Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Один из испарителей Белфаста. Он завернут и полностью скрыт изолирующими одеялами.
Этот паровой испаритель на борту HMS  Belfast перегонял до шести тонн пресной воды в час для бойлера и питья.

Испаритель , дистиллятор или перегонка устройство представляет собой часть судового оборудования используется для производства пресной питьевой воды из морской воды путем перегонки . Поскольку пресная вода громоздка, может испортиться при хранении и является важным запасом воды в любом длительном плавании, способность производить больше пресной воды в середине океана важна для любого корабля.

Ранние испарители на парусных судах [ править ]

Базовая схема неподвижного.

Хотя дистилляторы часто ассоциируются с пароходами , их использование предшествует этому. Получение пресной воды из морской воды - теоретически простая система, которая на практике представляет множество трудностей. Несмотря на то, что сегодня существует множество эффективных методов, попытки опреснения на раннем этапе давали низкие урожаи и часто не давали питьевой воды. [1]

Сначала только более крупные военные корабли и некоторые исследовательские корабли были оснащены дистилляционными аппаратами: большой экипаж военного корабля, естественно, нуждался в большом запасе воды, больше, чем они могли уложить на борт заранее. Грузовые корабли с меньшим количеством экипажей просто возили с собой припасы. Ниже представлен список документированных систем:

  • 1539. Бласко де Гарай . [2] [3] [4]
  • 1560. "Хорнада де лос Гельвес". [5]
  • 1578. Мартин Фробишер . По мнению некоторых авторов, пресная вода получена из замороженной морской воды. [6]
  • 1717 г. Врач из Нанта, г-н Готье, предложил перегонный аппарат (плохо работающий в море, с раскачиванием корабля). [7]
  • 1763. Пуассонье. Реализован противоточный конденсатор воды. [8] [9]
  • 1771. Метод доктора Ирвинга, принятый на вооружение британским королевским флотом. [10]
  • 1771. Тихоокеанское исследовательское судно Кука HMS  Resolution имело дистиллятор [11] и провело испытания, чтобы проверить: потребление угля в зависимости от количества произведенной пресной воды. [12] [13]
  • 1783. Луи Антуан де Бугенвиль . [14]
  • 1805. Нельсон «s HMS  Victory был оснащен перегонкой аппарата в своей галере . [15]
  • 1817. Луи Клод де Сульс де Фрейсине . [16] [17] [18]
  • 1821. Публикация деталей аппарата для непрерывной дистилляции айгуарденте каталонцем Жоаном Джордана-и-Элиасом . У этого все еще было много преимуществ по сравнению с предыдущими, и он был быстро принят в Каталонии . [19]

Питательная вода котла [ править ]

С развитием судовой паровой машины их котлы также потребовали постоянной подачи питательной воды .

В ранних котлах напрямую использовалась морская вода, но это создавало проблемы с накоплением рассола и накипи . [20] Для эффективности, а также для экономии питательной воды судовые двигатели обычно используют конденсаторные . К 1865 году использование улучшенного поверхностного конденсатора позволило использовать подачу пресной воды [21], поскольку теперь требовалось лишь небольшое количество питательной воды, 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. [22] Внимание было также уделено деаэрации.питательная вода для дальнейшего снижения коррозии котла. [21]

Система дистилляции питательной воды котла в то время обычно называлась испарителем , отчасти для того, чтобы отличать ее 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 больших судах. Со временем эти две функции были объединены, и эти два термина стали применяться к отдельным компонентам системы.

Дистилляторы питьевой воды [ править ]

Первая система подачи воды путем перегонки паров котла появилась на ранних лопастных пароварках и использовала простой железный ящик в лопастных ящиках, охлаждаемый брызгами воды. К ним была подведена подача пара прямо из котла, минуя двигатель и его смазочные материалы. [15] С развитием паровых нагревательных кожухов вокруг цилиндров двигателей, таких как основной двигатель , выхлопные газы из этого источника, опять-таки не содержащие масла, могли конденсироваться. [15]

Испарители [ править ]

Комбинированная поставка [ править ]

Два испарителя для олимпийских лайнеров , 1910 г.

Первые дистилляционные установки, которые кипятили воду отдельно от основного котла, появились около 1867 года. [15] Они не нагревались напрямую пламенем, но имели первичный паровой контур, использующий пар основного котла через змеевики внутри парового барабана или испаритель . [23] Дистиллят из этого сосуда затем поступал в соседний сосуд, перегонный конденсатор . [23] Поскольку в этих испарителях напрямую использовалась «чистая» морская вода, а не загрязненная вода из контура котла, их можно было использовать для подачи как питательной, так и питьевой воды. Эти двойные дистилляторы появились около 1884 года [15].Для защиты от неудач корабли, кроме самых маленьких, были оснащены двумя наборами. [23]

Вакуумные испарители [ править ]

Испарители потребляют много пара и, следовательно, топлива по сравнению с количеством производимой пресной воды. Их эффективность повышается за счет работы в частичном вакууме, создаваемом конденсаторами главного двигателя. [23] [24] [25] На современных судах с дизельными двигателями этот вакуум может быть создан эжектором , обычно работающим на выходе из рассольного насоса. 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.

Масштаб [ править ]

Одна из самых серьезных проблем при эксплуатации испарителя - это образование накипи . Его конструкция разработана таким образом, чтобы уменьшить это и сделать очистку максимально эффективной. Обычная конструкция, разработанная Weir и Адмиралтейством , представляет собой вертикальный цилиндрический барабан, нагреваемый паровыми змеевиками в нижней части. [24]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. [25] Это также связано с риском механического повреждения трубок, так как малейшая точечная коррозия может стать ядром образования накипи или коррозии. [25] Также распространенной практикой является устранение легкого накипи за счет теплового удара путем пропускания пара через змеевики без охлаждающей воды [23] [25]или путем нагревания змеевиков с последующим введением холодной морской воды. [26] В 1957 году испытательный корабль HMS  Cumberland , устаревший тяжелый крейсер , был использован для первых испытаний дистиллятора с «изгибающимся элементом», где нежесткие нагревательные змеевики постоянно изгибались во время работы и таким образом вырывали весы, как только он образовывал жесткий слой.

Несмотря на очевидную соленость морской воды, соль не представляет проблемы для осаждения, пока она не достигнет концентрации насыщения . [20] Поскольку это примерно в семь раз больше, чем у морской воды, а испарители работают только с концентрацией в два с половиной раза, [27] это не проблема при эксплуатации.

Более серьезной проблемой для образования накипи является осаждение сульфата кальция . [24] Точка 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 подачу морской воды. Отношение составляет 1: 1350 по весу морской воды. [28]

Составные испарители [ править ]

Дополнительная информация: Многофункциональный испаритель

Работа испарителя требует больших затрат пара основного котла, а значит, и 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 в 100 ° C), при этом эффективность может составлять 0,87 кг питательной воды на каждый кг подаваемого пара. . [24]

Если вакуум конденсатора увеличить до максимума, 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. [24]

Испарители обычно устанавливаются в комплекте, где два испарителя соединены с одним дистиллятором. [29] Для надежности у больших кораблей будет пара таких наборов. [29] Эти комплекты испарителей можно разместить параллельно или последовательно для максимального или наиболее эффективного производства. [24] При этом 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 ( случай максимальной эффективности). [29] Общий выход питательной воды может превышатьвес пара, подаваемого первым, составляет до 160%. Однако емкость снижается до 72% от максимальной. [24]

Насосы испарителя [ править ]

Неиспарившаяся морская вода в испарителе постепенно превращается в концентрированный рассол, и, как и в первых паровых котлах с подачей морской воды, этот рассол необходимо периодически продувать каждые шесть-восемь часов и сбрасывать за борт. [23] Ранние испарители просто устанавливались высоко и сбрасывали рассол под действием силы тяжести. [15] Поскольку возрастающая сложность поверхностных конденсаторов требовала лучшего качества питательной воды, насос стал частью испарительного оборудования. [23] Этот насос имел три комбинированные функции: насос для подачи морской воды, насос для подачи пресной воды и насос для откачки рассола, каждый из которых имел постепенно уменьшающуюся мощность. [22]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. [30] Эти насосы напоминали паровые поршневые насосы питательной воды, уже находящиеся в эксплуатации. Обычно их выпускали такие известные производители, как G&J 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. Были первоначальные опасения ли они были бы способны перекачивать рассол против вакуума в испарителе и поэтому был также переходный типом , где червячной передача управляемого общества плунжерного насоса для рассола привода от вращающегося вала. [22]

Флэш-дистилляторы [ править ]

Дополнительная информация: Многоступенчатая флэш-дистилляция

Более поздняя форма морского испарителя - флэш-дистиллятор. [31] Подогретая морская вода закачивается в вакуумную камеру, где она «вспыхивает», превращаясь в чистый водяной пар. Затем он конденсируется для дальнейшего использования.

Поскольку использование вакуума снижает давление пара, температура морской воды должна быть увеличена только до 77 ° C (171 ° F). [i] 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  дюйма рт.ст. (80  кПа ), вторая - при 26–27 дюймов ртутного столба (88–91 кПа). [31]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. Рассол, производимый установкой мгновенной перегонки, имеет лишь небольшую концентрацию и непрерывно перекачивается за борт. [31]

Пары пресной воды поднимаются по камерам и конденсируются в змеевиках с морской водой. Перегородки и водосборные лотки улавливают эту воду в верхней части камеры. Сам вакуум поддерживается паровыми эжекторами. [31]

Преимущество флэш-дистиллятора по сравнению с испарителем компаунда заключается в его большей эффективности с точки зрения подводимого тепла. Это связано с работой в вакууме, а значит, с низкой температурой, а также с регенеративным использованием змеевиков конденсатора для предварительного нагрева подаваемой морской воды. [31]

Ограничением флэш-дистиллятора является его чувствительность к температуре забортной воды на входе, так как это влияет на эффективность змеевиков конденсатора. В тропических водах необходимо дросселировать расход дистиллятора для поддержания эффективной конденсации. [31] Поскольку эти системы более современные, они, как правило, оснащены электрическим салинометром и некоторой степенью автоматического контроля. [31]

Парокомпрессионные дистилляторы [ править ]

Один из двух парокомпрессионных дистилляторов в машинном отделении подводной лодки времен Второй мировой войны USS  Pampanito  (SS-383)
Дополнительная информация: Опреснение паровой компрессией

Дизель Приведено теплоходы не используют паровые котлы как часть их основной двигательной системы и поэтому не может иметь поставки пары доступные для привода испарители. Некоторые делают это, так как используют вспомогательные котлы для таких задач, не связанных с движением. Такие котлы могут быть даже котлами -утилизаторами , обогреваемыми выхлопом двигателя. [32]

Там, где нет достаточного количества пара, вместо него используется парокомпрессионный дистиллятор . Он приводится в действие механически, либо электрически, либо собственным дизельным двигателем. [33]

Морская вода перекачивается в испаритель, где она нагревается нагревательной спиралью. 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, затрачиваемая на установку, заключается в механическом приводе компрессора, а не в виде тепловой энергии. [33]

Как пресная вода, так 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 пузырьковыми крышками- сепараторами. [33]

Подводные лодки [ править ]

Парокомпрессионные дистилляторы были установлены на подводных лодках США незадолго до 2 мировой войны [34]. Были предприняты первые попытки с испарителями, работающими от тепла выхлопных газов дизельного двигателя, но их можно было использовать только тогда, когда подводная лодка двигалась со скоростью на поверхности. Еще одна сложность с подводными лодками заключалась в необходимости производить воду высокого качества для пополнения их больших аккумуляторных батарей. Типичное потребление на военном патруле составляло около 500 галлонов США (1900 литров) в день для гостиничных услуг, питья, приготовления пищи, стирки [ii] и т. Д., А также для пополнения системы охлаждения дизельного двигателя. Еще 500 галлонов в неделю требовалось для батарей. [34]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. [34] 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. Поскольку давление окружающей среды увеличивалось при погружении в воду, и, следовательно, температура кипения, в этих подводных дистилляторах требовалось дополнительное тепло, и поэтому они были разработаны для непрерывной работы с электрическим нагревом. [34]

См. Также [ править ]

  • Патентный дистиллятор Чаплина с паровым насосом
  • Scuttlebutt

Примечания [ править ]

  1. ^ Для стерилизации требуется температура не менее 71 ° C (160 ° F).
  2. ^ Хотя немецкие подводные лодки полагались на мыло из соленой воды , практика США заключалась в том, чтобы оборудовать соответствующую перегонную установку.

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Репертуар искусств, производств и сельского хозяйства . 1818. С. 313–.
  2. ↑ Сальвадорские каналы (1926). Nuestro tiempo .
  3. ^ Circuits eau de mer . Редакции OPHRYS. С. 16–. ISBN 978-2-7108-1076-6.
  4. ^ Фернандо Эрмида де Блас; Педро Рибас Рибас; Хосе Луис Мора Гарсия; Карлос Ньето Бланко; Херардо Боладо; Франсиско Хосе Мартин; Эудальдо Формент; Альфредо Алонсо Гарсия; Иван Лиссоргес; Альберто Гомис; Теофило Гонсалес Вила; Виктор Наварро Бротоны; Сальвадор Ордоньес; Х. Фернандо Валь-Берналь; Хуан Хосе Фернандес Тейхейро; Ф. Васкес де Кеведо; Бенито Мадариага де ла Кампа (16 ноября 2011 г.). "La ciencia española". Estudios . Эд. Universidad de Cantabria. С. 297–. ISBN 978-84-8102-565-1.
  5. ^ Мартин Фернандес де Наваррете (1825). Colección de los viages y descubrimientos que hicieron por mar los Españoles desde fines del siglo XV: con varios documentos inéditos Concerientes á la Historia de la marina castellana y de los establecimientos españoles en Indias . Imprenta Real. С.  128 -.
  6. ↑ Фернандо Бельтран Кортес (1983). Apuntes para una Historia del frío en España . От редакции CSIC - CSIC Press. С. 212–. ISBN 978-84-00-05288-1.
  7. ^ Методическая энциклопедия . 1791. С. 709–.
  8. ^ Bulletin du Musée de l'industrie . Брюлан-Кристоф. 1845. С. 11–.
  9. ^ Роберт Дж. Форбс (1970). Краткая история искусства дистилляции: от истоков до смерти Селье Блюменталя . БРИЛЛ. С. 255–. ISBN 90-04-00617-6.
  10. ^ Наблюдения и воспоминания о физике . 1779. С. 316–.
  11. ^ "Журнал учета HMS Resolution " . Кембриджская цифровая библиотека . Проверено 23 июля 2013 года .
  12. ^ Джеймс Кук; Эсквайр Джордж Уильям АНДЕРСОН (1820 г.). Кругосветное путешествие капитана Джеймса Кука ... [Сокращение Г.В. Андерсона.] Украшено гравюрами . Дж. Робинс и компания; Шервуд, Нили и Джонс. С. 368–.
  13. ^ Джеймс Кук (1809). Кругосветные путешествия капитана Джеймса Кука: дословно напечатаны из оригинальных изданий и украшены избранными гравюрами . Р. Филлипс. С. 251–.
  14. ^ Шолто Percy (1835). Журнал «Механика» и журнал «Наука, искусство и производство» . Рыцарь и Лейси. С. 296–.
  15. ^ Б с д е е Rippon, Vol.1 (1988) , стр. 78-79.
  16. ^ Мир (1839). Voyage autour du monde ... exécuté sur les corvettes de sm l'Uranie et la Physicienne, pendant les années 1817,1818,1819 и 1820, опубл. par L. de Freycinet . С. 1387–.
  17. ^ Берцелиус (Friherre); Улоф Густав Энгрен (1838). Traité de chimie . A. Wahlen et Cie, стр. 167–.
  18. ^ Жак Араго (1823). Повествование о кругосветном путешествии на корветах Uranie и Physicienne под командованием капитана Фрейсине в 1817, 1818, 1819 и 1820 годах . Treuttel & Wurtz, Treuttal, jun. И Рихтер. С. 20–.
  19. ^ Франциско Карбонелл Браво (1830). Nuevo aparato para mejorar la cosecha del vino, o sea, Suplemento: al arte de hacer y conservar el vino . Imp. де ла Вда. é Hijos de A.Brusi. С. 5–.
  20. ^ а б Риппон, Том 1 (1988) , стр. 30.
  21. ^ а б Риппон, Том 1 (1988) , стр. 60.
  22. ^ a b c Риппон, Том 1 (1988) , стр. 164.
  23. ^ a b c d e f g Руководство Стокера (изд. 1912 г.). Адмиралтейство , через HMSO, через Eyre & Spottiswoode. 1901. С. 42–45.
  24. ^ Б с д е е г Rippon, Vol.1 (1988) , стр. 160-164.
  25. ^ a b c d Погонщик, инженер-капитан Ф. Дж., Р. Н. (1925). Морской инженерный ремонт . Чепмен и Холл. С. 105–106.
  26. Перейти ↑ Naval Marine Engineering Practice (1971) , p. 227
  27. ↑ Справочник по машинному оборудованию (1941) , стр. 156–166
  28. Перейти ↑ Naval Marine Engineering Practice (1971) , pp. 225–226
  29. ^ a b c Справочник по машинному оборудованию (1941) , стр. 159-160
  30. ^ Rippon (1998) , стр. 161
  31. ^ a b c d e f g Морская инженерная практика (1971) , стр. 212-215
  32. ^ Милтон, JH (1961) [1953]. Морские паровые котлы (2-е изд.). Newnes. С. 119–137.
  33. ^ a b c Морская инженерная практика (1971) , стр. 230-232
  34. ^ a b c d Подводная лодка флота, дистилляционные системы

Библиография [ править ]

  • Риппон, командующий PM, RN (1988). Эволюция инженерной мысли в Королевском флоте . Том 1: 1827–1939. Spellmount. ISBN 0-946771-55-3.
  • Риппон, командующий PM, RN (1994). «5: Испаритель и дистилляционное оборудование». Эволюция инженерной мысли в Королевском флоте . Том 2: 1939–1992. Spellmount. С. 40–44. ISBN 0907206476.
  • Смит, EC (1937). «Внедрение вспомогательной техники». Краткая история морской техники . Издательство Кембриджского университета , для Babcock & Wilcox . С. 220–225.
  • Справочник по машинам BR 77 . более поздняя замена Руководства Стокера . Адмиралтейство, через HMSO. 1941 г.
  • Морская инженерная практика . более поздняя замена Руководства Стокера . Том 1. Королевский флот , через HMSO . 1971 [1959]. ISBN 011-770223-4.
  • Подводные дистилляционные системы . Подводная лодка флотского типа. 5 . Бюро военно-морского персонала . Январь 1955. Navpers 16170. Заархивированные от оригинала на 2012-03-18 . Проверено 28 июня 2011 .