ngưng người ta sử dụng một bơm hút nước ngưng để đưa về két chứa (thông thường là bơm ly tâm).

4.3.3 Bơm ejector (bơm phun tia):

Để tạo ra và duy trì độ chân không trong thiết bị C.C.N.N, người ta sử dụng bơm phun tia (về kết cấu và nguyên lý hoạt động xem trong tài liệu “máy phụ tàu thủy”), trong thiết bị C.C.N.N nước công tác của bơm phun tia do bơm cung cấp nước cho bầu bay hơi cấp bằng cách trích một đường đến bơm phun tia.

4.4.4 Các thiết bị phục vụ:

Lưu lượng kế: Dùng để kiểm tra lượng nước cấp vào bầu bay hơi và lượng nước do máy chưng cất được.

Muối kế: Để chỉ báo hàm lượng muối có trong nước chưng cất được tạo ra.

Thiết bị báo động và bảo vệ: Khi độ ngậm muối của nước chưng cất vượt quá giá trị cho phép (thường là 80mg Cl-/lít) thì nó sẽ đưa tín hiệu báo động và van điện từ sẽ mở để cho nước cất không đạt chất lượng trở lại bầu bay hơi.

Kính quan sát: Được lắp trên thân thiết bị C.C.N.N phía bầu bay hơi, dung để quan sát quá trình sôi để có thể đánh giá được tình trạng làm việc của bầu bay hơi.

Ngoài ra người ta còn lắp đặt chân không kế, áp kế, nhiệt kế… để theo dõi và duy trì trạng thái làm việc tốt của thiết bị.

+ Ưu điểm:

§  Do sử dụng nước biển để chưng cất nên có hiệu quả kinh tế cao.

§  Nước chưng cất được làm từ nước biển nên hầu như không có vi trùng gây bệnh.

Có khả năng tăng tải trọng có ích và tăng bán kính hoạt động của con tàu.

+ Nhược điểm:

§  Có kết cấu phức tạp, đòi hỏi người khai thác vận hành thiết bị phải có trình độ kỹ thuật chuyên môn tốt.

§  Yêu cầu khả năng làm kín rất cao để đảm bảo độ chân không cho thiết bị.

§  Không hoạt động được ở chế độ nhỏ tải của động cơ diesel hoặc hệ động lực hơi nước.

§  Không hoạt động được khi tàu chạy gần bờ hoặc trong luồng lạch.

4.4 Khai thác thiết bị chưng cất nước ngọt

Khi khai thác thiết bị C.C.N.N cần phải thực hiện đúng các yêu cầu, chỉ dẫn, qui trình khai thác của nhà chế tạo về công tác chuẩn bị, khởi động, theo dõi và điều chỉnh sự hoạt động và dừng sự làm việc của thiết bị. Trường hợp cần thiết có thể tuân theo các qui ước chung sau đây:

4.4.1Chuẩn bị đưa thiết bị vào làm việc:

§  Kiểm tra trạng thái bề mặt ngoài của thân và nắp.

§  Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của các bơm nước biển, bơm tạo độ chân không, bơm hút nước ngưng.

§  Kiểm tra và hiệu chỉnh (nếu có thể) các đồng hồ chân không kế, áp kế, nhiệt kế và lưu lượng kế.

§  Kiểm tra các mối lắp ghép, các gioăng làm kín, các bu lông lắp ghép.

§  Kiểm tra van phá chân không, các van chặn ở vị trí sẵn sàng làm việc.

§  Kiểm tra và cấp nguồn cho bảng điện điều khiển.

§  Đóng van phá chân không.

4.4.2 Khởi động thiết bị C.C.N.N:

§  Khởi động bơm nước làm mát bình ngưng sau đó tiến hành điều chỉnh áp suất và lưu lượng.

§  Khởi động bơm tạo độ chân không và hút nước tràn trong bầu bay hơi, tiến hành tạo độ chân không cho thiết bị đến giá trị yêu cầu.

§  Khi độ chân không đạt yêu cầu thì tiến hành mở van chặn trên đường nước nóng ra từ động cơ diesel (hoặc hơi từ nồi hơi nếu trường hợp dùng hơi gia nhiệt cho bầu bay hơi) vào bầu bay hơi.

§  Khi thấy nước ngưng xuất hiện trên đường ống trước bơm nước ngưng thì tiến hành khởi động bơm hút nước ngưng.

4.4.3 Theo dõi và điều chỉnh sự hoạt động của thiết bị:

Trong thời gian thiết bị C.C.N.N làm việc cần phải quan tâm theo dõi và kiểm tra các thong số sau:

§  Áp suất và nhiệt độ của chất gia nhiệt.

§  Áp suất và nhiệt độ của nước làm mát bình ngưng.

§  Áp suất và nhiệt độ của hơi thứ cấp.

§  Độ ngậm muối, chất lượng và sản lượng nước cất được tạo ra.

§  Độ chân không trong bình ngưng.

§  Kiểm tra và theo dõi sự làm việc của bầu bay hơi qua kính quan sát.

4.4.4 Dừng hệ thống:

§  Dừng sự hoạt động của bơm nước ngưng.

§  Đóng các van chặn trên đường nước hâm sấy vào và ra khỏi bầu bay hơi.

§  Dừng bơm nước làm mát bình ngưng.

§  Phá độ chân không trong bình ngưng bằng cách mở van phá chân không.

§  Dừng bơm hút chân không, bơm cấp nước cho bầu bay hơi, bơm hút nước tràn của bầu bay hơi và đóng tất cả các van chặn đẩy, chặn hút của các bơm này lại.

§  Cắt nguồn điện cho bảng điện điều khiển hệ thống.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4.5 Một số sự cố, nguyên nhân và biện pháp khắc phục:

 

Hiện tượng Nguyên nhân Biện pháp khắc phục
Sản lượng giảm – Sản lượng nước gia nhiệt bị giảm – Tăng sản lượng nước gia nhiệt bằng cách điều chỉnh van cấp nước gia nhiệt vào và ra khỏi bầu bay hơi.
– Áp suất của hơi ra nhiệt bị giảm (hay nhiệt độ của nước gia nhiệt bị giảm) – Tăng áp suất hơi gia nhiệt (hay tăng nhiệt độ của nước gia nhiệt)
– Không đủ độ chân không trong bình ngưng – Tăng độ chân không trong bình ngưng bằng cách điều chỉnh van cấp

nước công tác cho bơm ejector, và kiểm tra các bộ phận làm kín.

– Mức nước biển trong bầu bay hơi bị giảm – Tăng mức nước biển trong bầu bay hơi bằng cách điều chỉnh van cấp nước biển vào bầu bay hơi.
– Các bề mặt trao đổi nhiệt bị bẩn do cáu cặn – Dừng hệ thống, tiến hành vệ sinh các bề mặt trao đổi nhiệt bằng phương pháp hóa chất.
Tăng độ ngậm muối của nước chưng cất – Tăng sản lượng của thiết bị – Giảm sản lượng của thiết bị
– Tăng nhiệt độ của chất gia nhiệt (hay độ chân không quá sâu) – Giảm nhiệt độ của chất gia nhiệt bằng cách điều chỉnh các van cấp chất gia nhiệt.
– Tăng mức nước biển trong bầu bay hơi – Giảm lượng nước biển cấp vào bầu bay hơi thông qua việc điều chỉnh van cấp
– Tăng độ ngậm muối của nước biển – Tăng lượng nước biển cấp vào bầu bay hơi bằng cách tăng độ mở của van cấp.
Dò rỉ nước qua những chỗ làm kín của bầu ngưng – Kiểm tra và khắc phục những chỗ bị dò rỉ.
Tăng độ ngậm muối của nước biển – Sản lượng cấp nước biển vào bầu bay hơi không đủ – Tăng sản lượng nước biển cấp vào bầu bay hơi cho phù hợp
– Tăng sản lượng của thiết bị -Giảm sản lượng của thiết bị
– Bơm nước biển làm việc không tốt. – Tiến hành sửa chữa bơm nước biển.
Độ chân không trong bầu ngưng không đủ – Không đủ sản lượng nước làm mát bầu ngưng, hoặc nhiệt độ đầu vào của nước làm mát tăng. – Tăng sản lượng nước làm mát bầu ngưng hoặc giảm nhiệt độ đầu vào của nước làm mát.
– Tăng sự dò rỉ khí hoặc thiết bị hút khí làm việc kém. – Thay các gioăng làm kín, sửa chữa các thiết bị hút khí.
– Các ống của bầu ngưng bị cáu bám dầy. – Tiến hành tẩy rửa cáu cặn cho bình ngưng.
– Nước ngưng tụ ngập các cụm ống của bầu ngưng. – Kiểm tra sự làm việc của bơm hút nước ngưng tụ.

 

This entry was posted in HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY. Bookmark the permalink.

Gửi phản hồi

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s