Описание и принцип работы судовых опреснителей обратного осмоса: Судовые опреснители морской воды для яхт и кораблей

Содержание

Судовые опреснители морской воды для яхт и кораблей

Развитие технологий в области очистки воды позволяет получать деминерализованную воду в любых условиях. В последнее время набирают популярность судовые опреснительные установки.

Описание и принцип работы судовых опреснителей на основе обратного осмоса

Технология обратного осмоса получила свою популярность в конце 20-го века и не сбавляет позиций до сих пор. Такие установки используются практически во всех отраслях промышленности: микроэлектроника, пищевые предприятия, фармацевтика, гостиничные комплексы, ТЭЦ, в научно-исследовательских центрах, в аграрном комплексе и т.д. Обратноосмотические системы способны очистить даже морскую воду от целого комплекса загрязнений: различные соли, бактерии, тяжелые металлы, пестициды и т.д. Опреснители применяются на яхтах, кораблях и даже подводных лодках.

Необходимость опреснения забортной воды на морских судах обусловлена потребностью в чистой воде, которая идет на хозяйственные и технические нужды. Обессоленная на осмосе вода также используется в качестве питьевой. Вода разного назначения накапливается и хранится в отдельных резервуарах. Для получения деминерализованной воды устанавливаются судовые опреснительные установки на морскую воду различных типов и производительности. Этот вариант пока не нашёл широкого применения, однако является весьма перспективным для использования на морских судах.

Основные типы судовых опреснителей

Все существующие модели судовых опреснительных установок, по реализованному в них способу опреснения, подразделяются на:

  • дистилляционные (термические) судовые опреснители морской воды – в этом случае морская вода подвергается кипячению, а конденсирующийся пар собирают, и в итоге получают дистиллят. Этот процесс достаточно трудоемкий и занимает большое количество времени.
  • устройства электродиализного типа (химические) – такой метод опреснения применяется только в экстренных случаях на морских судах. Неточная дозировка химических реагентов может привести к отравлению всей команды на судне.
  • обратноосмические (физические) корабельные опреснители. На сегодняшний день самые эффективные и практичные. Разберем их поподробнее.

Под процессом обратного осмоса на морском судне подразумевается перемещение более солёного раствора (забортной воды) к менее солёному сквозь специальную полупроницаемую мембрану. Забортная вода под высоким давлением прогоняется через морскую мембрану. Чистая направляется в ёмкость-накопитель. А загрязнённая, со значительным содержанием ионов солей, сбрасывается за борт.

Опреснители на яхте, корабле, подводной лодке работают с водой, прошедшей предварительную обработку. Суть последней заключается в её механической очистке. В блок предварительной очистки входят фильтры: механический и угольный.

Далее вода подается на морские мембраны для дальнейшего опреснения соленой воды.

Морские мембраны судовых опреснителей

Поскольку морская вода на порядок соленее пресной и содержит большое количество растворенных веществ, обычные обратноосмотические мембраны здесь не справятся. Это происходит за счет того, что у морской воды очень высокое осмотическое давление. Высокоселективные морские мембраны отличаются возможность работы при повышенном давлении до 60 бар. Мембраны для морской воды служат меньше обычных, всего 1,5-3 года. Морские мембраны являются более плотными и не деформируются при высоких давлениях.

Судовые опреснители схема и принцип работы

Работающая судовая опреснительная установка требует постоянного контроля и регулировки установленных норм водного режима. Работа опреснителя на корабле или яхте осуществляется с помощью контроллера, на котором выставляются необходимые показатели. Вся система опреснения воды для яхты или корабля полностью автоматизирована, вмешательство со стороны человека в работу системы минимально.

Все корабельные опреснительные установки являются модульными и производятся с учётом действующих нормативных и санитарных требований к обессоливанию забортной воды. Судовые опреснители для морской воды отличаются высокой производительностью и компактностью (благодаря небольшим размерам установка отлично помещается даже на малых суднах).
Преимущества морского опреснителя для яхты, корабля, подводной лодки.

К преимуществам судового опреснителя воды относят:

  • прост в установке и монтаже;
  • надёжен и долговечен;
  • значительная работоспособность мембран до срока очередной плановой замены;
  • минимальные затраты энергии;
  • малошумность работы;
  • существенная производительность при приемлемых расходах на эксплуатацию;
  • наличие автоматики, контролирующей создаваемое давление согласно степени солёности поступающей забортной воды;
  • адаптированность для обработки забортной воды любого типа (река, море, иная, включая портовую).

Опреснение морской воды для яхты, лодки, корабля от Diasel

Простота, невысокая стоимость и существенная производительность судового опреснителя с обратным осмосом позволяет говорить о том, что данное решение является одним из наиболее перспективных для использования на судах различного назначения в целях их обеспечения технической и питьевой пресной водой. Можно с уверенностью сказать, что судовой обратный осмос в скором времени станет основным способом опреснения воды на морских судах, яхтах и подводных лодках.

Узнать цену и купить опреснитель для яхт, кораблей и лодок можно по телефону 8-499-391-39-59 или электронной почте [email protected]

Заявка на подбор оборудования

Водоопреснительные установки морских судов – MirMarine

Назначение и классификация водоопреснительных установок

Судовые водоопреснительные установки (СОУ) предназначены для получения опресненной воды из забортной.

Опресненная вода, полученная в СОУ, применяется для технических целей и бытовых нужд.

По способу опреснения водоопреснительные установки (СОУ) разделяют на три группы:

  • Дистилляционные
  • Электродиализные
  • Обратноосмические

По роду источника тепла (паровые, утилизационные, универсальные, электрические).

В настоящее время на судах с дизельной установкой исключительно применяются вакуумные одноступенчатые утилизационные водоопреснительные испарители забортной воды, использующие тепло охлаждающей пресной воды, замкнутой системы охлаждения главного двигателя.

Из всего многообразия конструкций водоопреснительных утилизационных установок у всех опреснителей есть общие принципы компоновки и комплектации вспомогательным оборудованием. Ниже будут рассмотрены наиболее типичные и распространенные типы утилизационных водоопреснительных установок.

На рис. 8.1 приведена простейшая схема конструкции вакуумной одноступенчатой утилизационной водоопреснительной установки, которая включена в систему охлаждения главного двигателя.

Греющая батарея испарителя образована прямыми трубками. Греющая вода от главного двигателя с температурой 65-70°С поступает в трубки испарителя кипящего типа, у которых поверхность нагрева расположена в самой нагреваемой воде (поэтому испарение в них сопровождается кипением испаряемой воды во всем объеме). Образующаяся в камере испарения пароводяная смесь поступает в сепаратор, из которого осушенный пар уходит в конденсатор, а рассол удаляется гидравлическим эжектором. Для удаления из конденсатора воздуха и поддержания разряжения служит водоструйный эжектор, рабочая вода к которому подается отдельным электроприводным насосом забортной воды. Дистиллят удаляется из конденсатора насосом.

Водоопреснительная установка типа «Д»

На рис. 8.2 представлена конструктивная схема и внешний вид водоопреснителя «Д».

Особенности опреснителя заключаются в следующем: теплообменную часть греющей батареи представляет вертикально расположенные мельхиоровые трубки 1, развальцованные в латунных досках, внутри которых происходит процесс кипения морской воды. В верхней расширенной части находится горизонтальный жалюзный сепаратор 2 и двухходовой прямотрубный конденсатор 3. Относительная большая высота парового пространства в сочетании с жалюзным сепаратором позволяет получить дистиллят с солесодержанием не более 8 мг/л.

В центре нагревательной батареи оставлена цилиндрическая шахта для циркуляции рассола. В ней установлена центральная труба, по которой рассол сливается к эжектору. Уровень рассола устанавливается на высоте верхнего среза сливной трубы 4.

Принципиальная схема утилизационной вакуумной ВОУ типа «Д» представлена на рис. 8.4. Забортная вода центробежным насосом 11 прокачивается через трубки конденсатора 6, где нагревается за счет теплоты конденсации пара.

Часть выходящей из конденсатора воды направляется в качестве рабочей среды в рассольно-воздушный эжектор 9. Другая часть, равная примерно четырехкратной производительности ВОУ, поступает на питание испарителя 12.

Греющая вода от главного двигателя поступает в межтрубное пространство испарителя по трубопроводу 3 и, пройдя между поперечными сегментными перегородками, нагревает стенки трубок испарителя, где происходит кипение и испарение забортной воды. Образовавшийся пар проходит через жалюзийный сепаратор 7 поступает в конденсатор 6, где конденсируется, и дистиллят самотеком стекает в сборник 13. Сборник дистиллята оборудован регулятором уровня для пуска и остановки дистиллятного насоса 14, уравнительной трубой 19. Дистиллятный насос забирает дистиллят из сборника и направляет его к электромагнитному клапану 16, который распределяет отвод дистиллята. При нормальной солености воды она направляется в цистерну пресной воды, при повышенной — снова в испаритель через дроссельную шайбу 20.

При падении давления на нагнетательной стороне дистиллятного насоса срабатывает реле давления 15 которая отключает насос, т. е. прекращается откачка дистиллята.

Неиспарившаяся морская вода (рассол) по отводной трубе, направляется к эжектору 9, сюда же из конденсатора по трубопроводу поступает паро-воздушная смесь, которая вместе с рассолом отводится за борт.

При снижении давления рабочей воды перед эжектором 9 до 0,1 МПа, невозвратно-запорный клапан 17 автоматически перекрывает подачу питательной воды в испаритель, тем самым предохраняя испаритель от затопления. На системе питательной воды испарителя установлена диафрагма 18, которая предназначена для ограничения подачи воды в испаритель.

Замер солесодержание осуществляется соленомером 2, к которому дистиллят поступает через установленную на отводном трубопроводе дроссельную диафрагму.

Производительность установки и расход питательной воды контролируется ротаметрами.

Кратковременная работа испарителя обеспечивается за счет подвода греющего пара от котла и отвода конденсатора по трубопроводу 5 и 4.

Контроль режима работы ВОУ осуществляется с помощью термометров: измеряется температура греющей воды на входе в испаритель и на выходе из него, также температура воды на выходе из конденсатора. Контроль вакуума в ВОУ осуществляется по вакуумметру.

Данный тип ВОУ работает с коэффициентом продувания, равным трем.

Водоопреснительная установка «Атлас»

Самые распространенные водоопреснительные установки на морских транспортных судах — это установки фирмы «Атлас» (Дания). На рис. 8.5 показан общий вид водоопреснительной установки фирмы «Атлас». Фирма «Атлас» выпускает водоопреснители уменьшенных размеров и габаритов серии АФГУ — общий вид этой серий показан на рис. 8.6.

Основу конструкций составляет стальной вертикальный цилиндрический барабан с крышкой, играющую роль сухопарника. К нижней части барабана крепится цилиндрическая вертикальная прямотрубная нагревательная батарея.

Тепловая схема вакуумной ВОУ «Атлас» приведена на рис. 8.7. Часть охлаждающей воды главного двигателя с температурой 65-70°С пропускается через испаритель 19. В испарителе греющая вода, омывая трубки снаружи, отдает часть теплоты на испарения забортной морской воды. Морская вода подается в нижнюю часть крышки батареи и проходит внутри трубок, прокачиваемая центробежным насосом 10. Процесс испарения морской воды происходит при температуре 38-40°С, за счет восприятия тепловой энергии охлаждающей воды главного двигателя. Эта температура является температурой насыщения забортной воды вследствие создаваемого и поддерживаемого вакуума (порядка 93%) в водоопреснителе с помощью эжектора. Образовавшийся пар в испарителе проходит через отбойный щит сепаратора и достигает горизонтального конденсатора, который встроен в сухопарник и отделен от основного парового пространства внутренним кожухом. В конденсаторе пар конденсируется и в виде дистиллята отводится дистилляторным насосом 15 — при нормальной солености дистиллята в цистерну, при повышенной солености через соленоидный клапан 23 обратно в испаритель.

Изменение температуры забортной воды приводит к соответствующему изменению и температуры насыщения в испарителе. Количество греющей воды, подаваемой в испаритель, в три-четыре раза больше по сравнению с питательной (забортной). Благодаря этому, а также низкой температуре испарения образования накипи на поверхности теплообмена испарителя будет минимальным.

Водоопреснитель обслуживается двумя эжекторами. Эжектор 7 соединен трубопроводом с конденсатором и обеспечивает отсос воздуха для создания вакуума и его поддержание порядка 93-95%. Эжектор 6 служит для отсоса соленой воды (рассола) из сепаратора, которая не успела испариться и была занесена из испарителя.

Центробежный насос 10 обеспечивает эжектора рабочей воды, а насос 9 предназначен для охлаждения конденсатора.

Водоопреснительная установка может работать на свежем паре от трубопровода 5 через редукционный клапан 21.

Управление количеством забортной воды, подаваемой в испаритель, осуществляется посредством расходомера (ротометра) 8.

Соленость дистиллята, получаемого в ВОУ типов «Д»и «АТЛАС», составляет не более 8 мг/л CI (0,8° Б) при солесодержании рассола 50 тыс. мг/л.

Контроль режима работы ВОУ обеспечивается контрольно-измерительными приборами. Давление и температура контролируется манометрами и термометрами. Качество получаемого дистиллята контролируется соленомером 18. В случае засаливания дистиллята подается сигнал с помощью зуммера 17.

Коэффициент продувания ВОУ «АТЛАС» составляет 2-3.

Показатели режима работы установок «АТЛАС»

  1. Температура испарения — 38°С
  2. Давление пара — 0,068 атм
  3. Температура греющей воды, поступающей в испаритель — 60-65°С
  4. Понижение температуры греющей воды после испарителя — 5-15°С
  5. Температура забортной воды — 28- 30°С
  6. Нагрев воды в конденсаторе — 4-8°С
  7. Содержание хлоридов в дистилляте — 6 мг/л
  8. Давление рабочей воды, поступающей к эжектору — 38-40 м вод. ст.
  9. Давление нагнетания эжектора — 2 м вод. ст.
Водоопреснительная установка «НИРЕКС»

Водоопреснительные установки фирмы «НИРЕКС» достаточно надежно зарекомендовали себя в эксплуатации и в настоящее время широко распространены на дизельных судах. Отличительной особенностью опреснителей «НИРЕКС» является применение пластинчатых теплообменников для испарителя и конденсатора (см. рис. 8.8). Пластины, разделяющие теплообменивающиеся среды, показаны на рис. 8.8, А, а пластинчатый теплообменный аппарат на рис. 8.9.

Пластины изготовлены из нержавеющей стали с выштампованными канавками, которые образуют поверхность теплообмена. В каждой пластине имеется по четыре отверстия, каждые два их них служат для подвода и отвода соответственно греющей и нагреваемой воды.

Теплообменные аппараты (рис. 8.8, б) представляют собой ряд пластин с резиновыми прокладками между ними, собранных в пакеты и сжатых болтами между двумя плитами. Благодаря прокладкам образуются ка¬налы для греющей и нагреваемой сред, а их конфигурация обеспечивает омывание каждой из пластин с одной стороны греющей средой, а с другой – нагреваемой (см. рис. 8.10).

Таким образом создаются полости конденсатора и испарителя, образованные параллельно расположенными пластинами. В испарителе полости между собой соединены последовательно, а в секции конденсатора – параллельно.

Параметры режима работы ВОУ «НИРЕКС»

  1. Температура греющей воды — 60-65°С
  2. Температура испарения забортной воды — 45-48°С
  3. Понижение температуры греющей воды в испарителе — не более 4°С
  4. Содержание хлоридов в дистилляте — 6 мг/л CI
  5. Коэффициент продувания — 4-5

Общий вид опреснителя «НИРЕКС» и его компоновка представлена на рис. 8.9, а тепловая схема водоопреснительной установки «НИРЕКС» с пластинчатыми теплообменными аппаратами показана на рис. 8.10.

Рассмотрим работу ВОУ. Греющая вода от системы охлаждения главного двигателя по трубопроводу 3 подается в испаритель 4. От системы охлаждения забортной воды забортная вода подается в конденсатор 6 и в испаритель 4. Пароводяная смесь из испарителя поступает в сепаратор 5, в котором происходит отделение капелек воды от пара, а неиспарившийся рассол с помощью эжектора 13 и насоса 14 удаляется за борт.

Подача рабочей воды на эжектор осуществляется сдвоенным электроприводным насосом 14. Далее пар попадает в конденсатор 6, где конденсируется и полученный дистиллят удаляется эжектором 12, где в качестве рабочей воды используется дистиллят, подаваемый из сборника 11 сдвоенным насосом 10, в сборник 11, откуда воздух выходит через трубу 15. Охлаждение дистиллята, подаваемого в сборник, производится рабочей водой, циркулирующей по контуру сборник—насос—эжектор. Поддержание постоянного уровня в сборнике 11 осуществляется с помощью трубки 15, через которую излишки дистиллята удаляются и затем откачиваются насосом 10 в цистерну.

Приготовленный в установке дистиллят удаляется из сборника насосом 10, на трубопроводе дистиллята установлены расходомер 9, датчик соленомера 8, и электромагнитный клапан сброса засоленного дистиллята 7, Сброс засоленного дистиллята через электромагнитный клапан 7 и включение сигнального устройства происходит при содержании хлоридов более 80 мг/л CI.

Адиабатные водоопреснительные установки типа «НИРЕКС»

Водоопреснительные установки с адиабатным испарителями подразделяются на проточные и циркуляционные:

  • в проточных неиспарившаяся в камере испарения забортная вода удаляется рассольным насосом за борт;
  • в циркуляционных неиспарившаяся морская вода в испарительной камере циркуляционном насосом вновь подается в подогреватель.

Испарение морской воды в опреснительных установках с адиабатным испарителем происходит в испарителе за счет резкого понижения давления в условиях адиабатного процесса, т. е. без подвода теплоты.

Удельный расход теплоты в установках с адиабатным проточными испарителями относительно велик, так как часто до 98-99 % нагретой воды удаляется за борт.

В опреснительных установках с адиабатными циркуляционными испарителями удельный расход теплоты в 2-4 раза меньше по сравнению с таковым в установках с адиабатными проточными испарителями.

В судовой практике обычно используется опреснительная установка фирмы «Нирекс» с камерами испарения бесповерхностного типа, имеющими циркуляционный контур рассола и конденсатор смесительного типа. Схема водоопреснительной установки «Нирекс с камерами испарения бесповерхностного типа приведена на рис. 8.11.

Греющая вода из системы охлаждения главного двигателя подается в подогреватель 2, отдает часть тепла забортной воде и рассолу, подаваемым насосом 15. Нагретый рассол поступает в камеру испарения 3, где разбрызгивается и частично испаряется. Неиспарившаяся его часть стекает вниз испарителя и откуда насосом 15 вновь подается вместе с добавляемой забортной водой в подогреватель 2, а затем в испаритель 3. отделение капелек влаги от пара, образовавшегося в испарителе, осуществляется в сепараторе 4. Далее пар поступает в конденсатор 5 смесительного типа, где он смешивается со струйками охлажденного дистиллята, который вытекает через отверстия в днище, расположенном сверху бачка, конденсируется. Дистиллят из сборника конденсатора с помощью левой секции дистиллятного насоса прокачивает его через охладитель 6, а затем в конденсатор 5, вторая ступень этого насоса полученный дистиллят, который сливается через переливную трубу, направляет в расходомер и далее в цистерну. Охладитель 6 прокачивается забортной водой по системе 7 циркуляционным насосом двигателя, который одновременно подает забортную воду на подпитку испарителя к масляному и водяному холодильникам главного двигателя.

Поддержание вакуума и удаление паровоздушной смеси из конденсатора и избытка рассола из сепарационной камеры испарителя осуществляется с помощью водоструйного эжектора 13, в котором в качестве рабочей среды используется забортная вода, подаваемая насосом 8. Этим же насосом удаляется за борт рабочая вода рассол и воздух после эжектора.

При повышенном солесодержании дистиллята соленомер 11 дает сигнал на открытие электромагнитного клапана 10 и подсоленный дистиллят сбрасывается в льяла.

Опреснительные установки с использованием принципа обратного осмоса

Водоопреснительное установки, использующие принципы обратного осмоса, пока не получили широкого использования в судовых энергетических установках.

Метод опреснения морской воды так называемого обратного осмоса обусловлен существованием сольватов.

Основу таких опреснителей составляет мембрана, являющаяся проницаемой для воды и непроницаемой для растворенных в ней солей (сольватов). Забортная вода с одной стороны мембраны находится под давлением, превышающим осмотическое. Под действием этого давления часть воды без солей проходит через мембрану, а оставшаяся с повышенным содержанием солей удаляется за борт.

Осмотическое давление при температуре забортной воды 25°С и солесодержании 1 г/л составляет 0,07 МПа, а при солесодержании 50 г/л — 40,4 МПа. Мембраны в таких опреснителях выполняются из триацетата целлюлозы в виде пучка полых волокон с внутренним диаметром 40 мкм и наружным 85-200 мкм.

Для опреснительных установок обратного осмоса необходима предварительная обработка морской воды, которая заключается в следующем: вода проходит через сеточный фильтр с размером ячейки 0,3 мм, центробежный сепаратор для отделения ила и песка с размерами частиц более 200 мкм, далее через песчаный фильтр и затем поступает к насосу с давлением 5-7 МПа. При работе таких опреснителей необходимо постоянно контролировать и регулировать установленные нормы водного режима.

Принципиальная схема опреснителя фирмы «ROCHEM» представлена на рис. 8.12. Система фирмы «ROCHEM» работающая на принципе обратного осмоса является модульными системами, разработанными с учетом технических требований для обессоливания морской воды.

Предварительная очистка морской воды производится в песчаном фильтре 2 и фильтр-патроне 3. Песчаный фильтр заполняется песком, песчинки которого имеют разные размеры по диаметру: 3,0-5,0 мм 210 кг, 2,0-3,0 мм 350 кг, 0,3-0,7 мм 420 кг — всего 880 кг. В корпусе патронного фильтра находятся 6 патронных фильтров.

Морская вода подается одним из насосов 1 в песчаный фильтр 2 и пропускается через него и далее через фильтр-патрон 3. Для прокачки мембранных ДТ модулей предназначен насос высокого давления 4 с давлением 10-15 Мпа. Морская вода сплошным потоком падает на мембранные фильтры ДТ-модулей 5. Она проходит через серию связанных мембранных фильтров, и часть ее в виде обессоленной чистой воды стекает в трубопровод отвода в цистерну. Другая часть в виде рассола удаляется за борт.

Получаемая обессоленная вода содержит растворенный в воде углекислый газ СО2, его наличие понижает РН до 6,0-6,5.

Присутствие в воде свободного углекислого газа вызывает коррозию железа, в результате чего вода окрашивается в коричневый цвет. Для исключения данного явления в системе отвода обессоленной воды установлен раскисляющий фильтр 7. Раскисляющий фильтр заполнен доломитом — веществом, способным поглощать углекислый газ, после прохождения обессоленной воды через доломит РН устанавливается 7,0.

Рассмотрим устройство и сущность обессоливания морской воды в мембранном диско-трубном модуле.

Схема капсулы модуля и мембраны показаны на рис. 8.13., а общий вид капсулы в сборе приведена на рис. 8.14.

  • Длина капсулы модуля — 1000 мм
  • Диаметр капсулы — 226 мм
  • Вес капсулы — 49 кг
  • Количество мембранных вставок /подушек — 169 шт.
  • Количество гидравлических дисков — 170 шт.

Основными составляющими частями модуля являются диско-мембранные блоки и цилиндрический корпус оболочки, работающий под давлением. Мембранные подушки одеты на центральный стержень внутри цилиндрического корпуса модуля. Каждая мембрана с обоих сторон покрыта промокательными дисками и образуют самостоятельную секцию — подушку. Диско-мембранный блок вставлен внутрь цилиндрического корпуса оболочки. Отверстия цилиндрического корпуса закрыты фланцами с кольцевыми прокладками. Промокательные диски, покрывающие мембранную подушку, удерживают давление на ее поверхности.

Процесс опреснения обусловлен существованием сольватов. Морская вода под давлением 10-15 МПа прокачивается сквозь металлические корпуса капсул модуля и наличие мембран, которые имеют сечение на порядок меньше, чем размеры сольватов пропускают воду. Поэтому сольваты остаются на поверхности мембран, внутри корпуса капсулы, а вода, свободная от растворенных солей попадает в сборник чистой. Оттуда чистая вода вытекает через кольцевую полость, распложенного у центрального отверстия -В- и удаляется.

Мембранное пространство и сборник чистой воды устроены как разделительная часть гидравлического диска. Разделительное пространство образует открытый канал пресной воды.

Таким образом, по пути к разгрузочному отверстию -С-, выходу рассола, морская вода проходит через каждую мембранную секцию. Солевой компонент морской воды увеличивается в секциях по мере того, как чистая вода в каждой секции отделяется от морской.

В результате такого явления создается тенденция к накоплению мельчайших коллоидных органических и неорганических частиц на поверхности мембран и по этой причине происходит снижение производительности опреснителя и повышенное солесодержание чистой воды. В процессе эксплуатации при снижении производительности мембран на 10-15 % необходимо производить химочистку по рекомендации фирмы-изготовителя «РОХЕМ».

Система оборудована клапанами, позволяющими производить химочистку с применением химикатов закрытой циркуляцией, в процессе которой коллоидные грязные частицы и кристаллы, находящиеся на поверхности мембран могут быть очищены и удалены в специальный очистной танк. Давление воды в процессе промывки должно быть 10-20 бар, и температура воды 35-45°С.

Одновременно производят промывку песчаного фильтра способом обратной промывки с подачей сжатого воздуха с давлением 1 бар в течение 15 минут. После этого фильтр-патроны заменяют, при нормальной работы обессолевателя фильтр-патроны должны меняться через каждые 700 часов его работы и при каждой химической промывке.

Литература

Вспомогательные механизмы и судовые системы. Э. В. КОРНИЛОВ, П. В. БОЙКО, Э. И. ГОЛОФАСТОВ (2009)

Похожие статьи

Водоопреснительные установки морских судов – MirMarine

Назначение и классификация водоопреснительных установок

Судовые водоопреснительные установки (СОУ) предназначены для получения опресненной воды из забортной.

Опресненная вода, полученная в СОУ, применяется для технических целей и бытовых нужд.

По способу опреснения водоопреснительные установки (СОУ) разделяют на три группы:

  • Дистилляционные
  • Электродиализные
  • Обратноосмические

По роду источника тепла (паровые, утилизационные, универсальные, электрические).

В настоящее время на судах с дизельной установкой исключительно применяются вакуумные одноступенчатые утилизационные водоопреснительные испарители забортной воды, использующие тепло охлаждающей пресной воды, замкнутой системы охлаждения главного двигателя.

Из всего многообразия конструкций водоопреснительных утилизационных установок у всех опреснителей есть общие принципы компоновки и комплектации вспомогательным оборудованием. Ниже будут рассмотрены наиболее типичные и распространенные типы утилизационных водоопреснительных установок.

На рис. 8.1 приведена простейшая схема конструкции вакуумной одноступенчатой утилизационной водоопреснительной установки, которая включена в систему охлаждения главного двигателя.

Греющая батарея испарителя образована прямыми трубками. Греющая вода от главного двигателя с температурой 65-70°С поступает в трубки испарителя кипящего типа, у которых поверхность нагрева расположена в самой нагреваемой воде (поэтому испарение в них сопровождается кипением испаряемой воды во всем объеме). Образующаяся в камере испарения пароводяная смесь поступает в сепаратор, из которого осушенный пар уходит в конденсатор, а рассол удаляется гидравлическим эжектором. Для удаления из конденсатора воздуха и поддержания разряжения служит водоструйный эжектор, рабочая вода к которому подается отдельным электроприводным насосом забортной воды. Дистиллят удаляется из конденсатора насосом.

Водоопреснительная установка типа «Д»

На рис. 8.2 представлена конструктивная схема и внешний вид водоопреснителя «Д».

Особенности опреснителя заключаются в следующем: теплообменную часть греющей батареи представляет вертикально расположенные мельхиоровые трубки 1, развальцованные в латунных досках, внутри которых происходит процесс кипения морской воды. В верхней расширенной части находится горизонтальный жалюзный сепаратор 2 и двухходовой прямотрубный конденсатор 3. Относительная большая высота парового пространства в сочетании с жалюзным сепаратором позволяет получить дистиллят с солесодержанием не более 8 мг/л.

В центре нагревательной батареи оставлена цилиндрическая шахта для циркуляции рассола. В ней установлена центральная труба, по которой рассол сливается к эжектору. Уровень рассола устанавливается на высоте верхнего среза сливной трубы 4.

Принципиальная схема утилизационной вакуумной ВОУ типа «Д» представлена на рис. 8.4. Забортная вода центробежным насосом 11 прокачивается через трубки конденсатора 6, где нагревается за счет теплоты конденсации пара. Часть выходящей из конденсатора воды направляется в качестве рабочей среды в рассольно-воздушный эжектор 9. Другая часть, равная примерно четырехкратной производительности ВОУ, поступает на питание испарителя 12.

Греющая вода от главного двигателя поступает в межтрубное пространство испарителя по трубопроводу 3 и, пройдя между поперечными сегментными перегородками, нагревает стенки трубок испарителя, где происходит кипение и испарение забортной воды. Образовавшийся пар проходит через жалюзийный сепаратор 7 поступает в конденсатор 6, где конденсируется, и дистиллят самотеком стекает в сборник 13. Сборник дистиллята оборудован регулятором уровня для пуска и остановки дистиллятного насоса 14, уравнительной трубой 19. Дистиллятный насос забирает дистиллят из сборника и направляет его к электромагнитному клапану 16, который распределяет отвод дистиллята. При нормальной солености воды она направляется в цистерну пресной воды, при повышенной — снова в испаритель через дроссельную шайбу 20.

При падении давления на нагнетательной стороне дистиллятного насоса срабатывает реле давления 15 которая отключает насос, т. е. прекращается откачка дистиллята.

Неиспарившаяся морская вода (рассол) по отводной трубе, направляется к эжектору 9, сюда же из конденсатора по трубопроводу поступает паро-воздушная смесь, которая вместе с рассолом отводится за борт.

При снижении давления рабочей воды перед эжектором 9 до 0,1 МПа, невозвратно-запорный клапан 17 автоматически перекрывает подачу питательной воды в испаритель, тем самым предохраняя испаритель от затопления. На системе питательной воды испарителя установлена диафрагма 18, которая предназначена для ограничения подачи воды в испаритель.

Замер солесодержание осуществляется соленомером 2, к которому дистиллят поступает через установленную на отводном трубопроводе дроссельную диафрагму.

Производительность установки и расход питательной воды контролируется ротаметрами.

Кратковременная работа испарителя обеспечивается за счет подвода греющего пара от котла и отвода конденсатора по трубопроводу 5 и 4.

Контроль режима работы ВОУ осуществляется с помощью термометров: измеряется температура греющей воды на входе в испаритель и на выходе из него, также температура воды на выходе из конденсатора. Контроль вакуума в ВОУ осуществляется по вакуумметру.

Данный тип ВОУ работает с коэффициентом продувания, равным трем.

Водоопреснительная установка «Атлас»

Самые распространенные водоопреснительные установки на морских транспортных судах — это установки фирмы «Атлас» (Дания). На рис. 8.5 показан общий вид водоопреснительной установки фирмы «Атлас». Фирма «Атлас» выпускает водоопреснители уменьшенных размеров и габаритов серии АФГУ — общий вид этой серий показан на рис. 8.6.

Основу конструкций составляет стальной вертикальный цилиндрический барабан с крышкой, играющую роль сухопарника. К нижней части барабана крепится цилиндрическая вертикальная прямотрубная нагревательная батарея.

Тепловая схема вакуумной ВОУ «Атлас» приведена на рис. 8.7. Часть охлаждающей воды главного двигателя с температурой 65-70°С пропускается через испаритель 19. В испарителе греющая вода, омывая трубки снаружи, отдает часть теплоты на испарения забортной морской воды. Морская вода подается в нижнюю часть крышки батареи и проходит внутри трубок, прокачиваемая центробежным насосом 10. Процесс испарения морской воды происходит при температуре 38-40°С, за счет восприятия тепловой энергии охлаждающей воды главного двигателя. Эта температура является температурой насыщения забортной воды вследствие создаваемого и поддерживаемого вакуума (порядка 93%) в водоопреснителе с помощью эжектора. Образовавшийся пар в испарителе проходит через отбойный щит сепаратора и достигает горизонтального конденсатора, который встроен в сухопарник и отделен от основного парового пространства внутренним кожухом. В конденсаторе пар конденсируется и в виде дистиллята отводится дистилляторным насосом 15 — при нормальной солености дистиллята в цистерну, при повышенной солености через соленоидный клапан 23 обратно в испаритель.

Изменение температуры забортной воды приводит к соответствующему изменению и температуры насыщения в испарителе. Количество греющей воды, подаваемой в испаритель, в три-четыре раза больше по сравнению с питательной (забортной). Благодаря этому, а также низкой температуре испарения образования накипи на поверхности теплообмена испарителя будет минимальным.

Водоопреснитель обслуживается двумя эжекторами. Эжектор 7 соединен трубопроводом с конденсатором и обеспечивает отсос воздуха для создания вакуума и его поддержание порядка 93-95%. Эжектор 6 служит для отсоса соленой воды (рассола) из сепаратора, которая не успела испариться и была занесена из испарителя.

Центробежный насос 10 обеспечивает эжектора рабочей воды, а насос 9 предназначен для охлаждения конденсатора.

Водоопреснительная установка может работать на свежем паре от трубопровода 5 через редукционный клапан 21.

Управление количеством забортной воды, подаваемой в испаритель, осуществляется посредством расходомера (ротометра) 8.

Соленость дистиллята, получаемого в ВОУ типов «Д»и «АТЛАС», составляет не более 8 мг/л CI (0,8° Б) при солесодержании рассола 50 тыс. мг/л.

Контроль режима работы ВОУ обеспечивается контрольно-измерительными приборами. Давление и температура контролируется манометрами и термометрами. Качество получаемого дистиллята контролируется соленомером 18. В случае засаливания дистиллята подается сигнал с помощью зуммера 17.

Коэффициент продувания ВОУ «АТЛАС» составляет 2-3.

Показатели режима работы установок «АТЛАС»

  1. Температура испарения — 38°С
  2. Давление пара — 0,068 атм
  3. Температура греющей воды, поступающей в испаритель — 60-65°С
  4. Понижение температуры греющей воды после испарителя — 5-15°С
  5. Температура забортной воды — 28- 30°С
  6. Нагрев воды в конденсаторе — 4-8°С
  7. Содержание хлоридов в дистилляте — 6 мг/л
  8. Давление рабочей воды, поступающей к эжектору — 38-40 м вод. ст.
  9. Давление нагнетания эжектора — 2 м вод. ст.
Водоопреснительная установка «НИРЕКС»

Водоопреснительные установки фирмы «НИРЕКС» достаточно надежно зарекомендовали себя в эксплуатации и в настоящее время широко распространены на дизельных судах. Отличительной особенностью опреснителей «НИРЕКС» является применение пластинчатых теплообменников для испарителя и конденсатора (см. рис. 8. 8). Пластины, разделяющие теплообменивающиеся среды, показаны на рис. 8.8, А, а пластинчатый теплообменный аппарат на рис. 8.9.

Пластины изготовлены из нержавеющей стали с выштампованными канавками, которые образуют поверхность теплообмена. В каждой пластине имеется по четыре отверстия, каждые два их них служат для подвода и отвода соответственно греющей и нагреваемой воды.

Теплообменные аппараты (рис. 8.8, б) представляют собой ряд пластин с резиновыми прокладками между ними, собранных в пакеты и сжатых болтами между двумя плитами. Благодаря прокладкам образуются ка¬налы для греющей и нагреваемой сред, а их конфигурация обеспечивает омывание каждой из пластин с одной стороны греющей средой, а с другой – нагреваемой (см. рис. 8.10).

Таким образом создаются полости конденсатора и испарителя, образованные параллельно расположенными пластинами. В испарителе полости между собой соединены последовательно, а в секции конденсатора – параллельно.

Параметры режима работы ВОУ «НИРЕКС»

  1. Температура греющей воды — 60-65°С
  2. Температура испарения забортной воды — 45-48°С
  3. Понижение температуры греющей воды в испарителе — не более 4°С
  4. Содержание хлоридов в дистилляте — 6 мг/л CI
  5. Коэффициент продувания — 4-5

Общий вид опреснителя «НИРЕКС» и его компоновка представлена на рис. 8.9, а тепловая схема водоопреснительной установки «НИРЕКС» с пластинчатыми теплообменными аппаратами показана на рис. 8.10.

Рассмотрим работу ВОУ. Греющая вода от системы охлаждения главного двигателя по трубопроводу 3 подается в испаритель 4. От системы охлаждения забортной воды забортная вода подается в конденсатор 6 и в испаритель 4. Пароводяная смесь из испарителя поступает в сепаратор 5, в котором происходит отделение капелек воды от пара, а неиспарившийся рассол с помощью эжектора 13 и насоса 14 удаляется за борт.

Подача рабочей воды на эжектор осуществляется сдвоенным электроприводным насосом 14. Далее пар попадает в конденсатор 6, где конденсируется и полученный дистиллят удаляется эжектором 12, где в качестве рабочей воды используется дистиллят, подаваемый из сборника 11 сдвоенным насосом 10, в сборник 11, откуда воздух выходит через трубу 15. Охлаждение дистиллята, подаваемого в сборник, производится рабочей водой, циркулирующей по контуру сборник—насос—эжектор. Поддержание постоянного уровня в сборнике 11 осуществляется с помощью трубки 15, через которую излишки дистиллята удаляются и затем откачиваются насосом 10 в цистерну.

Приготовленный в установке дистиллят удаляется из сборника насосом 10, на трубопроводе дистиллята установлены расходомер 9, датчик соленомера 8, и электромагнитный клапан сброса засоленного дистиллята 7, Сброс засоленного дистиллята через электромагнитный клапан 7 и включение сигнального устройства происходит при содержании хлоридов более 80 мг/л CI.

Адиабатные водоопреснительные установки типа «НИРЕКС»

Водоопреснительные установки с адиабатным испарителями подразделяются на проточные и циркуляционные:

  • в проточных неиспарившаяся в камере испарения забортная вода удаляется рассольным насосом за борт;
  • в циркуляционных неиспарившаяся морская вода в испарительной камере циркуляционном насосом вновь подается в подогреватель.

Испарение морской воды в опреснительных установках с адиабатным испарителем происходит в испарителе за счет резкого понижения давления в условиях адиабатного процесса, т.е. без подвода теплоты.

Удельный расход теплоты в установках с адиабатным проточными испарителями относительно велик, так как часто до 98-99 % нагретой воды удаляется за борт.

В опреснительных установках с адиабатными циркуляционными испарителями удельный расход теплоты в 2-4 раза меньше по сравнению с таковым в установках с адиабатными проточными испарителями.

В судовой практике обычно используется опреснительная установка фирмы «Нирекс» с камерами испарения бесповерхностного типа, имеющими циркуляционный контур рассола и конденсатор смесительного типа. Схема водоопреснительной установки «Нирекс с камерами испарения бесповерхностного типа приведена на рис. 8.11.

Греющая вода из системы охлаждения главного двигателя подается в подогреватель 2, отдает часть тепла забортной воде и рассолу, подаваемым насосом 15. Нагретый рассол поступает в камеру испарения 3, где разбрызгивается и частично испаряется. Неиспарившаяся его часть стекает вниз испарителя и откуда насосом 15 вновь подается вместе с добавляемой забортной водой в подогреватель 2, а затем в испаритель 3. отделение капелек влаги от пара, образовавшегося в испарителе, осуществляется в сепараторе 4. Далее пар поступает в конденсатор 5 смесительного типа, где он смешивается со струйками охлажденного дистиллята, который вытекает через отверстия в днище, расположенном сверху бачка, конденсируется. Дистиллят из сборника конденсатора с помощью левой секции дистиллятного насоса прокачивает его через охладитель 6, а затем в конденсатор 5, вторая ступень этого насоса полученный дистиллят, который сливается через переливную трубу, направляет в расходомер и далее в цистерну. Охладитель 6 прокачивается забортной водой по системе 7 циркуляционным насосом двигателя, который одновременно подает забортную воду на подпитку испарителя к масляному и водяному холодильникам главного двигателя.

Поддержание вакуума и удаление паровоздушной смеси из конденсатора и избытка рассола из сепарационной камеры испарителя осуществляется с помощью водоструйного эжектора 13, в котором в качестве рабочей среды используется забортная вода, подаваемая насосом 8. Этим же насосом удаляется за борт рабочая вода рассол и воздух после эжектора.

При повышенном солесодержании дистиллята соленомер 11 дает сигнал на открытие электромагнитного клапана 10 и подсоленный дистиллят сбрасывается в льяла.

Опреснительные установки с использованием принципа обратного осмоса

Водоопреснительное установки, использующие принципы обратного осмоса, пока не получили широкого использования в судовых энергетических установках.

Метод опреснения морской воды так называемого обратного осмоса обусловлен существованием сольватов.

Основу таких опреснителей составляет мембрана, являющаяся проницаемой для воды и непроницаемой для растворенных в ней солей (сольватов). Забортная вода с одной стороны мембраны находится под давлением, превышающим осмотическое. Под действием этого давления часть воды без солей проходит через мембрану, а оставшаяся с повышенным содержанием солей удаляется за борт.

Осмотическое давление при температуре забортной воды 25°С и солесодержании 1 г/л составляет 0,07 МПа, а при солесодержании 50 г/л — 40,4 МПа. Мембраны в таких опреснителях выполняются из триацетата целлюлозы в виде пучка полых волокон с внутренним диаметром 40 мкм и наружным 85-200 мкм.

Для опреснительных установок обратного осмоса необходима предварительная обработка морской воды, которая заключается в следующем: вода проходит через сеточный фильтр с размером ячейки 0,3 мм, центробежный сепаратор для отделения ила и песка с размерами частиц более 200 мкм, далее через песчаный фильтр и затем поступает к насосу с давлением 5-7 МПа. При работе таких опреснителей необходимо постоянно контролировать и регулировать установленные нормы водного режима.

Принципиальная схема опреснителя фирмы «ROCHEM» представлена на рис. 8.12. Система фирмы «ROCHEM» работающая на принципе обратного осмоса является модульными системами, разработанными с учетом технических требований для обессоливания морской воды.

Предварительная очистка морской воды производится в песчаном фильтре 2 и фильтр-патроне 3. Песчаный фильтр заполняется песком, песчинки которого имеют разные размеры по диаметру: 3,0-5,0 мм 210 кг, 2,0-3,0 мм 350 кг, 0,3-0,7 мм 420 кг — всего 880 кг. В корпусе патронного фильтра находятся 6 патронных фильтров.

Морская вода подается одним из насосов 1 в песчаный фильтр 2 и пропускается через него и далее через фильтр-патрон 3. Для прокачки мембранных ДТ модулей предназначен насос высокого давления 4 с давлением 10-15 Мпа. Морская вода сплошным потоком падает на мембранные фильтры ДТ-модулей 5. Она проходит через серию связанных мембранных фильтров, и часть ее в виде обессоленной чистой воды стекает в трубопровод отвода в цистерну. Другая часть в виде рассола удаляется за борт.

Получаемая обессоленная вода содержит растворенный в воде углекислый газ СО2, его наличие понижает РН до 6,0-6,5.

Присутствие в воде свободного углекислого газа вызывает коррозию железа, в результате чего вода окрашивается в коричневый цвет. Для исключения данного явления в системе отвода обессоленной воды установлен раскисляющий фильтр 7. Раскисляющий фильтр заполнен доломитом — веществом, способным поглощать углекислый газ, после прохождения обессоленной воды через доломит РН устанавливается 7,0.

Рассмотрим устройство и сущность обессоливания морской воды в мембранном диско-трубном модуле.

Схема капсулы модуля и мембраны показаны на рис. 8.13., а общий вид капсулы в сборе приведена на рис. 8.14.

  • Длина капсулы модуля — 1000 мм
  • Диаметр капсулы — 226 мм
  • Вес капсулы — 49 кг
  • Количество мембранных вставок /подушек — 169 шт.
  • Количество гидравлических дисков — 170 шт.

Основными составляющими частями модуля являются диско-мембранные блоки и цилиндрический корпус оболочки, работающий под давлением. Мембранные подушки одеты на центральный стержень внутри цилиндрического корпуса модуля. Каждая мембрана с обоих сторон покрыта промокательными дисками и образуют самостоятельную секцию — подушку. Диско-мембранный блок вставлен внутрь цилиндрического корпуса оболочки. Отверстия цилиндрического корпуса закрыты фланцами с кольцевыми прокладками. Промокательные диски, покрывающие мембранную подушку, удерживают давление на ее поверхности.

Процесс опреснения обусловлен существованием сольватов. Морская вода под давлением 10-15 МПа прокачивается сквозь металлические корпуса капсул модуля и наличие мембран, которые имеют сечение на порядок меньше, чем размеры сольватов пропускают воду. Поэтому сольваты остаются на поверхности мембран, внутри корпуса капсулы, а вода, свободная от растворенных солей попадает в сборник чистой. Оттуда чистая вода вытекает через кольцевую полость, распложенного у центрального отверстия -В- и удаляется.

Мембранное пространство и сборник чистой воды устроены как разделительная часть гидравлического диска. Разделительное пространство образует открытый канал пресной воды.

Таким образом, по пути к разгрузочному отверстию -С-, выходу рассола, морская вода проходит через каждую мембранную секцию. Солевой компонент морской воды увеличивается в секциях по мере того, как чистая вода в каждой секции отделяется от морской.

В результате такого явления создается тенденция к накоплению мельчайших коллоидных органических и неорганических частиц на поверхности мембран и по этой причине происходит снижение производительности опреснителя и повышенное солесодержание чистой воды. В процессе эксплуатации при снижении производительности мембран на 10-15 % необходимо производить химочистку по рекомендации фирмы-изготовителя «РОХЕМ».

Система оборудована клапанами, позволяющими производить химочистку с применением химикатов закрытой циркуляцией, в процессе которой коллоидные грязные частицы и кристаллы, находящиеся на поверхности мембран могут быть очищены и удалены в специальный очистной танк. Давление воды в процессе промывки должно быть 10-20 бар, и температура воды 35-45°С.

Одновременно производят промывку песчаного фильтра способом обратной промывки с подачей сжатого воздуха с давлением 1 бар в течение 15 минут. После этого фильтр-патроны заменяют, при нормальной работы обессолевателя фильтр-патроны должны меняться через каждые 700 часов его работы и при каждой химической промывке.

Литература

Вспомогательные механизмы и судовые системы. Э. В. КОРНИЛОВ, П. В. БОЙКО, Э. И. ГОЛОФАСТОВ (2009)

Похожие статьи

Водоопреснительные установки морских судов – MirMarine

Назначение и классификация водоопреснительных установок

Судовые водоопреснительные установки (СОУ) предназначены для получения опресненной воды из забортной.

Опресненная вода, полученная в СОУ, применяется для технических целей и бытовых нужд.

По способу опреснения водоопреснительные установки (СОУ) разделяют на три группы:

  • Дистилляционные
  • Электродиализные
  • Обратноосмические

По роду источника тепла (паровые, утилизационные, универсальные, электрические).

В настоящее время на судах с дизельной установкой исключительно применяются вакуумные одноступенчатые утилизационные водоопреснительные испарители забортной воды, использующие тепло охлаждающей пресной воды, замкнутой системы охлаждения главного двигателя.

Из всего многообразия конструкций водоопреснительных утилизационных установок у всех опреснителей есть общие принципы компоновки и комплектации вспомогательным оборудованием. Ниже будут рассмотрены наиболее типичные и распространенные типы утилизационных водоопреснительных установок.

На рис. 8.1 приведена простейшая схема конструкции вакуумной одноступенчатой утилизационной водоопреснительной установки, которая включена в систему охлаждения главного двигателя.

Греющая батарея испарителя образована прямыми трубками. Греющая вода от главного двигателя с температурой 65-70°С поступает в трубки испарителя кипящего типа, у которых поверхность нагрева расположена в самой нагреваемой воде (поэтому испарение в них сопровождается кипением испаряемой воды во всем объеме). Образующаяся в камере испарения пароводяная смесь поступает в сепаратор, из которого осушенный пар уходит в конденсатор, а рассол удаляется гидравлическим эжектором. Для удаления из конденсатора воздуха и поддержания разряжения служит водоструйный эжектор, рабочая вода к которому подается отдельным электроприводным насосом забортной воды. Дистиллят удаляется из конденсатора насосом.

Водоопреснительная установка типа «Д»

На рис. 8.2 представлена конструктивная схема и внешний вид водоопреснителя «Д».

Особенности опреснителя заключаются в следующем: теплообменную часть греющей батареи представляет вертикально расположенные мельхиоровые трубки 1, развальцованные в латунных досках, внутри которых происходит процесс кипения морской воды. В верхней расширенной части находится горизонтальный жалюзный сепаратор 2 и двухходовой прямотрубный конденсатор 3. Относительная большая высота парового пространства в сочетании с жалюзным сепаратором позволяет получить дистиллят с солесодержанием не более 8 мг/л.

В центре нагревательной батареи оставлена цилиндрическая шахта для циркуляции рассола. В ней установлена центральная труба, по которой рассол сливается к эжектору. Уровень рассола устанавливается на высоте верхнего среза сливной трубы 4.

Принципиальная схема утилизационной вакуумной ВОУ типа «Д» представлена на рис. 8.4. Забортная вода центробежным насосом 11 прокачивается через трубки конденсатора 6, где нагревается за счет теплоты конденсации пара. Часть выходящей из конденсатора воды направляется в качестве рабочей среды в рассольно-воздушный эжектор 9. Другая часть, равная примерно четырехкратной производительности ВОУ, поступает на питание испарителя 12.

Греющая вода от главного двигателя поступает в межтрубное пространство испарителя по трубопроводу 3 и, пройдя между поперечными сегментными перегородками, нагревает стенки трубок испарителя, где происходит кипение и испарение забортной воды. Образовавшийся пар проходит через жалюзийный сепаратор 7 поступает в конденсатор 6, где конденсируется, и дистиллят самотеком стекает в сборник 13. Сборник дистиллята оборудован регулятором уровня для пуска и остановки дистиллятного насоса 14, уравнительной трубой 19. Дистиллятный насос забирает дистиллят из сборника и направляет его к электромагнитному клапану 16, который распределяет отвод дистиллята. При нормальной солености воды она направляется в цистерну пресной воды, при повышенной — снова в испаритель через дроссельную шайбу 20.

При падении давления на нагнетательной стороне дистиллятного насоса срабатывает реле давления 15 которая отключает насос, т. е. прекращается откачка дистиллята.

Неиспарившаяся морская вода (рассол) по отводной трубе, направляется к эжектору 9, сюда же из конденсатора по трубопроводу поступает паро-воздушная смесь, которая вместе с рассолом отводится за борт.

При снижении давления рабочей воды перед эжектором 9 до 0,1 МПа, невозвратно-запорный клапан 17 автоматически перекрывает подачу питательной воды в испаритель, тем самым предохраняя испаритель от затопления. На системе питательной воды испарителя установлена диафрагма 18, которая предназначена для ограничения подачи воды в испаритель.

Замер солесодержание осуществляется соленомером 2, к которому дистиллят поступает через установленную на отводном трубопроводе дроссельную диафрагму.

Производительность установки и расход питательной воды контролируется ротаметрами.

Кратковременная работа испарителя обеспечивается за счет подвода греющего пара от котла и отвода конденсатора по трубопроводу 5 и 4.

Контроль режима работы ВОУ осуществляется с помощью термометров: измеряется температура греющей воды на входе в испаритель и на выходе из него, также температура воды на выходе из конденсатора. Контроль вакуума в ВОУ осуществляется по вакуумметру.

Данный тип ВОУ работает с коэффициентом продувания, равным трем.

Водоопреснительная установка «Атлас»

Самые распространенные водоопреснительные установки на морских транспортных судах — это установки фирмы «Атлас» (Дания). На рис. 8.5 показан общий вид водоопреснительной установки фирмы «Атлас». Фирма «Атлас» выпускает водоопреснители уменьшенных размеров и габаритов серии АФГУ — общий вид этой серий показан на рис. 8.6.

Основу конструкций составляет стальной вертикальный цилиндрический барабан с крышкой, играющую роль сухопарника. К нижней части барабана крепится цилиндрическая вертикальная прямотрубная нагревательная батарея.

Тепловая схема вакуумной ВОУ «Атлас» приведена на рис. 8.7. Часть охлаждающей воды главного двигателя с температурой 65-70°С пропускается через испаритель 19. В испарителе греющая вода, омывая трубки снаружи, отдает часть теплоты на испарения забортной морской воды. Морская вода подается в нижнюю часть крышки батареи и проходит внутри трубок, прокачиваемая центробежным насосом 10. Процесс испарения морской воды происходит при температуре 38-40°С, за счет восприятия тепловой энергии охлаждающей воды главного двигателя. Эта температура является температурой насыщения забортной воды вследствие создаваемого и поддерживаемого вакуума (порядка 93%) в водоопреснителе с помощью эжектора. Образовавшийся пар в испарителе проходит через отбойный щит сепаратора и достигает горизонтального конденсатора, который встроен в сухопарник и отделен от основного парового пространства внутренним кожухом. В конденсаторе пар конденсируется и в виде дистиллята отводится дистилляторным насосом 15 — при нормальной солености дистиллята в цистерну, при повышенной солености через соленоидный клапан 23 обратно в испаритель.

Изменение температуры забортной воды приводит к соответствующему изменению и температуры насыщения в испарителе. Количество греющей воды, подаваемой в испаритель, в три-четыре раза больше по сравнению с питательной (забортной). Благодаря этому, а также низкой температуре испарения образования накипи на поверхности теплообмена испарителя будет минимальным.

Водоопреснитель обслуживается двумя эжекторами. Эжектор 7 соединен трубопроводом с конденсатором и обеспечивает отсос воздуха для создания вакуума и его поддержание порядка 93-95%. Эжектор 6 служит для отсоса соленой воды (рассола) из сепаратора, которая не успела испариться и была занесена из испарителя.

Центробежный насос 10 обеспечивает эжектора рабочей воды, а насос 9 предназначен для охлаждения конденсатора.

Водоопреснительная установка может работать на свежем паре от трубопровода 5 через редукционный клапан 21.

Управление количеством забортной воды, подаваемой в испаритель, осуществляется посредством расходомера (ротометра) 8.

Соленость дистиллята, получаемого в ВОУ типов «Д»и «АТЛАС», составляет не более 8 мг/л CI (0,8° Б) при солесодержании рассола 50 тыс. мг/л.

Контроль режима работы ВОУ обеспечивается контрольно-измерительными приборами. Давление и температура контролируется манометрами и термометрами. Качество получаемого дистиллята контролируется соленомером 18. В случае засаливания дистиллята подается сигнал с помощью зуммера 17.

Коэффициент продувания ВОУ «АТЛАС» составляет 2-3.

Показатели режима работы установок «АТЛАС»

  1. Температура испарения — 38°С
  2. Давление пара — 0,068 атм
  3. Температура греющей воды, поступающей в испаритель — 60-65°С
  4. Понижение температуры греющей воды после испарителя — 5-15°С
  5. Температура забортной воды — 28- 30°С
  6. Нагрев воды в конденсаторе — 4-8°С
  7. Содержание хлоридов в дистилляте — 6 мг/л
  8. Давление рабочей воды, поступающей к эжектору — 38-40 м вод. ст.
  9. Давление нагнетания эжектора — 2 м вод. ст.
Водоопреснительная установка «НИРЕКС»

Водоопреснительные установки фирмы «НИРЕКС» достаточно надежно зарекомендовали себя в эксплуатации и в настоящее время широко распространены на дизельных судах. Отличительной особенностью опреснителей «НИРЕКС» является применение пластинчатых теплообменников для испарителя и конденсатора (см. рис. 8.8). Пластины, разделяющие теплообменивающиеся среды, показаны на рис. 8.8, А, а пластинчатый теплообменный аппарат на рис. 8.9.

Пластины изготовлены из нержавеющей стали с выштампованными канавками, которые образуют поверхность теплообмена. В каждой пластине имеется по четыре отверстия, каждые два их них служат для подвода и отвода соответственно греющей и нагреваемой воды.

Теплообменные аппараты (рис. 8.8, б) представляют собой ряд пластин с резиновыми прокладками между ними, собранных в пакеты и сжатых болтами между двумя плитами. Благодаря прокладкам образуются ка¬налы для греющей и нагреваемой сред, а их конфигурация обеспечивает омывание каждой из пластин с одной стороны греющей средой, а с другой – нагреваемой (см. рис. 8.10).

Таким образом создаются полости конденсатора и испарителя, образованные параллельно расположенными пластинами. В испарителе полости между собой соединены последовательно, а в секции конденсатора – параллельно.

Параметры режима работы ВОУ «НИРЕКС»

  1. Температура греющей воды — 60-65°С
  2. Температура испарения забортной воды — 45-48°С
  3. Понижение температуры греющей воды в испарителе — не более 4°С
  4. Содержание хлоридов в дистилляте — 6 мг/л CI
  5. Коэффициент продувания — 4-5

Общий вид опреснителя «НИРЕКС» и его компоновка представлена на рис. 8.9, а тепловая схема водоопреснительной установки «НИРЕКС» с пластинчатыми теплообменными аппаратами показана на рис. 8.10.

Рассмотрим работу ВОУ. Греющая вода от системы охлаждения главного двигателя по трубопроводу 3 подается в испаритель 4. От системы охлаждения забортной воды забортная вода подается в конденсатор 6 и в испаритель 4. Пароводяная смесь из испарителя поступает в сепаратор 5, в котором происходит отделение капелек воды от пара, а неиспарившийся рассол с помощью эжектора 13 и насоса 14 удаляется за борт.

Подача рабочей воды на эжектор осуществляется сдвоенным электроприводным насосом 14. Далее пар попадает в конденсатор 6, где конденсируется и полученный дистиллят удаляется эжектором 12, где в качестве рабочей воды используется дистиллят, подаваемый из сборника 11 сдвоенным насосом 10, в сборник 11, откуда воздух выходит через трубу 15. Охлаждение дистиллята, подаваемого в сборник, производится рабочей водой, циркулирующей по контуру сборник—насос—эжектор. Поддержание постоянного уровня в сборнике 11 осуществляется с помощью трубки 15, через которую излишки дистиллята удаляются и затем откачиваются насосом 10 в цистерну.

Приготовленный в установке дистиллят удаляется из сборника насосом 10, на трубопроводе дистиллята установлены расходомер 9, датчик соленомера 8, и электромагнитный клапан сброса засоленного дистиллята 7, Сброс засоленного дистиллята через электромагнитный клапан 7 и включение сигнального устройства происходит при содержании хлоридов более 80 мг/л CI.

Адиабатные водоопреснительные установки типа «НИРЕКС»

Водоопреснительные установки с адиабатным испарителями подразделяются на проточные и циркуляционные:

  • в проточных неиспарившаяся в камере испарения забортная вода удаляется рассольным насосом за борт;
  • в циркуляционных неиспарившаяся морская вода в испарительной камере циркуляционном насосом вновь подается в подогреватель.

Испарение морской воды в опреснительных установках с адиабатным испарителем происходит в испарителе за счет резкого понижения давления в условиях адиабатного процесса, т.е. без подвода теплоты.

Удельный расход теплоты в установках с адиабатным проточными испарителями относительно велик, так как часто до 98-99 % нагретой воды удаляется за борт.

В опреснительных установках с адиабатными циркуляционными испарителями удельный расход теплоты в 2-4 раза меньше по сравнению с таковым в установках с адиабатными проточными испарителями.

В судовой практике обычно используется опреснительная установка фирмы «Нирекс» с камерами испарения бесповерхностного типа, имеющими циркуляционный контур рассола и конденсатор смесительного типа. Схема водоопреснительной установки «Нирекс с камерами испарения бесповерхностного типа приведена на рис. 8.11.

Греющая вода из системы охлаждения главного двигателя подается в подогреватель 2, отдает часть тепла забортной воде и рассолу, подаваемым насосом 15. Нагретый рассол поступает в камеру испарения 3, где разбрызгивается и частично испаряется. Неиспарившаяся его часть стекает вниз испарителя и откуда насосом 15 вновь подается вместе с добавляемой забортной водой в подогреватель 2, а затем в испаритель 3. отделение капелек влаги от пара, образовавшегося в испарителе, осуществляется в сепараторе 4. Далее пар поступает в конденсатор 5 смесительного типа, где он смешивается со струйками охлажденного дистиллята, который вытекает через отверстия в днище, расположенном сверху бачка, конденсируется. Дистиллят из сборника конденсатора с помощью левой секции дистиллятного насоса прокачивает его через охладитель 6, а затем в конденсатор 5, вторая ступень этого насоса полученный дистиллят, который сливается через переливную трубу, направляет в расходомер и далее в цистерну. Охладитель 6 прокачивается забортной водой по системе 7 циркуляционным насосом двигателя, который одновременно подает забортную воду на подпитку испарителя к масляному и водяному холодильникам главного двигателя.

Поддержание вакуума и удаление паровоздушной смеси из конденсатора и избытка рассола из сепарационной камеры испарителя осуществляется с помощью водоструйного эжектора 13, в котором в качестве рабочей среды используется забортная вода, подаваемая насосом 8. Этим же насосом удаляется за борт рабочая вода рассол и воздух после эжектора.

При повышенном солесодержании дистиллята соленомер 11 дает сигнал на открытие электромагнитного клапана 10 и подсоленный дистиллят сбрасывается в льяла.

Опреснительные установки с использованием принципа обратного осмоса

Водоопреснительное установки, использующие принципы обратного осмоса, пока не получили широкого использования в судовых энергетических установках.

Метод опреснения морской воды так называемого обратного осмоса обусловлен существованием сольватов.

Основу таких опреснителей составляет мембрана, являющаяся проницаемой для воды и непроницаемой для растворенных в ней солей (сольватов). Забортная вода с одной стороны мембраны находится под давлением, превышающим осмотическое. Под действием этого давления часть воды без солей проходит через мембрану, а оставшаяся с повышенным содержанием солей удаляется за борт.

Осмотическое давление при температуре забортной воды 25°С и солесодержании 1 г/л составляет 0,07 МПа, а при солесодержании 50 г/л — 40,4 МПа. Мембраны в таких опреснителях выполняются из триацетата целлюлозы в виде пучка полых волокон с внутренним диаметром 40 мкм и наружным 85-200 мкм.

Для опреснительных установок обратного осмоса необходима предварительная обработка морской воды, которая заключается в следующем: вода проходит через сеточный фильтр с размером ячейки 0,3 мм, центробежный сепаратор для отделения ила и песка с размерами частиц более 200 мкм, далее через песчаный фильтр и затем поступает к насосу с давлением 5-7 МПа. При работе таких опреснителей необходимо постоянно контролировать и регулировать установленные нормы водного режима.

Принципиальная схема опреснителя фирмы «ROCHEM» представлена на рис. 8.12. Система фирмы «ROCHEM» работающая на принципе обратного осмоса является модульными системами, разработанными с учетом технических требований для обессоливания морской воды.

Предварительная очистка морской воды производится в песчаном фильтре 2 и фильтр-патроне 3. Песчаный фильтр заполняется песком, песчинки которого имеют разные размеры по диаметру: 3,0-5,0 мм 210 кг, 2,0-3,0 мм 350 кг, 0,3-0,7 мм 420 кг — всего 880 кг. В корпусе патронного фильтра находятся 6 патронных фильтров.

Морская вода подается одним из насосов 1 в песчаный фильтр 2 и пропускается через него и далее через фильтр-патрон 3. Для прокачки мембранных ДТ модулей предназначен насос высокого давления 4 с давлением 10-15 Мпа. Морская вода сплошным потоком падает на мембранные фильтры ДТ-модулей 5. Она проходит через серию связанных мембранных фильтров, и часть ее в виде обессоленной чистой воды стекает в трубопровод отвода в цистерну. Другая часть в виде рассола удаляется за борт.

Получаемая обессоленная вода содержит растворенный в воде углекислый газ СО2, его наличие понижает РН до 6,0-6,5.

Присутствие в воде свободного углекислого газа вызывает коррозию железа, в результате чего вода окрашивается в коричневый цвет. Для исключения данного явления в системе отвода обессоленной воды установлен раскисляющий фильтр 7. Раскисляющий фильтр заполнен доломитом — веществом, способным поглощать углекислый газ, после прохождения обессоленной воды через доломит РН устанавливается 7,0.

Рассмотрим устройство и сущность обессоливания морской воды в мембранном диско-трубном модуле.

Схема капсулы модуля и мембраны показаны на рис. 8.13., а общий вид капсулы в сборе приведена на рис. 8.14.

  • Длина капсулы модуля — 1000 мм
  • Диаметр капсулы — 226 мм
  • Вес капсулы — 49 кг
  • Количество мембранных вставок /подушек — 169 шт.
  • Количество гидравлических дисков — 170 шт.

Основными составляющими частями модуля являются диско-мембранные блоки и цилиндрический корпус оболочки, работающий под давлением. Мембранные подушки одеты на центральный стержень внутри цилиндрического корпуса модуля. Каждая мембрана с обоих сторон покрыта промокательными дисками и образуют самостоятельную секцию — подушку. Диско-мембранный блок вставлен внутрь цилиндрического корпуса оболочки. Отверстия цилиндрического корпуса закрыты фланцами с кольцевыми прокладками. Промокательные диски, покрывающие мембранную подушку, удерживают давление на ее поверхности.

Процесс опреснения обусловлен существованием сольватов. Морская вода под давлением 10-15 МПа прокачивается сквозь металлические корпуса капсул модуля и наличие мембран, которые имеют сечение на порядок меньше, чем размеры сольватов пропускают воду. Поэтому сольваты остаются на поверхности мембран, внутри корпуса капсулы, а вода, свободная от растворенных солей попадает в сборник чистой. Оттуда чистая вода вытекает через кольцевую полость, распложенного у центрального отверстия -В- и удаляется.

Мембранное пространство и сборник чистой воды устроены как разделительная часть гидравлического диска. Разделительное пространство образует открытый канал пресной воды.

Таким образом, по пути к разгрузочному отверстию -С-, выходу рассола, морская вода проходит через каждую мембранную секцию. Солевой компонент морской воды увеличивается в секциях по мере того, как чистая вода в каждой секции отделяется от морской.

В результате такого явления создается тенденция к накоплению мельчайших коллоидных органических и неорганических частиц на поверхности мембран и по этой причине происходит снижение производительности опреснителя и повышенное солесодержание чистой воды. В процессе эксплуатации при снижении производительности мембран на 10-15 % необходимо производить химочистку по рекомендации фирмы-изготовителя «РОХЕМ».

Система оборудована клапанами, позволяющими производить химочистку с применением химикатов закрытой циркуляцией, в процессе которой коллоидные грязные частицы и кристаллы, находящиеся на поверхности мембран могут быть очищены и удалены в специальный очистной танк. Давление воды в процессе промывки должно быть 10-20 бар, и температура воды 35-45°С.

Одновременно производят промывку песчаного фильтра способом обратной промывки с подачей сжатого воздуха с давлением 1 бар в течение 15 минут. После этого фильтр-патроны заменяют, при нормальной работы обессолевателя фильтр-патроны должны меняться через каждые 700 часов его работы и при каждой химической промывке.

Литература

Вспомогательные механизмы и судовые системы. Э. В. КОРНИЛОВ, П. В. БОЙКО, Э. И. ГОЛОФАСТОВ (2009)

Похожие статьи

Водоопреснительные установки морских судов – MirMarine

Назначение и классификация водоопреснительных установок

Судовые водоопреснительные установки (СОУ) предназначены для получения опресненной воды из забортной.

Опресненная вода, полученная в СОУ, применяется для технических целей и бытовых нужд.

По способу опреснения водоопреснительные установки (СОУ) разделяют на три группы:

  • Дистилляционные
  • Электродиализные
  • Обратноосмические

По роду источника тепла (паровые, утилизационные, универсальные, электрические).

В настоящее время на судах с дизельной установкой исключительно применяются вакуумные одноступенчатые утилизационные водоопреснительные испарители забортной воды, использующие тепло охлаждающей пресной воды, замкнутой системы охлаждения главного двигателя.

Из всего многообразия конструкций водоопреснительных утилизационных установок у всех опреснителей есть общие принципы компоновки и комплектации вспомогательным оборудованием. Ниже будут рассмотрены наиболее типичные и распространенные типы утилизационных водоопреснительных установок.

На рис. 8.1 приведена простейшая схема конструкции вакуумной одноступенчатой утилизационной водоопреснительной установки, которая включена в систему охлаждения главного двигателя.

Греющая батарея испарителя образована прямыми трубками. Греющая вода от главного двигателя с температурой 65-70°С поступает в трубки испарителя кипящего типа, у которых поверхность нагрева расположена в самой нагреваемой воде (поэтому испарение в них сопровождается кипением испаряемой воды во всем объеме). Образующаяся в камере испарения пароводяная смесь поступает в сепаратор, из которого осушенный пар уходит в конденсатор, а рассол удаляется гидравлическим эжектором. Для удаления из конденсатора воздуха и поддержания разряжения служит водоструйный эжектор, рабочая вода к которому подается отдельным электроприводным насосом забортной воды. Дистиллят удаляется из конденсатора насосом.

Водоопреснительная установка типа «Д»

На рис. 8.2 представлена конструктивная схема и внешний вид водоопреснителя «Д».

Особенности опреснителя заключаются в следующем: теплообменную часть греющей батареи представляет вертикально расположенные мельхиоровые трубки 1, развальцованные в латунных досках, внутри которых происходит процесс кипения морской воды. В верхней расширенной части находится горизонтальный жалюзный сепаратор 2 и двухходовой прямотрубный конденсатор 3. Относительная большая высота парового пространства в сочетании с жалюзным сепаратором позволяет получить дистиллят с солесодержанием не более 8 мг/л.

В центре нагревательной батареи оставлена цилиндрическая шахта для циркуляции рассола. В ней установлена центральная труба, по которой рассол сливается к эжектору. Уровень рассола устанавливается на высоте верхнего среза сливной трубы 4.

Принципиальная схема утилизационной вакуумной ВОУ типа «Д» представлена на рис. 8.4. Забортная вода центробежным насосом 11 прокачивается через трубки конденсатора 6, где нагревается за счет теплоты конденсации пара. Часть выходящей из конденсатора воды направляется в качестве рабочей среды в рассольно-воздушный эжектор 9. Другая часть, равная примерно четырехкратной производительности ВОУ, поступает на питание испарителя 12.

Греющая вода от главного двигателя поступает в межтрубное пространство испарителя по трубопроводу 3 и, пройдя между поперечными сегментными перегородками, нагревает стенки трубок испарителя, где происходит кипение и испарение забортной воды. Образовавшийся пар проходит через жалюзийный сепаратор 7 поступает в конденсатор 6, где конденсируется, и дистиллят самотеком стекает в сборник 13. Сборник дистиллята оборудован регулятором уровня для пуска и остановки дистиллятного насоса 14, уравнительной трубой 19. Дистиллятный насос забирает дистиллят из сборника и направляет его к электромагнитному клапану 16, который распределяет отвод дистиллята. При нормальной солености воды она направляется в цистерну пресной воды, при повышенной — снова в испаритель через дроссельную шайбу 20.

При падении давления на нагнетательной стороне дистиллятного насоса срабатывает реле давления 15 которая отключает насос, т. е. прекращается откачка дистиллята.

Неиспарившаяся морская вода (рассол) по отводной трубе, направляется к эжектору 9, сюда же из конденсатора по трубопроводу поступает паро-воздушная смесь, которая вместе с рассолом отводится за борт.

При снижении давления рабочей воды перед эжектором 9 до 0,1 МПа, невозвратно-запорный клапан 17 автоматически перекрывает подачу питательной воды в испаритель, тем самым предохраняя испаритель от затопления. На системе питательной воды испарителя установлена диафрагма 18, которая предназначена для ограничения подачи воды в испаритель.

Замер солесодержание осуществляется соленомером 2, к которому дистиллят поступает через установленную на отводном трубопроводе дроссельную диафрагму.

Производительность установки и расход питательной воды контролируется ротаметрами.

Кратковременная работа испарителя обеспечивается за счет подвода греющего пара от котла и отвода конденсатора по трубопроводу 5 и 4.

Контроль режима работы ВОУ осуществляется с помощью термометров: измеряется температура греющей воды на входе в испаритель и на выходе из него, также температура воды на выходе из конденсатора. Контроль вакуума в ВОУ осуществляется по вакуумметру.

Данный тип ВОУ работает с коэффициентом продувания, равным трем.

Водоопреснительная установка «Атлас»

Самые распространенные водоопреснительные установки на морских транспортных судах — это установки фирмы «Атлас» (Дания). На рис. 8.5 показан общий вид водоопреснительной установки фирмы «Атлас». Фирма «Атлас» выпускает водоопреснители уменьшенных размеров и габаритов серии АФГУ — общий вид этой серий показан на рис. 8.6.

Основу конструкций составляет стальной вертикальный цилиндрический барабан с крышкой, играющую роль сухопарника. К нижней части барабана крепится цилиндрическая вертикальная прямотрубная нагревательная батарея.

Тепловая схема вакуумной ВОУ «Атлас» приведена на рис. 8.7. Часть охлаждающей воды главного двигателя с температурой 65-70°С пропускается через испаритель 19. В испарителе греющая вода, омывая трубки снаружи, отдает часть теплоты на испарения забортной морской воды. Морская вода подается в нижнюю часть крышки батареи и проходит внутри трубок, прокачиваемая центробежным насосом 10. Процесс испарения морской воды происходит при температуре 38-40°С, за счет восприятия тепловой энергии охлаждающей воды главного двигателя. Эта температура является температурой насыщения забортной воды вследствие создаваемого и поддерживаемого вакуума (порядка 93%) в водоопреснителе с помощью эжектора. Образовавшийся пар в испарителе проходит через отбойный щит сепаратора и достигает горизонтального конденсатора, который встроен в сухопарник и отделен от основного парового пространства внутренним кожухом. В конденсаторе пар конденсируется и в виде дистиллята отводится дистилляторным насосом 15 — при нормальной солености дистиллята в цистерну, при повышенной солености через соленоидный клапан 23 обратно в испаритель.

Изменение температуры забортной воды приводит к соответствующему изменению и температуры насыщения в испарителе. Количество греющей воды, подаваемой в испаритель, в три-четыре раза больше по сравнению с питательной (забортной). Благодаря этому, а также низкой температуре испарения образования накипи на поверхности теплообмена испарителя будет минимальным.

Водоопреснитель обслуживается двумя эжекторами. Эжектор 7 соединен трубопроводом с конденсатором и обеспечивает отсос воздуха для создания вакуума и его поддержание порядка 93-95%. Эжектор 6 служит для отсоса соленой воды (рассола) из сепаратора, которая не успела испариться и была занесена из испарителя.

Центробежный насос 10 обеспечивает эжектора рабочей воды, а насос 9 предназначен для охлаждения конденсатора.

Водоопреснительная установка может работать на свежем паре от трубопровода 5 через редукционный клапан 21.

Управление количеством забортной воды, подаваемой в испаритель, осуществляется посредством расходомера (ротометра) 8.

Соленость дистиллята, получаемого в ВОУ типов «Д»и «АТЛАС», составляет не более 8 мг/л CI (0,8° Б) при солесодержании рассола 50 тыс. мг/л.

Контроль режима работы ВОУ обеспечивается контрольно-измерительными приборами. Давление и температура контролируется манометрами и термометрами. Качество получаемого дистиллята контролируется соленомером 18. В случае засаливания дистиллята подается сигнал с помощью зуммера 17.

Коэффициент продувания ВОУ «АТЛАС» составляет 2-3.

Показатели режима работы установок «АТЛАС»

  1. Температура испарения — 38°С
  2. Давление пара — 0,068 атм
  3. Температура греющей воды, поступающей в испаритель — 60-65°С
  4. Понижение температуры греющей воды после испарителя — 5-15°С
  5. Температура забортной воды — 28- 30°С
  6. Нагрев воды в конденсаторе — 4-8°С
  7. Содержание хлоридов в дистилляте — 6 мг/л
  8. Давление рабочей воды, поступающей к эжектору — 38-40 м вод. ст.
  9. Давление нагнетания эжектора — 2 м вод. ст.
Водоопреснительная установка «НИРЕКС»

Водоопреснительные установки фирмы «НИРЕКС» достаточно надежно зарекомендовали себя в эксплуатации и в настоящее время широко распространены на дизельных судах. Отличительной особенностью опреснителей «НИРЕКС» является применение пластинчатых теплообменников для испарителя и конденсатора (см. рис. 8.8). Пластины, разделяющие теплообменивающиеся среды, показаны на рис. 8.8, А, а пластинчатый теплообменный аппарат на рис. 8.9.

Пластины изготовлены из нержавеющей стали с выштампованными канавками, которые образуют поверхность теплообмена. В каждой пластине имеется по четыре отверстия, каждые два их них служат для подвода и отвода соответственно греющей и нагреваемой воды.

Теплообменные аппараты (рис. 8.8, б) представляют собой ряд пластин с резиновыми прокладками между ними, собранных в пакеты и сжатых болтами между двумя плитами. Благодаря прокладкам образуются ка¬налы для греющей и нагреваемой сред, а их конфигурация обеспечивает омывание каждой из пластин с одной стороны греющей средой, а с другой – нагреваемой (см. рис. 8.10).

Таким образом создаются полости конденсатора и испарителя, образованные параллельно расположенными пластинами. В испарителе полости между собой соединены последовательно, а в секции конденсатора – параллельно.

Параметры режима работы ВОУ «НИРЕКС»

  1. Температура греющей воды — 60-65°С
  2. Температура испарения забортной воды — 45-48°С
  3. Понижение температуры греющей воды в испарителе — не более 4°С
  4. Содержание хлоридов в дистилляте — 6 мг/л CI
  5. Коэффициент продувания — 4-5

Общий вид опреснителя «НИРЕКС» и его компоновка представлена на рис. 8.9, а тепловая схема водоопреснительной установки «НИРЕКС» с пластинчатыми теплообменными аппаратами показана на рис. 8.10.

Рассмотрим работу ВОУ. Греющая вода от системы охлаждения главного двигателя по трубопроводу 3 подается в испаритель 4. От системы охлаждения забортной воды забортная вода подается в конденсатор 6 и в испаритель 4. Пароводяная смесь из испарителя поступает в сепаратор 5, в котором происходит отделение капелек воды от пара, а неиспарившийся рассол с помощью эжектора 13 и насоса 14 удаляется за борт.

Подача рабочей воды на эжектор осуществляется сдвоенным электроприводным насосом 14. Далее пар попадает в конденсатор 6, где конденсируется и полученный дистиллят удаляется эжектором 12, где в качестве рабочей воды используется дистиллят, подаваемый из сборника 11 сдвоенным насосом 10, в сборник 11, откуда воздух выходит через трубу 15. Охлаждение дистиллята, подаваемого в сборник, производится рабочей водой, циркулирующей по контуру сборник—насос—эжектор. Поддержание постоянного уровня в сборнике 11 осуществляется с помощью трубки 15, через которую излишки дистиллята удаляются и затем откачиваются насосом 10 в цистерну.

Приготовленный в установке дистиллят удаляется из сборника насосом 10, на трубопроводе дистиллята установлены расходомер 9, датчик соленомера 8, и электромагнитный клапан сброса засоленного дистиллята 7, Сброс засоленного дистиллята через электромагнитный клапан 7 и включение сигнального устройства происходит при содержании хлоридов более 80 мг/л CI.

Адиабатные водоопреснительные установки типа «НИРЕКС»

Водоопреснительные установки с адиабатным испарителями подразделяются на проточные и циркуляционные:

  • в проточных неиспарившаяся в камере испарения забортная вода удаляется рассольным насосом за борт;
  • в циркуляционных неиспарившаяся морская вода в испарительной камере циркуляционном насосом вновь подается в подогреватель.

Испарение морской воды в опреснительных установках с адиабатным испарителем происходит в испарителе за счет резкого понижения давления в условиях адиабатного процесса, т.е. без подвода теплоты.

Удельный расход теплоты в установках с адиабатным проточными испарителями относительно велик, так как часто до 98-99 % нагретой воды удаляется за борт.

В опреснительных установках с адиабатными циркуляционными испарителями удельный расход теплоты в 2-4 раза меньше по сравнению с таковым в установках с адиабатными проточными испарителями.

В судовой практике обычно используется опреснительная установка фирмы «Нирекс» с камерами испарения бесповерхностного типа, имеющими циркуляционный контур рассола и конденсатор смесительного типа. Схема водоопреснительной установки «Нирекс с камерами испарения бесповерхностного типа приведена на рис. 8.11.

Греющая вода из системы охлаждения главного двигателя подается в подогреватель 2, отдает часть тепла забортной воде и рассолу, подаваемым насосом 15. Нагретый рассол поступает в камеру испарения 3, где разбрызгивается и частично испаряется. Неиспарившаяся его часть стекает вниз испарителя и откуда насосом 15 вновь подается вместе с добавляемой забортной водой в подогреватель 2, а затем в испаритель 3. отделение капелек влаги от пара, образовавшегося в испарителе, осуществляется в сепараторе 4. Далее пар поступает в конденсатор 5 смесительного типа, где он смешивается со струйками охлажденного дистиллята, который вытекает через отверстия в днище, расположенном сверху бачка, конденсируется. Дистиллят из сборника конденсатора с помощью левой секции дистиллятного насоса прокачивает его через охладитель 6, а затем в конденсатор 5, вторая ступень этого насоса полученный дистиллят, который сливается через переливную трубу, направляет в расходомер и далее в цистерну. Охладитель 6 прокачивается забортной водой по системе 7 циркуляционным насосом двигателя, который одновременно подает забортную воду на подпитку испарителя к масляному и водяному холодильникам главного двигателя.

Поддержание вакуума и удаление паровоздушной смеси из конденсатора и избытка рассола из сепарационной камеры испарителя осуществляется с помощью водоструйного эжектора 13, в котором в качестве рабочей среды используется забортная вода, подаваемая насосом 8. Этим же насосом удаляется за борт рабочая вода рассол и воздух после эжектора.

При повышенном солесодержании дистиллята соленомер 11 дает сигнал на открытие электромагнитного клапана 10 и подсоленный дистиллят сбрасывается в льяла.

Опреснительные установки с использованием принципа обратного осмоса

Водоопреснительное установки, использующие принципы обратного осмоса, пока не получили широкого использования в судовых энергетических установках.

Метод опреснения морской воды так называемого обратного осмоса обусловлен существованием сольватов.

Основу таких опреснителей составляет мембрана, являющаяся проницаемой для воды и непроницаемой для растворенных в ней солей (сольватов). Забортная вода с одной стороны мембраны находится под давлением, превышающим осмотическое. Под действием этого давления часть воды без солей проходит через мембрану, а оставшаяся с повышенным содержанием солей удаляется за борт.

Осмотическое давление при температуре забортной воды 25°С и солесодержании 1 г/л составляет 0,07 МПа, а при солесодержании 50 г/л — 40,4 МПа. Мембраны в таких опреснителях выполняются из триацетата целлюлозы в виде пучка полых волокон с внутренним диаметром 40 мкм и наружным 85-200 мкм.

Для опреснительных установок обратного осмоса необходима предварительная обработка морской воды, которая заключается в следующем: вода проходит через сеточный фильтр с размером ячейки 0,3 мм, центробежный сепаратор для отделения ила и песка с размерами частиц более 200 мкм, далее через песчаный фильтр и затем поступает к насосу с давлением 5-7 МПа. При работе таких опреснителей необходимо постоянно контролировать и регулировать установленные нормы водного режима.

Принципиальная схема опреснителя фирмы «ROCHEM» представлена на рис. 8.12. Система фирмы «ROCHEM» работающая на принципе обратного осмоса является модульными системами, разработанными с учетом технических требований для обессоливания морской воды.

Предварительная очистка морской воды производится в песчаном фильтре 2 и фильтр-патроне 3. Песчаный фильтр заполняется песком, песчинки которого имеют разные размеры по диаметру: 3,0-5,0 мм 210 кг, 2,0-3,0 мм 350 кг, 0,3-0,7 мм 420 кг — всего 880 кг. В корпусе патронного фильтра находятся 6 патронных фильтров.

Морская вода подается одним из насосов 1 в песчаный фильтр 2 и пропускается через него и далее через фильтр-патрон 3. Для прокачки мембранных ДТ модулей предназначен насос высокого давления 4 с давлением 10-15 Мпа. Морская вода сплошным потоком падает на мембранные фильтры ДТ-модулей 5. Она проходит через серию связанных мембранных фильтров, и часть ее в виде обессоленной чистой воды стекает в трубопровод отвода в цистерну. Другая часть в виде рассола удаляется за борт.

Получаемая обессоленная вода содержит растворенный в воде углекислый газ СО2, его наличие понижает РН до 6,0-6,5.

Присутствие в воде свободного углекислого газа вызывает коррозию железа, в результате чего вода окрашивается в коричневый цвет. Для исключения данного явления в системе отвода обессоленной воды установлен раскисляющий фильтр 7. Раскисляющий фильтр заполнен доломитом — веществом, способным поглощать углекислый газ, после прохождения обессоленной воды через доломит РН устанавливается 7,0.

Рассмотрим устройство и сущность обессоливания морской воды в мембранном диско-трубном модуле.

Схема капсулы модуля и мембраны показаны на рис. 8.13., а общий вид капсулы в сборе приведена на рис. 8.14.

  • Длина капсулы модуля — 1000 мм
  • Диаметр капсулы — 226 мм
  • Вес капсулы — 49 кг
  • Количество мембранных вставок /подушек — 169 шт.
  • Количество гидравлических дисков — 170 шт.

Основными составляющими частями модуля являются диско-мембранные блоки и цилиндрический корпус оболочки, работающий под давлением. Мембранные подушки одеты на центральный стержень внутри цилиндрического корпуса модуля. Каждая мембрана с обоих сторон покрыта промокательными дисками и образуют самостоятельную секцию — подушку. Диско-мембранный блок вставлен внутрь цилиндрического корпуса оболочки. Отверстия цилиндрического корпуса закрыты фланцами с кольцевыми прокладками. Промокательные диски, покрывающие мембранную подушку, удерживают давление на ее поверхности.

Процесс опреснения обусловлен существованием сольватов. Морская вода под давлением 10-15 МПа прокачивается сквозь металлические корпуса капсул модуля и наличие мембран, которые имеют сечение на порядок меньше, чем размеры сольватов пропускают воду. Поэтому сольваты остаются на поверхности мембран, внутри корпуса капсулы, а вода, свободная от растворенных солей попадает в сборник чистой. Оттуда чистая вода вытекает через кольцевую полость, распложенного у центрального отверстия -В- и удаляется.

Мембранное пространство и сборник чистой воды устроены как разделительная часть гидравлического диска. Разделительное пространство образует открытый канал пресной воды.

Таким образом, по пути к разгрузочному отверстию -С-, выходу рассола, морская вода проходит через каждую мембранную секцию. Солевой компонент морской воды увеличивается в секциях по мере того, как чистая вода в каждой секции отделяется от морской.

В результате такого явления создается тенденция к накоплению мельчайших коллоидных органических и неорганических частиц на поверхности мембран и по этой причине происходит снижение производительности опреснителя и повышенное солесодержание чистой воды. В процессе эксплуатации при снижении производительности мембран на 10-15 % необходимо производить химочистку по рекомендации фирмы-изготовителя «РОХЕМ».

Система оборудована клапанами, позволяющими производить химочистку с применением химикатов закрытой циркуляцией, в процессе которой коллоидные грязные частицы и кристаллы, находящиеся на поверхности мембран могут быть очищены и удалены в специальный очистной танк. Давление воды в процессе промывки должно быть 10-20 бар, и температура воды 35-45°С.

Одновременно производят промывку песчаного фильтра способом обратной промывки с подачей сжатого воздуха с давлением 1 бар в течение 15 минут. После этого фильтр-патроны заменяют, при нормальной работы обессолевателя фильтр-патроны должны меняться через каждые 700 часов его работы и при каждой химической промывке.

Литература

Вспомогательные механизмы и судовые системы. Э. В. КОРНИЛОВ, П. В. БОЙКО, Э. И. ГОЛОФАСТОВ (2009)

Похожие статьи

Опреснители, работающие по принципу обратного осмоса

Эти опреснители начинают устанавливать на морских судах. Основа опреснителя — мембрана, проницаемая для воды, но не­проницаемая для растворенных в ней солей. С одной стороны мембраны находится морская вода под давлением выше осмоти­ческого (оно равно избыточному внешнему давлению со стороны раствора повышенной концентрации солей, при котором пре­кращается осмос — односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку, мембрану), в результате чего часть воды без солей проходит через мембрану. Солесодержание оставшейся воды повышается. Поэтому с одной стороны мембраны скапливается опресненная вода, которую собирают в цистерне опресненной воды. Остатки морской воды с повышенным солесодержанием выбрасывают за борт. Осмотическое давление при температуре морской воды 25 °С и солесодержании 1 г/л состав­ляет 0,07 МПа, а при солесодержании 50 г/л—40,4 МПа. В одно­ступенчатых опреснительных установках обратного осмоса можно получить опресненную воду с солесодержанием менее 500 мг/л, в двухступенчатых опреснительных установок — менее 50 мг/л. Достоинства опреснительные установки обратного осмоса по сравнению с опреснительными установками обычного испарительного типа — низкая стоимость опреснительной установки (примерно в пять раз меньше), отсутствие потребителя тепловой энергии и более низкие общие энергетические и эксплуатацион­ные затраты. Мембраны выполняются в виде пучка полых волокон внутренним диаметром 40 мкм и наружным 85—100 мкм из триа­цетата целлюлозы, либо тонкопленочные из полисульфона, свер­нутые спирально вокруг несущей трубы. Мембраны второго типа показали себя более надежными в эксплуатации. Опреснительная устанвока обратного осмоса требует тщательной предварительной обработки морской воды (вода проходит через сетчатый фильтр с размером ячейки 0,3 мм, центробежный сепаратор, где отделяются ил и песок с раз­мерами частиц более 200 мкм, затем через песчаный и патронный фильтры и далее поступает в насос с напором 5—7 МПа).

Необходимо постоянно контролировать и регулировать уста­новленные нормы водного режима испарителей. Общее солесо­держание дистиллята должно быть более 4—6 мг/л. Расчет до­зировки химических реагентов, приготовление их рабочих рас­творов производятся на основании специальных опытов.


Опреснители обратного осмоса. Что это такое?

Опреснители обратного осмоса

Общий принцип действия

Процесс обратноосмотической мембранной фильтрации принципиально отличается от термического процесса производства воды. Из исходного раствора, с помощью энергии давления, через мембрану выпрессовывают чистую воду. Мембрана задерживает ионы различных солей и только ионы воды и одновалентных соединений могут проходить через структуру мембранного материала. За счет высокого разделения на мембранах, получаемый фильтрат очень чистый (свободен от всех органических соединений и микроорганизмов). Мембрана не пропускает также продукты жизнедеятельности бактерий и микроорганизмов (пирогены).

Полученная питьевая вода не требует дополнительного обеззараживания и исключительно пригодна для питья и медицинских целей. Изотермический мембранный способ не требует больших затрат энергии, как это необходимо при термическом процессе. Мембранная фильтрация работает в непрерывном режиме, мембраны служат без их замены от 5 до 7 лет при надлежащем техническом обслуживании, которое предусматривает химическую чистку мембран 2 раза в год.

Преимущества опреснителей обратного осмоса по сравнению с вакуумными

По сравнению с опреснителями вакуумного типа, у опреснительных установок обратного осмоса имеется ряд преимуществ:

  • Не требуется создание и поддержание вакуума, т.е. исчезает необходимость «гонять» довольно мощный центробежный насос.
  • Не требуется подогрев питательной воды. Используется забортная вода с температурой +2ºС – +30ºС (при понижении температуры производительность снижается. Номинальная производительность  рассчитана при +20ºС). Вакуумный опреснитель может работать только на ходу судна, когда работает главный двигатель, и температуры охлаждающей воды ГД достаточно для подогрева питательной воды опреснителя. На стоянке вакуумный опреснитель нужно или останавливать или использовать пар для подогрева питательной воды. Для производства пара надо жечь топливо. Т.е. себестоимость воды резко возрастает.
  • Вакуумный опреснитель вырабатывает практически дистиллированную воду (3-7 мг/л), непригодную для питья, но подходящую для котлов (требуется дополнительная минерализация).
  • Более низкая стоимость таких опреснителей.

“Юнитех Марин” предлагает к поставке весь модельный ряд опреснительных установок американского производства, компании LIFESTREAM WATERSYSTEMS, Inc.
В нашем каталоге опреснителей вы сможете ознакомиться с основными техническими характеристиками продукции, фотографиями, кратким описанием каждой модели. В случае заинтересованности менеджеры нашей компании по запросу предоставят вам более детальную информацию по опреснителям и условиям поставки.

Перейти к списку терминов →

Процесс опреснения обратным осмосом

Основным процессом опреснения является процесс обратного осмоса. Он состоит из насоса высокого давления , за которым следует устройство рекуперации энергии и мембраны обратного осмоса

SWRO

Насос высокого давления

Перед тем, как попасть в мембраны обратного осмоса для морской воды, очищенная морская вода подвергается сжатию с помощью Насос высокого давления обычно составляет от 55 до 85 бар, в зависимости от температуры и солености воды.

Основные моря и океаны Состав воды

Рассчитайте необходимое приложенное давление

900 SS 2205

Типы насосов

Плунжерный или поршневой насос Центробежный насос> 5 м3 / ч

Расчетное давление

55-85 бар

Материалы

Титан

Бронза

Сплав CO / Ni

SS 904 L 33

Устройство рекуперации энергии (ERD)

Падение давления на мембранах обратного осмоса составляет около 1.От 5 до 2 бар, в зависимости от количества элементов на сосуд высокого давления, поэтому концентрат выпускается под высоким давлением.

Благодаря устройствам рекуперации энергии можно повторно использовать энергию потока концентрата. Концентрат направляется в ERD, где он напрямую передает свою энергию части поступающей питательной воды.

Существуют две основные концепции рекуперации энергии:

– Турбина рекуперации энергии (ERT)


Предоставлено FedCo

– Обменник давления (PX)

Предоставлено Grundfos

9952 Пример :

Расход морской воды: 100 м3 / ч
Приложенное давление: 75 бар
R.O. Извлечение: 40%
Расход пермеата: 40 м3 / ч

Требуемая мощность без устройств рекуперации энергии: 300 кВт
Удельная энергия: 300/40 = 7,5 кВтч / м3

Потребляемая мощность с турбиной рекуперации энергии: 177 кВт
Удельная Энергия: 177/40 = 4,4 кВтч / м3

Потребляемая мощность с теплообменником: 140 кВт
Удельная энергия: 140/40 = 3,5 кВтч / м3

Тип устройства Экономия энергии Затраты
Турбина рекуперации энергии (ERT) 30-40% +
Обменник давления (PX) 50-60%

++

Анализ затрат на опреснение

См. Полную схему обратного осмоса морской воды

Модули обратного осмоса морской воды со спиральной навивкой

Самая распространенная мембрана обратного осмоса, используемая в ДЭС прокладки представляют собой спирально намотанный тонкопленочный композит.Они представляют собой плоский лист, запечатанный как конверт и намотанный по спирали.

Спирально-навитая мембрана обратного осмоса

Существует 3 типичных диаметра мембран: 2,5 дюйма, 4 дюйма и 8 дюймов. Мембраны обратного осмоса с морской водой имеют максимальный расход пермеата в диапазоне от 1,4 до 37,9 м3 / сут. поэтому для удовлетворения требований производства пермеата на заводе часто требуется множество мембран ..

Мембраны обратного осмоса с морской водой из тонкопленочного композитного материала производятся компаниями Dow Chemical (Filmtec), Hydranautics, Osmonics (Desal) и Toray.

Мембраны включены последовательно в сосуды под давлением, и количество мембранных элементов на сосуды под давлением может варьироваться от 1 до 8:

Сосуды под давлением затем устанавливаются параллельно, чтобы удовлетворить требованиям мембран по потоку и давлению, а также Производственные требования завода:



Общее количество требуемых мембран и сосудов под давлением и их расположение (набор) зависит от потока пермеата и приложенного давления, т.е.е., соленость и температура.


Резервуары обратного осмоса Стойка

Скорость восстановления обратного осмоса

Инженеры Lenntech разработали и рассчитали наиболее экономичный процесс обратного осмоса для морской воды на основе ваших технических характеристик воды.

Опреснение морской воды с помощью обратного осмоса

Технологии опреснения используются в течение большей части прошлого века. Многие страны, муниципалитеты, вооруженные силы и корабли нуждаются в производстве пресной воды путем опреснения из-за отсутствия естественных источников пресной воды.Технология опреснения принесла пресную воду, а также промышленное и коммерческое развитие в районы мира, которые в противном случае могли бы остаться непродуктивными. Эта технология не только ускорила развитие, но, что более важно, здоровье и благосостояние многих людей были улучшены за счет снабжения санитарной пресной водой.

Первые опреснительные системы, вероятно, были разработаны военно-морским флотом. В этих системах использовалась технология дистилляции, и в большинстве случаев они работали на отходящем тепле корабельных двигателей.Системы опреснения дистилляционного типа требуют большого количества энергии для производства пресной воды, и по этой причине дистилляция экономически целесообразна только там, где доступна дешевая энергия.

Объявление

В конце 1960-х годов был разработан обратный осмос (RO) для опреснения источников соленой воды. Этот процесс основан на принципе осмоса и требует мембранного барьера для отделения солей от воды. Поскольку для работы технологии обратного осмоса требуется значительно меньше энергии, чем для дистилляции, считалось, что это технология, которая сделает опреснение гораздо более доступным для районов мира с дефицитом воды.Действительно, RO для очистки воды стал широко использоваться не только для питьевой воды, но и для промышленных процессов с высокой степенью чистоты, таких как производство электронных компонентов, фармацевтических препаратов, химикатов, питательной воды для котлов, медицинских приложений, а также промышленных и муниципальных систем утилизации сточных вод.

Однако на заре коммерциализации обратного осмоса историческая информация о конструкции и эксплуатации была недоступна, и, как и в случае с любой новой технологией, возникло множество проблем.Таким образом, в первые годы применения установок обратного осмоса многие владельцы и операторы испытали дорогостоящие простои из-за отсутствия опыта применения у инженеров, поставщиков и т. Д. По мере того, как со временем разработка мембран и приложений становилась все более продвинутой, были установлены и эксплуатировались системы обратного осмоса. с большим успехом. Сегодня, при необходимом понимании условий источника питательной воды, потребностей в предварительной обработке и высококачественной инженерии системы, RO может применяться практически к любым приложениям по опреснению / очистке грунтовых или поверхностных вод.Достижения в производстве мембран и прикладном проектировании сделали обратное осмосо ведущим процессом на мировом рынке опреснения воды.

Под опреснением обычно понимается производство пресной воды из соленой или морской воды. Однако этот термин также обычно используется инженерами для описания обессоливания слабоминерализованных и умеренно соленых вод, обычно называемых солоноватыми. В оставшейся части этого обсуждения мы сосредоточимся на опреснении, как это определяется как опреснение морской воды.

Принципы обратного осмоса для соленой воды

Опреснение с помощью обратного осмоса требует использования осмотической мембраны (т.е. такой, которая позволяет воде проходить через нее с гораздо большей скоростью, чем растворенные соли). Осмотические мембраны естественным образом встречаются у живых организмов повсюду. Осмотическая мембрана также называется полупроницаемой мембраной из-за ее способности пропускать одни компоненты через нее, сдерживая другие.

Явление осмоса в природе – это явление, когда разбавленный раствор транспортируется через полупроницаемую мембрану к концентрированному раствору на другой стороне.Процесс обратного осмоса прямо противоположен осмосу. При осмосе вода-растворитель проходит через мембрану до тех пор, пока перепад давления на мембране не сравняется с осмотическим давлением (приблизительно 350 фунтов на квадратный дюйм для границы раздела пресная / морская вода). В процессе опреснения обратным осмосом давление, превышающее осмотическое давление, приложенное к соленой воде, заставит пресную воду проходить через мембрану, задерживая растворенные вещества (соли). Чем выше приложенное давление выше осмотического, тем выше скорость переноса пресной воды через мембраны.

Объявление

Рекомендации по проектированию системы

При проектировании системы обратного осмоса забортной воды необходимо учитывать множество факторов. Первым и чрезвычайно важным является источник питательной воды. Морская соленая вода будет забираться либо из поверхностного источника воды, либо из системы забойных колодцев и забойных колодцев, либо из системы скважинных скважин. Обычно предпочтительны системы скважин с морской водой, поскольку они обеспечивают питательную воду с низкой мутностью, требующую меньшей предварительной обработки. Однако даже системы скважин производят морскую воду различного качества в зависимости от происхождения пластов, в которых они построены.

После того, как лучший источник питательной воды (т.е. система, которая требует наименьшего количества предварительной обработки) выбран и охарактеризован как химически, так и физически, система предварительной обработки должна быть спроектирована так, чтобы создать оптимальные условия для работы и производительности мембраны. Благодаря питательной воде высокого качества (с низким содержанием коллоидов, микроорганизмов, органических веществ и железа) система обратного осмоса морской воды требует для предварительной обработки фильтрацию с картриджем всего пять микрон.

Питательная вода более низкого качества может потребовать гораздо большей предварительной обработки, включая любые и все комбинации следующих факторов:

После системы предварительной обработки насос повышает соленость питательной воды и скорость извлечения.Типичная морская вода находится в диапазоне от 28 000 до 35 000 ppm общего содержания растворенных твердых веществ (TDS). Однако некоторые соленые поверхностные воды намного выше, например, Красное море, при TDS от 40 000 до 45 000 ppm. Затем питательная вода поступает в мембранную систему, где органические и неорганические загрязнители разделяются на поток воды продукта и поток концентрированной сбросной воды.

Оптимальные характеристики достигаются за счет гидравлического уравновешивания скоростей и потоков воды вдоль и через поверхности мембраны. Степень восстановления воды в системе колеблется от 20 до 40% для малых и больших систем, соответственно, для типичных 36 000 частей на миллион питательной воды.

Правильно спроектированная установка с точки зрения источника питательной воды, предварительной обработки и гидравлической балансировки снизит тенденцию к загрязнению мембран органическими, неорганическими и биологическими веществами, тем самым сводя к минимуму требования к очистке мембран. Сказать, что мембранная установка никогда не будет нуждаться в очистке, не является точным заявлением. Таким образом, все наземные заводы должны быть спроектированы с системой очистки на месте, которая также будет действовать как система дезинфекции, когда это необходимо.

На судовых системах, особенно на небольших яхтах и ​​лодках, пространство очень ограничено, поэтому мембранные системы очистки не продаются с системой опреснения.Вместо этого мембраны обычно заменяют каждый год.

Объявление

Насосы

Двумя основными отдельными компонентами системы обратного осмоса морской воды являются насос подачи высокого давления и мембраны обратного осмоса. Эти компоненты составляют основу любой системы обратного осмоса и требуют тщательного выбора и применения для успешной работы.

Существует два типа насосных агрегатов высокого давления в системах обратного осмоса морской воды: центробежные и поршневые поршневые насосы.Поскольку плунжерные насосы работают с гораздо более высокой эффективностью, эти насосы чаще всего выбирают для предприятий мощностью менее 150 000 галлонов в сутки и там, где существуют высокие затраты на электроэнергию. На более крупных предприятиях чаще всего используются центробежные насосы, поскольку эти насосы могут достигать 80-процентного КПД, дешевле и требуют меньшего обслуживания. Однако большинство систем обратного опреснения имеют диапазон производительности от 1000 до 100000 галлонов в сутки. Насосы PD наиболее распространены из-за отсутствия центробежных насосов с более высоким давлением и низким расходом.

Плунжерные насосы создают большие колебания выходного давления (пульсации) из-за их возвратно-поступательного действия, что приводит к вибрации. Эта вибрация может повредить не только насос, но и все другие компоненты системы, особенно водопровод, приборы и каркас системы. Чтобы свести к минимуму повреждение компонентов системы вибрацией, насосу требуется гаситель пульсаций нагнетания и, в некоторых случаях, стабилизатор всасывания (в зависимости от ускоряющего напора, относящегося к системам подачи воды).Другой важный фактор – скорость насоса в об / мин. Чем ниже скорость насоса, тем меньше передается вибрация. Механическая конструкция виброизоляции также является ключом к минимизации вибрационного повреждения насосной системы.

Поскольку насосы обратного осмоса для морской воды могут создавать давление, превышающее 1000 фунтов на кв. Дюйм, рекомендуется в конструкцию включить предохранительный выключатель в сочетании с предохранительным клапаном. Если давление насоса превышает прочность материала конструкции обратного осмоса, это может привести к серьезным повреждениям или травмам.

Объявление

Мембраны

Мембраны являются самым крупным расходным материалом при обратном опреснении воды. Следовательно, увеличение срока службы мембран будет в значительной степени способствовать снижению эксплуатационных расходов. Мембраны чаще всего требуют замены из-за снижения емкости, что в большинстве случаев связано с коллоидным и / или биологическим загрязнением. Загрязнение является прямым результатом либо неподходящего источника питания, либо оборудования для предварительной обработки. Как упоминалось ранее, установка правильного источника питания и соответствующей системы предварительной обработки имеет решающее значение для минимизации загрязнения.

Также было упомянуто, что колодезный источник питания обычно является лучшим источником для снижения содержания коллоидов в питательной воде. Однако в некоторых обстоятельствах, либо из-за стоимости разработки скважины, либо из-за недостаточной проницаемости грунтовой структуры, системы скважин неосуществимы, и потребуются системы поверхностного забора. Когда поверхностная вода используется в качестве источника питания, системы предварительной обработки могут стать обширными, чтобы снизить коллоидную нагрузку питательной воды. Даже в этом случае штормовые погодные условия сделают работу установки обратного осмоса нецелесообразной из-за повышенной мутности источника питания.

Тенденция обратного осмоса к коллоидному загрязнению зависит от индекса плотности соли (SDI) питательной воды, метода ASTM для измерения содержания мелких частиц / коллоидов в воде. Типичные системы скважинных скважин, которые были сконструированы правильно, дают значения SDI менее 3,0 и во много раз меньше 1,0. Скважины на коллекторных / боковых берегах дают значения SDI менее 3,0.

Тем не менее, рекомендуется ожидать диапазон от 2 до 5 для систем пляжных колодцев. Поверхностная вода будет давать SDI намного больше 5, и с помощью отличной системы предварительной обработки его можно снизить до 3–5.Однако неблагоприятные погодные условия и нарушения в системах осветления могут сделать эти системы впуска ненадежными. Необходимо уделять особое внимание системам всасывания, предварительной обработке и SDI, поскольку срок службы мембран и гарантии напрямую связаны с этими параметрами. Мембраны со спиральной намоткой имеют максимально допустимый рабочий SDI 5,0, поэтому их часто выбирают.

Последний вопрос, требующий обсуждения относительно долговечности заводского оборудования, – это коррозия материалов. По возможности системы должны быть сконструированы из пластмассы и цветных металлов.Все компоненты низкого давления должны быть изготовлены из ПВХ, стекловолокна или пластика в целом. Компоненты высокого давления, требующие использования металлов, должны быть из сплава, подходящего для их расположения и применения в системе. Среда с морской водой очень агрессивна, поэтому приемлемы только материалы высочайшего качества. Например, сварная труба не должна быть более низкой марки, чем супераустенитная нержавеющая сталь.

Капитальные затраты на оборудование системы обратного осмоса забортной воды колеблются от 10 долларов США на 1 галлон в сутки для производственных мощностей до 2 долларов США на 1 галлонов в сутки для систем от 500 до 1.0 миллионов галлонов в день.

Затраты на водозабор и предварительную обработку могут быть значительными, если рассматривать поверхностный источник воды, добавляющий от 0,50 до 2,00 долларов за галлон к капитальным затратам системы, где преобладают затраты на предварительную обработку. Затраты на прием и предварительную обработку для системы скважин увеличатся от 0,20 до 0,80 доллара за галлон, если преобладают затраты на прием. Системы, которые могут использовать хорошо питаемый источник, обеспечивающий SDI, равный 3 или меньше, являются наименее капиталоемкими системами.

Эксплуатационные расходы будут варьироваться в основном в зависимости от стоимости электроэнергии для системы, как было определено ранее.Типичные эксплуатационные расходы будут колебаться от 2 долларов за килограмм продукта до 8 долларов за килограмм продукта для наземных систем. Когда установлено оборудование для рекуперации энергии, общие эксплуатационные расходы могут быть снижены примерно на 20–30 процентов. Эксплуатационные расходы включают в себя расходные материалы системы, такие как мощность, фильтрующие картриджи, химикаты, мембраны обратного осмоса и различные элементы механического обслуживания, и не включают оплату труда или амортизации капитальных затрат.

Объявление

Торговая площадка

Рынок опреснительных систем обратного осмоса оправдан везде, где отсутствуют адекватные запасы пресной воды, недостаточно солоноватой воды для операций обратного осмоса с более низким давлением и имеется хороший источник доступной морской воды.Это говорит нам о том, что везде, где наблюдается рост и развитие в районах с дефицитом воды, есть кандидаты на опреснение с помощью РО. Исторически мировой рынок находился в экваториальной зоне, засушливых районах и прибрежных островах. Развитие удаленных курортов стало лидером с этой технологией, но по мере того, как источники качественной воды становятся все более и более дефицитными, промышленность и муниципалитеты признают необходимость опреснения с обратным осмосом. В Калифорнии, Флориде, Карибском бассейне, Центральной и Южной Америке, Средиземноморье, Среднем Востоке и Тихоокеанском регионе (т.е. везде, где есть океан и необходимость), опреснение с помощью обратного осмоса является жизнеспособным ресурсом для удовлетворения мировых потребностей в производстве пресной воды.

Морская судовая система обратного осмоса

Обратный осмос

  • Чтобы понять морскую судовую систему обратного осмоса и ее функционирование, мы должны сначала обратить внимание на несколько основных вещей. Обратный осмос – один из самых распространенных процессов опреснения, который широко используется на большинстве судов, а также для производства воды в домашних условиях. Установка обратного осмоса считается одним из наиболее успешных методов опреснения, поскольку размер системы может быть уменьшен или увеличен в соответствии с требованиями, варьирующимися от домашнего процесса до промышленного процесса с большей производительностью.

Давайте сначала разберемся, что такое осмос?

  • Осмос – это естественный процесс, связанный с потоком жидкости через полупроницаемую мембрану. Направление и относительные количества потока жидкости определяются химическим потенциалом, который является функцией давления, температуры и концентрации растворенных твердых веществ.
  • Когда два раствора с разной концентрацией разделены полупроницаемой мембраной, вода из менее концентрированного раствора из-за естественного явления осмоса будет проходить через мембрану, чтобы разбавить более концентрированный раствор до эквивалентной концентрации. себе.

Простыми словами: если контейнер, разделенный на две части полупроницаемой мембраной, заполнен пресной водой с одной стороны и морской водой с другой стороны, пресная вода будет диффундировать через мембрану и двигаться в сторону морской воды. для равных концентраций с обеих сторон.

Осмотическое давление:
  • Это один из важных факторов в процессе осмоса и обратного осмоса. Если принять во внимание гидравлику этого процесса, когда вода переходит из менее концентрированных растворов в более концентрированный раствор для ее разбавления, статический напор более концентрированного раствора увеличивается, а напор менее концентрированного раствора уменьшается, что дает чистое давление.
  • Равновесие двух растворов происходит, когда перепад давления достаточно высок, чтобы остановить поток жидкости через мембрану – это давление называется осмотическим давлением .

Обратный осмос

Мы видели, что такое осмос! Итак, что такое обратный осмос?

  • Обратный осмос – это использование этого естественного процесса в обратном направлении. На более концентрированную сторону мембраны оказывается давление, чтобы преодолеть естественное осмотическое давление и вытеснить воду «из» концентрированного раствора через мембрану.
  • Частицы, бактерии и более крупные органические вещества блокируются молекулярной фильтрацией, однако RO также включает процесс ионного отталкивания, при котором только вода может проходить через полупроницаемую мембрану, в то время как практически все растворенные молекулы отбрасываются. Полупроницаемая мембрана отклоняет многозарядные ионы, такие как кальций и сульфат, со скоростью, превышающей 99%, в то время как однозарядные ионы, такие как натрий, отклоняются со скоростью от 90 до 96%.

Пермеат ??
  • В морской судовой системе обратного осмоса пресная вода, производимая через такие мембраны, называется пермеатом.Согласно правилам и нормативам USPH (Служба общественного здравоохранения США), такая вода до тех пор, пока не будет обработана требуемым количеством хлора в частях на миллион и корректировка pH, сделанная для поддержания значения pH не более 7,8, не может называться питьевой водой; поэтому он называется «пермеат».

Блок-схема обратного осмоса.

Описание блок-схемы

Теперь давайте углубимся в каждый процесс, представленный на блок-схеме.

1.Питательная вода :
  • Обычно это вода, которую необходимо опреснять. Питательная вода подается в систему с помощью питательного насоса. Корм пропускается через сетчатый фильтр. Тот же насос используется для обратной промывки песочных фильтров, которые мы увидим на следующих этапах.
  • Для судовой среды это морская вода. Но помните, что установка обратного осмоса может работать только за пределами 4 морских миль, чтобы избежать загрязнения с берега в водах, близких к береговой линии.

2.Песочная фильтрация:
  • Этот процесс предназначен для удаления относительно крупных взвешенных твердых частиц, которые могут присутствовать в сырой питательной воде. Фильтрация песка осуществляется с помощью фильтровальных сосудов (обычно 2 или более в зависимости от качества питательной воды), которые обычно содержат комбинацию зерен разного размера, хранимых слоями с крупнозернистым песком.
  • Над зернистой средой намеренно оставлено пустое пространство, чтобы обеспечить пространство для расширения слоя во время обратной промывки фильтра.Расчетная пропускная способность фильтров такова, что они обеспечивают достаточное количество фильтрованной воды для правильной работы установки обратного осмоса. Общая расчетная скорость потока параллельно подключенных фильтров устанавливается на требуемое значение, этот поток не должен превышаться, так как скорость фильтрации для оптимальной производительности будет превышена, что, в свою очередь, может означать значительно ухудшенное качество фильтрата.

Хорошо, я дважды упомянул слово обратная промывка выше, поэтому давайте посмотрим, что такое обратная промывка, прежде чем переходить к следующим этапам фильтрации обратного осмоса.

  • Выполняется обратная промывка фильтров для удаления накопившихся твердых частиц из слоев фильтрующего материала; он включает в себя реверсирование нормального потока и его сброс в отходы. По сути, песчаный фильтр собирает весь мусор, собранный на дне (поток через песчаный фильтр идет снизу вверх), если его не удалить, его фильтрующая способность будет снижена. Чтобы удалить такие собранные примеси, система обратного осмоса переводится в режим ожидания, и пресная вода подается в противоположном направлении в эти фильтры, смывая мусор.Эта вода сливается за борт.
  • Обратная промывка выполняется с заданной частотой в зависимости от качества подачи или если перепад давления увеличивается на 1,0 бар между входом и выходом.
  • Скорость потока обратной промывки будет варьироваться в зависимости от температуры питающей воды. Очень важно использовать правильный расход; удовлетворительная стирка не может быть достигнута, если она слишком низкая, или, с другой стороны, среда может быть смыта, если скорость потока промывочной воды слишком высока.

Давайте вернемся к нашей блок-схеме.Следующий шаг – дозирование против накипи!

3. Дозин против накипи г

Антискаланты – это семейство химических веществ, предназначенных для подавления образования и осаждения кристаллизованных минеральных солей, образующих накипь. Большинство антискалантов представляют собой запатентованные органические искусственные полимеры (например, полиакриловые кислоты, карбоновые кислоты, полималеиновые кислоты, органофосфаты, полифосфаты, фосфонаты, анионные полимеры и т. Д.). Молекулярная масса этих полимеров может составлять от 2000 до 10000 Дальтон.

  • Морская вода содержит труднорастворимые соли кальция, бария и т. Д. Эти соли, естественно, не имеют тенденции к выпадению в осадок, однако, когда морская вода проходит через растение и удаляется пермеат, концентрация солей увеличивается до такой степени, что выпадение осадков на поверхности мембран могут возникнуть и тем самым снизить их производительность.
  • Для подавления осаждения этих солей в питательную воду добавляется раствор запатентованного антискалантного соединения, который действует как ингибитор образования накипи, что обеспечивает более эффективную работу.

ЕСЛИ ВАМ ЗАИНТЕРЕСОВАНО УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ АНТИСКАЛАНТАХ И ДИСПЕРГАНТАХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА ЗАВОДАХ RO Антискаланты и диспергенты, используемые в установках обратного осмоса
ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ, что ДАННАЯ ПУБЛИКАЦИЯ ПРИНАДЛЕЖАЕТ ЕГО АВТОРУ, ДИЗЕЛЬНОЕ КОПИРОВАНИЕ ИМЕЕТ КОПИРОВАНИЕ НА ЛЮБОЙ КОПИИ.

4. Картриджная фильтрация
  • Питающая вода, свободная от крупных взвешенных твердых частиц и содержащая антискалант, проходит через картриджный фильтр с абсолютным номиналом 10 микрон, это гарантирует, что подаваемая вода к мембранным элементам обратного осмоса не содержит каких-либо мелких частиц твердые частицы обеспечивают максимальную производительность мембранных элементов обратного осмоса, фильтр также защищает насос высокого давления в случае бокового отказа песочного фильтра.

5. Насосы подачи высокого давления

  • Следующий шаг – подача мембран, насосы подачи высокого давления помогают в этой операции. Поскольку процесс обратного осмоса включает в себя давление, оказываемое на жидкость с более высокой концентрацией, чтобы преодолеть «осмотическое давление», эти насосы создают такое высокое давление в зависимости от номинального давления мембран.
  • Насос высокого давления обеспечивает давление, необходимое для проталкивания воды через мембрану, даже если мембрана препятствует прохождению соли через нее.
Типичное давление, используемое в морской судовой системе обратного осмоса
      1. Для солоноватой воды в диапазоне от 225 до 375 фунтов на квадратный дюйм (от 15,5 до 26 бар, или от 1,6 до 2,6 МПа).
      2. Для морской воды, диапазон давления от 800 до 1180 фунтов на кв. Дюйм (от 55 до 81,5 бар или от 6 до 8 МПа).

Такое высокое давление достигается за счет параллельной работы одного или нескольких насосов высокого давления. Обычно это аксиально-поршневой насос.

Блок рекуперации энергии

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ

Устройство рекуперации энергии восстанавливает гидравлическую энергию из потока отходов высокого давления и передает эту энергию потоку сырья. В реальном выражении, например, насосы высокого давления должны подавать только 16,75 м3 / ч при 59,5 бар вместо 16,75 м3 / ч при 74 бар.

За мой 10-летний опыт работы с устройствами для рекуперации энергии, очень жаль, что я не смог найти производителя в мире, который мог бы производить устройства для рекуперации хорошего качества.Эти устройства выходят из строя, по крайней мере, один раз в год, а стоимость нового устройства приближается к 6000 долларов США, а замена – единственный вариант, поскольку его ремонт стоит больше, чем стоимость нового устройства. После того, как мы сравнили, экономия топлива за счет использования этого блока рекуперации намного ниже, чем 6 тысяч долларов США. Поэтому мы их просто обходим.

Следующий шаг и последний шаг – МЕМБРАННЫЙ Массив;

Полупроницаемая мембрана, обычно используемая на установках обратного осмоса.

  • Фильтрованная вода под давлением подается к мембранным элементам обратного осмоса и опресняется.Внутри каждого потока питательная вода поступает в первый сосуд и разделяется на два потока: пермеат (высококачественная питьевая вода) и отходы (концентрированная питательная вода). Отходы из первого сосуда затем поступают во второй сосуд, где снова разделяются на два потока: пермеат и отход. Этот процесс одинаков для всех остальных потоков.
  • Здесь вы должны понять, что означают сосуд и ручей. Несколько судов объединяются, образуя ручей. 3 или более сосудов соединяются и помещаются в контейнер, который называется потоком.
  • Отходы из последнего резервуара в каждом из трех потоков объединяются в коллектор, затем проходят через регулирующий клапан отбраковки и отправляются в отходы. Клапан управления отбраковкой используется для регулирования давления внутри пакета мембран, который, в свою очередь, регулирует скорость и качество пермеата.

Я изо всех сил старался дать вам максимум информации, который я узнал благодаря разным уровням опыта работы с судовой системой обратного осмоса на судне. Возможно, я кое-что пропустил.Пожалуйста, не стесняйтесь оставлять свои комментарии ниже. Спасибо.


Опреснение морской воды для яхт, кораблей и морских применений

AMI для опреснения морской воды RO Установки обратного осмоса превращают морскую воду в питьевую. Их компактный дизайн делает их идеальными для использования на яхтах, лодках, круизных лайнерах и курортах. ЕСТЬ ВОПРОС?

Наслаждайтесь свободой производства чистой, свежей питьевой воды из морской воды и устранением частых остановок на пристани для пополнения резервуаров.В системах опреснения морской воды Watermaker используется технология обратного осмоса для обработки практически любого источника морской воды в свежую, безопасную воду, которую можно использовать для питья, купания, приготовления пищи, мытья палубы и снаружи, а также для множества других целей.

Наземные установки могут использоваться для снабжения пресной водой пристаней, отелей, курортов, военных операций, морских платформ и множества других приложений.

Преимущества

Преимущества систем опреснения морской воды для морского применения
  • Наслаждайтесь высококачественной водой и напитками с отличным вкусом. AMI Watermakers используют ту же технологию, что и большинство предприятий по производству бутилированной воды.
  • Несите меньший вес , производя воду по мере необходимости, вместо того, чтобы накапливать более тысячи фунтов воды с пристани для яхт, что позволяет путешествовать быстрее и расходовать меньше топлива.
  • Повысьте качество жизни на борту , производя достаточно воды для горячего душа и ухода за собой.
  • Избегайте частых остановок в гавани для наполнения резервуаров для воды
  • Улучшение обслуживания яхты за счет частой мойки пресной водой.

Категории продуктов

Свяжитесь с нами для предложения или дополнительной информации
или позвоните нам по телефону 1.800.321.9321

опреснение | Описание, процесс и производство

Опреснение , также называемое опреснением , удаление растворенных солей из морской воды и в некоторых случаях из солоноватых (слабосоленых) вод внутренних морей, высокоминерализованных грунтовых вод (например,г., геотермальные рассолы) и городские сточные воды. Этот процесс делает такие непригодные для использования воды пригодными для потребления человеком, орошения, промышленного применения и различных других целей. Существующая технология опреснения требует значительного количества энергии, обычно в виде ископаемого топлива, и поэтому этот процесс является дорогостоящим. По этой причине он обычно используется только там, где источники пресной воды экономически недоступны. Кроме того, количество выбросов парниковых газов и сточных вод, образующихся из рассола, производимых опреснительными установками, создает серьезные экологические проблемы.

Подробнее по этой теме

Науки о Земле: опреснение, сила приливов и минералы из моря

На протяжении веков море было источником пищи и поваренной соли, а море все чаще становится источником воды, химикатов и энергии. В 1967 году Ки-Уэст, …

Обессоливание морской воды – древнее понятие. Аристотель описал метод испарения, который использовали греческие мореплаватели в 4 веке до нашей эры.Арабский писатель VIII века нашей эры написал трактат о дистилляции. В 19 веке развитие паровой навигации создало спрос на некорродирующую воду для котлов, и первый патент на процесс опреснения был выдан в Англии в 1869 году. В том же году британское правительство построило первую водо-дистилляционную установку. Аден для снабжения судов, останавливающихся в порту Красного моря. Первый большой завод по производству воды для коммерческих целей был построен в 1930 году в Арубе, недалеко от Венесуэлы.К 2019 году во всем мире работало около 18000 опреснительных установок, производящих в общей сложности более 95 миллионов кубических метров (более 3,4 миллиарда кубических футов) питьевой воды в день.

Процессы опреснения

Раскройте науку о графеновых мембранах для опреснения воды

Мембраны из нанопористого графена можно использовать для опреснения воды. Молекулы воды проходят через поры, а ионы соли поворачиваются обратно.

© Массачусетский технологический институт (издательский партнер Britannica) См. Все видео к этой статье

В методах опреснения могут использоваться тепловые процессы (включая теплопередачу и фазовый переход) или мембранные процессы (с использованием тонких листов синтетических полупроницаемых материалов для разделения вода из растворенной соли).Многоступенчатая мгновенная дистилляция – это термический процесс обессоливания относительно больших количеств морской воды. Основываясь на том факте, что температура кипения воды понижается по мере падения давления воздуха, этот процесс осуществляется в серии закрытых резервуаров (ступеней), настроенных на все более низкое давление. Когда предварительно нагретая морская вода поступает на первую ступень, часть ее быстро закипает (мигает), образуя пар, который конденсируется в пресную воду на теплообменных трубках. Пресная вода собирается в поддоны, а оставшаяся морская вода поступает на следующую ступень, где она также мигает, и процесс продолжается.Одна из крупнейших из этих систем, расположенная в Аль-Джубайле, Саудовская Аравия, может производить более 750 миллионов литров (200 миллионов галлонов) опресненной воды в день.

В небольших населенных пунктах, где много соленой воды и интенсивного солнечного света, можно использовать простой тепловой процесс, называемый солнечным увлажнением. Тепло Солнца частично испаряет соленую воду под прозрачной крышкой. На нижней стороне крышки пар конденсируется и стекает в сборный желоб. Основная трудность в этом процессе состоит в том, что требуются большие земельные участки, а для перекачивания воды требуется энергия.В другом термическом процессе используется тот факт, что при замораживании соленой воды кристаллы льда не содержат соли. Однако на практике нежелательные количества соленой воды остаются захваченными между кристаллами, а количество пресной воды, необходимое для смывания соленой воды, сравнимо с количеством пресной воды, полученной при плавлении кристаллов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Мембранные процессы обессоливания включают обратный осмос и электродиализ.Из них более широко используется обратный осмос, особенно для опреснения солоноватой воды внутренних морей. Содержание соли в солоноватой внутренней воде, хотя и нежелательно, значительно ниже, чем в морской воде. Электродиализ использует электрический потенциал, чтобы прогнать положительные и отрицательные ионы растворенных солей через отдельные полупроницаемые синтетические мембранные фильтры. В результате между фильтрами остается пресная вода. При обратном осмосе соленая вода прижимается к мембранам под высоким давлением; Проходит пресная вода, а концентрированные минеральные соли остаются.Для экономии места мембраны упакованы в несколько слоев в виде набора длинных трубок. Одна из крупнейших действующих в настоящее время опреснительных установок обратного осмоса расположена в Сореке, Израиль, и может производить около 627 000 кубометров (22 миллиона кубических футов) опресненной воды в день.

Мировое производство

Во многих регионах мира, особенно в густонаселенных засушливых регионах, опресненная вода является основным источником муниципального водоснабжения. Опреснение используется более чем в 120 странах, и около половины всей опресненной воды производится на Ближнем Востоке и в Северной Африке.К 2019 году крупнейшими производителями опресненной воды были Саудовская Аравия, Объединенные Арабские Эмираты и Кувейт. Соединенные Штаты – еще один крупный производитель, на который приходится примерно 13 процентов от общего объема производства (в основном во Флориде, Техасе и Калифорнии). Большинство всех опреснительных установок представляют собой системы обратного осмоса, при этом многоступенчатая мгновенная дистилляция занимает второе место.

В целом, население обычно может позволить себе платить за воду для бытовых нужд примерно в 7–10 раз больше, чем за воду для сельскохозяйственных нужд.Крупномасштабные опреснительные установки обещают снизить стоимость опресненной воды на опреснительных объектах до уровня, который может себе позволить большинство отраслей и некоторые сельскохозяйственные предприятия. В будущем можно ожидать, что океан станет все более важным источником пресной воды. Если затраты на производство и транспортировку удастся существенно снизить, можно будет производить пресную воду для орошения больших территорий, граничащих с океанами во многих частях мира.

The Editors of Encyclopaedia Britannica Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Мелиссой Петруццелло, помощником редактора.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

  • Науки о Земле: опреснение, приливная сила и минералы из моря

    На протяжении веков море было источником пищи и поваренной соли, а море все чаще становится источником воды, химикатов и энергии.В 1967 году Ки-Уэст, штат Флорида, стал первым городом в США, который снабжался исключительно водой…

  • Система водоснабжения: Опреснение

    Опреснение , или опреснение, представляет собой отделение пресной воды от соленой или солоноватой воды.Основные успехи в технологии опреснения воды произошли с 1950-х годов, поскольку потребность в пресной воде возросла в засушливых и густонаселенных районах…

  • жидкость: Осмотическое давление

    … минимальное давление, при котором может работать процесс обратного осмоса опреснения.…

Моделирование, управление и анализ динамических характеристик опреснительной установки обратного осмоса, интегрированной в гибридные энергетические системы (Журнальная статья)

Ким, Чен Сук, Чен, Джун и Гарсия, Умберто Э. Моделирование, управление и анализ динамических характеристик опреснительной установки обратного осмоса, интегрированной в гибридные энергетические системы. США: Н. с., 2016. Интернет. DOI: 10.1016 / j.energy.2016.05.050.

Ким, Чен Сук, Чен, Джун и Гарсиа, Умберто Э. Моделирование, управление и анализ динамических характеристик опреснительной установки обратного осмоса, интегрированной в гибридные энергетические системы. Соединенные Штаты. DOI: https: //doi.org/10.1016/j.energy.2016.05.050

Ким, Чон Сок, Чен, Джун и Гарсия, Умберто Э.Пт. «Моделирование, управление и анализ динамических характеристик опреснительной установки обратного осмоса, интегрированной в гибридные энергетические системы». Соединенные Штаты. DOI: https: //doi.org/10.1016/j.energy.2016.05.050. https://www.osti.gov/servlets/purl/1357452.

@article {osti_1357452,
title = {Моделирование, управление и анализ динамических характеристик опреснительной установки обратного осмоса, интегрированной в гибридные энергетические системы},
author = {Ким, Чен Сок и Чен, Джун и Гарсия, Умберто Э.},
abstractNote = {Опреснительная установка с обратным осмосом предлагается в качестве эффективного FLR (гибкий ресурс нагрузки), который будет интегрирован в HES (гибридные энергетические системы) для поддержки различных типов вспомогательных услуг для электрической сети в переменных рабочих условиях. Для изучения динамического (переходного) анализа такой системы, среди различных операций блока в HES, особое внимание здесь уделяется подробному динамическому моделированию и управлению процессом опреснения RO с помощью модуля спиральной мембраны.Модель включает ключевые физические явления, которые были исследованы индивидуально, в рамках динамической интегрированной модели. В частности, модель диффузии раствора, модифицированная теорией концентрационной поляризации, применяется для прогнозирования характеристик обратного осмоса в большом диапазоне рабочих условий. Результаты моделирования, включающие несколько тематических исследований, показывают, что опреснительная установка обратного осмоса, действующая как FLR, может обеспечить операционную гибкость для участия в управлении энергопотреблением в масштабе коммунального предприятия путем динамической оптимизации использования избыточной электроэнергии.Здесь включение дополнительного продукта (пресной воды), производимого из FLR, позволяет расширить спектр операций HES для максимизации общей производительности и прибыльности системы. С целью оценки включения оценки работоспособности в технологические операции в представленном тематическом исследовании рассматривается подход к онлайн-мониторингу состояния для контроля загрязнения мембраны обратного осмоса.},
doi = {10.1016 / j.energy.2016.05.050},
journal = {Energy (Oxford)},
число = C,
объем = 112,
place = {United States},
год = {2016},
месяц = ​​{6}
}

Плюсы и минусы опреснения морской воды с использованием обратного осмоса для питьевой воды

Ник Николас

Опреснение морской воды однозначно является будущим производства питьевой воды для прибрежных сообществ и островных государств в нынешние времена нехватки воды.Он уже довольно широко используется в нескольких странах. Саудовская Аравия, Объединенные Арабские Эмираты и США входят в тройку крупнейших производителей опреснительной питьевой воды по мощности в мире, за ними следуют Австралия, Китай и Кувейт.

Эти страны извлекают выгоду из систем опреснения, потому что у них особенно засушливый климат с небольшим количеством источников пресной воды, или они требуют увеличения водных ресурсов сверх имеющихся у них имеющихся водных источников.

Эти системы опреснения морской воды обычно используются прибрежными сообществами, обеспечивая практически неограниченный запас питательной воды.Зная некоторые подробности применения этой технологии опреснения морской воды, давайте поговорим об опреснении морской воды методом обратного осмоса и о том, как это работает.

Некоторые основы SWRO

Конечной целью процесса опреснения является удаление солей, присутствующих в морской воде, концентрация которых составляет от 3 до 3,5 процентов. В морской воде также есть другие составляющие, с которыми также необходимо работать, например, цвет, диоксид кремния и микроорганизмы. Для этого процесс начинается с забора океанской воды через всасывающий насос из колодца на пляже или из водозаборной трубы, проложенной на морском дне.Эта вода поступает в уравнительный бак или бассейн.

В результате этого процесса вода проходит предварительную обработку. Предварительная обработка обычно состоит из одного или нескольких фильтровальных блоков, которые удаляют частицы размером более 1 нанометра. Этот процесс предварительной обработки очень важен для снижения риска загрязнения мембраны обратного осмоса.

В режиме обратного осмоса давление применяется для преодоления осмотического давления. Следовательно, вода протекает через мембрану в область с более низкой концентрацией соли, позволяя солям переходить в концентрированный раствор (рассол).Полученная чистая вода подвергается дополнительной обработке, которая включает реминерализацию и остаточную дезинфекцию. Наконец, полученный концентрат рассола осторожно сбрасывается обратно в океан в виде диспергирования. Этот процесс сброса спроектирован и разработан для значительного снижения любого негативного воздействия на местную морскую экосистему.

Используя системы обратного осмоса для опреснения морской воды, прибрежные сообщества и островные государства могут получить чистую и безопасную воду. Так почему же одни страны используют эту передовую технологию лечения, а другие нет?

Давайте рассмотрим некоторые из плюсов и минусов обратного осмоса опреснения морской воды для питьевой воды.

Плюсы

Модульные системы

Модульные системы

спроектированы так, чтобы быть компактными и простыми в перемещении и установке, что позволяет снизить капитальные затраты. Они отлично подходят для муниципальных или коммерческих систем питьевой воды (например, отелей), где пространство может быть ограничено, но они должны обеспечивать большое количество людей.

Расширение источников питьевой воды

Движущая сила опреснения. Важно более рационально относиться к состоянию наших текущих источников воды, но также важны альтернативы, когда они доступны.Океан оказался очень большой альтернативой. С мировым океаном как жизнеспособным источником питьевой воды, это расширит самый ценный ресурс человечества в геометрической прогрессии. Имейте в виду, что на океаны приходится около 95+ процентов всей воды на Земле.

Более высокая доходность

Единственная другая применяемая в настоящее время опреснительная обработка – это тепловая разновидность. Он работает так же, как и круговорот воды, превращая воду в пар, а когда он конденсируется, получается чистая вода.Этот подход очень эффективен при удалении нежелательных частиц, но сбор и конденсация пара неэффективны и дают гораздо более низкий выход чистой воды, чем обратный осмос. Для того же объема воды на выходе тепловые процессы потребуют почти в три раза больше морской воды.

Очень чистая вода

После обратного осмоса вода настолько чиста, что нам приходится снова добавлять в нее минералы. Этот процесс удаляет из воды минералы, которые нужны человеку, а также привычные нам вкусы.Таким образом, процесс пост-реминерализации позаботится об этом и регулирует pH.

Минусы

P требуется повторное лечение

Мембраны обратного осмоса очень чувствительны. Таким образом, если не будет разработан какой-либо более прочный мембранный материал, предварительная обработка является важным требованием. Без него мембрана может стать практически бесполезной, уменьшая выход продукции или производя нечистую воду. Неправильно обработанная морская вода может откладывать твердые частицы на мембране.Эти загрязнения влияют на надлежащий поток и давление в мембране, что увеличивает эксплуатационные расходы.

Более высокое потребление энергии

Системы обратного осмоса – это процессы с постоянным потоком, поэтому жидкости постоянно перекачиваются, а давление постоянно прикладывается к цилиндрическим мембранным сосудам. Требуемое давление в некоторых системах может достигать 1000 фунтов на кв. Дюйм (69 бар). Однако энергия осмотического давления, накопленная в растворе концентрата, может быть фактически восстановлена, чтобы снизить общие затраты на энергию.Обычно используемой технологией является роторный обменник давления. Поступающая морская вода сжимается поршнями в каналах внутри теплообменника, которые подавляются потоком отбракованного концентрата под высоким давлением из установки обратного осмоса. Такое повторное использование кинетической энергии рассольной воды может эффективно снизить затраты на электроэнергию.

Может быть дорогостоящим для развивающихся стран

Независимо от энергосбережения, многие страны мира не имеют возможности или ресурсов для строительства и эксплуатации проектов по опреснению воды.Питьевая вода, полученная в процессе опреснения морской воды, обычно дороже, чем очищенная грунтовая вода, солоноватая вода или поверхностные источники воды.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *