THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC NGỌT

Cơ sở lý thuyết của các quá trình hóa hơi của hơi nước 4.1.1 Ảnh hưởng của áp suất tới nhiệt độ hóa hơi của hơi nước Khi áp suất trong thiết bị bay hơi tăng sẽ làm cho nhiệt độ sôi và nh

THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC NGỌT 4.1 Cơ sở lý thuyết của các quá trình hóa hơi của hơi nước

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

Khi áp suất trong thiết bị bay hơi tăng sẽ làm cho nhiệt độ sôi và nhiệt độ hóa hơi của hơi nước tăng, khi nhiệt độ sôi của nước trong thiết bị bay hơi tăng thì cáu cặn được tạo

ra trong các bề mặt gia nhiệt tăng, làm giảm hệ số truyền nhiệt K và làm giảm sản lượng hơi

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

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

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

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

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

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

Khi cường độ sôi càng tăng thì các bóng hơi càng lớn và tốc độ tách của chúng qua

bề mặt bay hơi càng lớn và mang theo mình các hạt nước muối càng lớn Lượng ẩm (nước muối) mang theo vào không gian hơi phụ thuộc vào sức căng của mặt nước bay hơi

và đó là tỷ số giữa thể tích hơi thứ cấp nhận được sau một giờ với bề mặt tự do của nước mặn trong bầu bay hơi Tăng sức căng của bề mặt nước bay hơi và phụ tải của bầu bay hơi không ổn định thì lượng ẩm (tức nước muối) bị cuốn vào không gian hơi tăng lên Không gian hơi càng lớn thì độ ẩm của hơi càng nhỏ, vì các hạt nước muối lớn khi đi vào không gian hơi dưới tác dụng của lực trọng trường bị rơi trở lại phía dưới, do đó hơi thứ cấp được làm khô một chút Còn các hạt muối nhỏ được hơi thứ cấp tác dụng lên, vận tốc của các hạt nước muối tỷ lệ bình phương với tốc độ của hơi Bởi vậy tốc độ của hơi thứ cấp ảnh hưởng càng lớn đến độ ẩm của nó khi áp lực càng lớn Ví dụ tốc độ của hơi

là 2,5m/s, áp suất khoảng 3 kPa thì hơi thứ cấp có thể mang theo các hạt muối có đường kính 0,3mm Bởi vậy để làm khô hơi thứ cấp người ta sử dụng bộ phận phân ly hơi

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

4.2.1 Ứng dụng:

 Thiết bị C.C.N.N tàu thủy

dùng để chưng cất nước ngọt

từ nước biển để lấy nước bổ

xung cho thiết bị sinh hơi

(Nồi hơi) và cho hệ động lực

Diesel

 Dùng để chưng cất nước ngọt

từ nước biển để lấy nước

uống và sinh hoạt cho thuyền

viên

4.2.2 Phân loại:

a Phân loại theo cách bay hơi của

nước biển:

 Thiết bị bay hơi kiểu bề mặt

(để gia nhiệt và làm cho nước

bay hơi người ta lắp cụm ống

hâm nóng dạng ống)

 Thiết bị bay hơi với buồng

bay hơi kiểu không bề mặt

(trong buồng bay hơi không

có cụm ống gia nhiệt)

 b) Phân loại theo số cấp áp

lực của hơi thứ cấp:

 Thiết bị chưng cất nước ngọt

loại một cấp

 Thiết bị chưng cất nước ngọt

loại 2 cấp

 Thiết bị chưng cất nước ngọt

loại nhiều cấp

c) Phân loại theo cách tận dụng

nhiệt của hơi thứ cấp:

 Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu hoàn nhiệt

 Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu không hoàn nhiệt

Hình 4.1 Thiết bị bay hơi với buồng bay hơi kiểu bề mặt

1-Nước ngọt sau khi làm mát đ/cơ vào; 2- Buồng bay hơi; 3- Bộ ngưng

tụ kiểu bề mặt; 4- Bơm chân không; 5- Nước vào làm mát bình ngưng; 6- Bơm nước ngưng; 7- Nước biển cấp vào buồng bay hơi; 8- Bơm nước muối.

Hình 4.2 Thiết bị bay hơi với buồng bay hơi kiểu không bề mặt

1- Bộ hâm; 2- Bầu bay hơi; 3- Bộ ngưng tụ kiểu bề mặt; 4- Bơm nước ngưng; 5- Đường cấp nước biển; 6- Bơm tuần hoàn nước muối;

7-Đường xả nước muối.

Trong các thiết bị bay hơi kiểu không hoàn nhiệt, hơi thứ cấp được ngưng tụ trong các bầu ngưng tụ, bầu này được làm mát bằng nước biển, nhiệt của hơi thứ cấp bị mất đi

Để sử dụng nhiệt này trong các thiết bị bay hơi hồi nhiệt, chất ngưng tụ được bơm từ bầu ngưng tụ chính lại được gia nhiệt

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

 Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu ống ruột gà

 Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu ống thẳng

 Thiết bị chưng cất nước ngọt dạng tấm

e) Phân loại theo áp lực:

 Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu áp lực

 Thiết bị chưng cất nước ngọt kiểu chân không

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

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

 Bầu bay hơi

 Bầu ngưng tụ

 Bơm tạo độ chân không (bơm ejector)

 Bơm nước cất (nước sau khi đã chưng cất)

 Bơm nước biển (dạng bơm ly tâm)

 Các thiết bị phục vụ

Hình 4.3 Hệ thống chưng cất nước ngọt kiểu Atlas

1- Động cơ diesel máy chính; 2-Van điều tiết nhiệt độ; 3-Sinh hàn nước ngọt máy chính; 4-Sinh hàn dầu nhờn máy chính; 5-Sinh hàn gió tăng áp máy chính; 6-Bầu ngưng tụ; 7-Bơm hút chân không; 8-Bơm cấp nước biển; 9-Bơm hút nước muối; 10-Bầu bay hơi; 11-Bơm nước cất; 12-Muối kế; 13-Van điện từ; 14-Lưu lượng kế; 15-Bơm nước biển làm mát máy chính; 16- Bơm nước ngọt làm mát máy chính.

ﾧ

4.3.1Cấu tạo của bầu bay hơi:

Bầu bay hơi của thiết bị chưng cất nước ngọt có thể được bố trí riêng rẽ, nhưng cũng

có thể ghép chung vào một vỏ với bầu ngưng Về kết cấu có hai loại bầu bay hơi: Bầu

bay hơi dạng ống và bầu bay hơi dạng tấm

Bầu bay hơi dạng ống gồm một cụm ống đặt thẳng đứng hoặc nằm ngang hoặc ống

xoắn ruột gà, các ống được làm từ hợp kim đồng hoặc hợp kim nhôm Nếu các ống của

bầu bay hơi đặt đứng thì nước biển đi bên trong ống và nhận nhiệt bốc hơi, còn nước gia

nhiệt (nước làm mát ra khỏi động cơ diesel) đi bên ngoài ống Nếu các ống gia nhiệt của

bầu bay hơi đặt nằm ngang hoặc dạng ống xoắn ruột gà thì nước biển sẽ đi bên ngoài ống

và nhận nhiệt bốc hơi, còn nước gia nhiệt sẽ đi ở bên trong ống

Với bầu bay hơi dạng tấm thì các tấm trao đổi nhiệt thường được chế tạo từ thép

không gỉ (Steinless steel) hoặc Titanium có độ dày từ 0,5 ÷ 1mm được rèn lượn sóng, khi

ghép các tấm với nhau sẽ tạo thành một bên là nước biển (chất nhận nhiệt) chuyển động,

còn bên kia là nước nóng ra khỏi động cơ (chất nhả nhiệt) chuyển động và trao đổi nhiệt

cho nhau Mỗi tấm có khoét 4 lỗ để dẫn nước nóng ra khỏi động cơ và nước biển chuyển

động vào và ra, giữa các tấm có đặt các gioăng làm kín để đảm bảo độ kín và sự phân bố

dòng chảy của môi trường nóng và lạnh trong các rãnh giữa 2 tấm cận kề nhau

Vỏ bầu bay hơi được làm từ thép hoặc thép không gỉ, bề mặt trong của nó được phủ

một lớp chất chống ăn mòn

Để cung cấp nước biển cho bầu bay hơi người ta sử dụng một bơm cấp nước biển

dạng bơm ly tâm

4.3.2 Cấu tạo của bầu ngưng:

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

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

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

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

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

4.3.3 Bơm ejector (bơm phun tia):

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

4.4.4 Các thiết bị phục vụ:

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

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

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

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

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

+ Ưu điểm:

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

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

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

+ Nhược điểm:

 Có kết cấu phức tạp, đòi hỏi người khai thác vận hành thiết bị phải có trình độ

kỹ thuật chuyên môn tốt

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

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

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

4.4 Khai thác thiết bị chưng cất nước ngọt

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

4.4.1Chuẩn bị đưa thiết bị vào làm việc:

 Kiểm tra trạng thái bề mặt ngoài của thân và nắp

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

 Kiểm tra và hiệu chỉnh (nếu có thể) các đồng hồ chân không kế, áp kế, nhiệt

kế và lưu lượng kế

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

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

 Kiểm tra và cấp nguồn cho bảng điện điều khiển

 Đóng van phá chân không

4.4.2 Khởi động thiết bị C.C.N.N:

 Khởi động bơm nước làm mát bình ngưng sau đó tiến hành điều chỉnh áp suất

và lưu lượng

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

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

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

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

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

 Áp suất và nhiệt độ của chất gia nhiệt

 Áp suất và nhiệt độ của nước làm mát bình ngưng

 Áp suất và nhiệt độ của hơi thứ cấp

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

 Độ chân không trong bình ngưng

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

4.4.4 Dừng hệ thống:

 Dừng sự hoạt động của bơm nước ngưng

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

 Dừng bơm nước làm mát bình ngưng

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

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

 Cắt nguồn điện cho bảng điện điều khiển hệ thống

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

Hiện

Sản

lượng

giảm

- Sản lượng nước gia nhiệt

bị giảm

- Tăng sản lượng nước gia nhiệt bằng cách điều chỉnh van cấp nước gia nhiệt vào

và ra khỏi bầu bay hơi

- Áp suất của hơi ra nhiệt

bị giảm (hay nhiệt độ của nước

gia nhiệt bị giảm)

- Tăng áp suất hơi gia nhiệt (hay tăng nhiệt độ của nước gia nhiệt)

- Không đủ độ chân không trong bình ngưng

- Tăng độ chân không trong bình ngưng bằng cách điều chỉnh van cấp

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

- Mức nước biển trong bầu bay hơi bị giảm bằng cách điều chỉnh van cấp nước biển vào- Tăng mức nước biển trong bầu bay hơi

bầu bay hơi.

- Các bề mặt trao đổi nhiệt

bị bẩn do cáu cặn

- Dừng hệ thống, tiến hành vệ sinh các

bề mặt trao đổi nhiệt bằng phương pháp hóa chất

Tăng độ

ngậm

muối

của

nước

chưng

cất

- Tăng sản lượng của thiết bị

- Giảm sản lượng của thiết bị

- Tăng nhiệt độ của chất gia nhiệt (hay độ chân không

quá sâu)

- Giảm nhiệt độ của chất gia nhiệt bằng cách điều chỉnh các van cấp chất gia nhiệt

- Tăng mức nước biển trong bầu bay hơi

- Giảm lượng nước biển cấp vào bầu bay hơi thông qua việc điều chỉnh van cấp

- Tăng độ ngậm muối của nước biển

- Tăng lượng nước biển cấp vào bầu bay hơi bằng cách tăng độ mở của van cấp

Dò rỉ nước qua những chỗ làm kín của bầu ngưng rỉ - Kiểm tra và khắc phục những chỗ bị dò Tăng độ

ngậm

muối

của

nước

biển

- Sản lượng cấp nước biển vào bầu bay hơi không đủ

- Tăng sản lượng nước biển cấp vào bầu bay hơi cho phù hợp

- Tăng sản lượng của thiết bị

-Giảm sản lượng của thiết bị

- Bơm nước biển làm việc

Độ chân

không

trong

bầu

ngưng

không

đủ

- Không đủ sản lượng nước làm mát bầu ngưng, hoặc

nhiệt độ đầu vào của nước làm

mát tăng

- Tăng sản lượng nước làm mát bầu ngưng hoặc giảm nhiệt độ đầu vào của nước làm mát

- Tăng sự dò rỉ khí hoặc thiết bị hút khí làm việc kém

- Thay các gioăng làm kín, sửa chữa các thiết bị hút khí

- Các ống của bầu ngưng

bị cáu bám dầy

- Tiến hành tẩy rửa cáu cặn cho bình ngưng

- Nước ngưng tụ ngập các cụm ống của bầu ngưng ngưng tụ.- Kiểm tra sự làm việc của bơm hút nước