THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC NGỌT 4.1 Cơ sở lý thuyết trình hóa hơi nước 4.1.1 Ảnh hưởng áp suất tới nhiệt độ hóa hơi nước Khi áp suất thiết bị bay tăng làm cho nhiệt độ sôi nhiệt độ hóa hơi nước tăng, nhiệt độ sôi nước thiết bị bay tăng cáu cặn tạo bề mặt gia nhiệt tăng, làm giảm hệ số truyền nhiệt K làm giảm sản lượng Do tàu thủy, người ta thường sử dụng thiết bị bay kiểu chân không, nước biển tiến hành chưng cất nhiệt độ nhỏ 55oC 4.1.2 Ảnh hưởng tốc độ hóa áp suất đến độ hơi: Trong nước biển, nồng độ muối trung bình 3,5% có 77,8% làmuối ăn(NaCl) lại loại muối khác (MgCl2 v.v…) Hàm lượng muối nước biển thành phần chưng cất đặc trưng thành phần riêng chưng cất, ví dụ ion Cl- hay lượng NaCl (miligam lít nước) Độ muối nước biển đo độ branta (br), 10br hàm lượng clorua nước tương đương 10 miligam NaCl/lít hay 6,06 miligam Cl-/lít Nước chưng cất nhận ngưng tụ thứ cấp (hơi nước biển), nước chưng cất bị nhiễm mặn nước biển mang theo hạt muối Khi hạt nước muối nước muối thiết bị bay có độ ngậm muối độ ngậm muối nước cất tỷ lệ bậc với độ ẩm thứ cấp độ ngậm muối nước muối Để giữ cho lượng clorua nước cất không mg Cl-/lít độ ngậm muối nước bầu bay 50000br, độ ẩm thứ cấp không vượt 0,01% Khi cường độ sôi tăng bóng lớn tốc độ tách chúng qua bề mặt bay lớn mang theo hạt nước muối lớn Lượng ẩm (nước muối) mang theo vào không gian phụ thuộc vào sức căng mặt nước bay tỷ số thể tích thứ cấp nhận sau với bề mặt tự nước mặn bầu bay Tăng sức căng bề mặt nước bay phụ tải bầu bay không ổn định lượng ẩm (tức nước muối) bị vào không gian tăng lên Không gian lớn độ ẩm nhỏ, hạt nước muối lớn vào không gian tác dụng lực trọng trường bị rơi trở lại phía dưới, thứ cấp làm khô chút Còn hạt muối nhỏ thứ cấp tác dụng lên, vận tốc hạt nước muối tỷ lệ bình phương với tốc độ Bởi tốc độ thứ cấp ảnh hưởng lớn đến độ ẩm áp lực lớn Ví dụ tốc độ 2,5m/s, áp suất khoảng kPa thứ cấp mang theo hạt muối có đường kính 0,3mm Bởi để làm khô thứ cấp người ta sử dụng phận phân ly 4.2 Ứng dụng phân loại thiết bị chưng cất nước tàu thủy: 4.2.1 Ứng dụng: Thiết bị C.C.N.N tàu thủy dùng để chưng cất nước từ nước biển để lấy nước bổ xung cho thiết bị sinh (Nồi hơi) cho hệ động lực Diesel Dùng để chưng cất nước từ nước biển để lấy nước uống sinh hoạt cho thuyền viên 4.2.2 Phân loại: a Phân loại theo cách bay nước biển: Thiết bị bay kiểu bề mặt (để gia nhiệt làm cho nước bay người ta lắp cụm ống hâm nóng dạng ống) Hình 4.1 Thiết bị bay với buồng bay kiểu bề mặt 1-Nước sau 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 Thiết bị bay với buồng bay kiểu không bề mặt (trong buồng bay cụm ống gia nhiệt) b) Phân loại theo số cấp áp lực thứ cấp: Thiết bị chưng cất nước loại cấp Thiết bị chưng cất nước loại cấp Thiết bị chưng cất nước loại nhiều cấp Hình 4.2 Thiết bị bay với buồng bay 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; 7Đường xả nước muối c) Phân loại theo cách tận dụng nhiệt thứ cấp: Thiết bị chưng cất nước kiểu hoàn nhiệt Thiết bị chưng cất nước kiểu không hoàn nhiệt Trong thiết bị bay kiểu không hoàn nhiệt, thứ cấp ngưng tụ bầu ngưng tụ, bầu làm mát nước biển, nhiệt thứ cấp bị Để sử dụng nhiệt thiết bị bay hồi nhiệt, chất ngưng tụ bơm từ bầu ngưng tụ lại gia nhiệt d) Phân loại theo kiểu cụm ống gia nhiệt theo kết cấu: Thiết bị chưng cất nước kiểu ống ruột gà Thiết bị chưng cất nước kiểu ống thẳng Thiết bị chưng cất nước dạng e) Phân loại theo áp lực: Thiết bị chưng cất nước kiểu áp lực Thiết bị chưng cất nước kiểu chân không 4.3 Cấu tạo thiết bị C.C.N.N kiểu chân không Để chưng cất nước từ nước biển, tàu thủy người ta thường sử dụng thiết bị chưng cất nước kiểu chân không, mặt nguyên lý cấu tạo gồm: Bầu bay Bầu ngưng tụ Bơm tạo độ chân không (bơm ejector) Bơm nước cất (nước sau chưng cất) Bơm nước biển (dạng bơm ly tâm) Các thiết bị phục vụ Hình 4.3 Hệ thống chưng cất nước kiểu Atlas 1- Động diesel máy chính; 2-Van điều tiết nhiệt độ; 3-Sinh hàn nước 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 làm mát máy ﾧ 4.3.1Cấu tạo bầu bay hơi: Bầu bay thiết bị chưng cất nước bố trí riêng rẽ, ghép chung vào vỏ với bầu ngưng Về kết cấu có hai loại bầu bay hơi: Bầu bay dạng ống bầu bay dạng Bầu bay dạng ống gồm cụm ống đặt thẳng đứng nằm ngang ống xoắn ruột gà, ống làm từ hợp kim đồng hợp kim nhôm Nếu ống bầu bay đặt đứng nước biển bên ống nhận nhiệt bốc hơi, nước gia nhiệt (nước làm mát khỏi động diesel) bên ống Nếu ống gia nhiệt bầu bay đặt nằm ngang dạng ống xoắn ruột gà nước biển bên ống nhận nhiệt bốc hơi, nước gia nhiệt bên ống Với bầu bay dạng trao đổi nhiệt thường chế tạo từ thép không gỉ (Steinless steel) Titanium có độ dày từ 0,5 ÷ 1mm rèn lượn sóng, ghép với tạo thành bên nước biển (chất nhận nhiệt) chuyển động, bên nước nóng khỏi động (chất nhả nhiệt) chuyển động trao đổi nhiệt cho Mỗi có khoét lỗ để dẫn nước nóng khỏi động nước biển chuyển động vào ra, có đặt gioăng làm kín để đảm bảo độ kín phân bố dòng chảy môi trường nóng lạnh rãnh cận kề Vỏ bầu bay làm từ thép thép không gỉ, bề mặt phủ lớp chất chống ăn mòn Để cung cấp nước biển cho bầu bay người ta sử dụng bơm cấp nước biển dạng bơm ly tâm 4.3.2 Cấu tạo bầu ngưng: Vỏ bầu ngưng làm từ thép thép không gỉ, bề mặt phủ lớp chất chống ăn mòn Về mặt kết cấu có hai loại bầu ngưng: Bầu ngưng dạng ống bầu ngưng dạng Với bầu ngưng dạng ống, ống trao đổi nhiệt ống thẳng chế tạo từ hợp kim đồng-niken hợp kim nhôm Với bầu ngưng dạng tấm, trao đổi nhiệt chế tạo từ thép không gỉ Để cung cấp nước biển làm mát cho bình ngưng người ta sử dụng bơm nước biển hoạt động độc lập trích đường nước biển từ bơm làm mát cho hệ động lực diesel Để hút nước ngưng tụ (nước chưng cất) khỏi bầu ngưng người ta sử dụng bơm hút nước ngưng để đưa két chứa (thông thường bơm ly tâm) 4.3.3 Bơm ejector (bơm phun tia): Để tạo trì độ chân không thiết bị C.C.N.N, người ta sử dụng bơm phun tia (về kết cấu nguyên lý hoạt động xem tài liệu “máy phụ tàu thủy”), thiết bị C.C.N.N nước công tác bơm phun tia bơm cung cấp nước cho bầu bay cấp cách trích 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 lượng nước máy chưng cất Muối kế: Để báo hàm lượng muối có nước chưng cất tạo Thiết bị báo động bảo vệ: Khi độ ngậm muối nước chưng cất vượt giá trị cho phép (thường 80mg Cl-/lít) đưa tín hiệu báo động van điện từ mở nước cất không đạt chất lượng trở lại bầu bay Kính quan sát: Được lắp thân thiết bị C.C.N.N phía bầu bay hơi, dung để quan sát trình sôi để đánh giá tình trạng làm việc bầu bay Ngoài người ta lắp đặt chân không kế, áp kế, nhiệt kế… để theo dõi trì trạng thái làm việc tốt thiết bị + Ưu điểm: Do sử dụng nước biển để chưng cất nên có hiệu kinh tế cao Nước chưng cất làm từ nước biển nên vi trùng gây bệnh Có khả tăng tải trọng có ích tăng bán kính hoạt động 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 làm kín cao để đảm bảo độ chân không cho thiết bị Không hoạt động chế độ nhỏ tải động diesel hệ động lực nước Không hoạt động tàu chạy gần bờ luồng lạch 4.4 Khai thác thiết bị chưng cất nước Khi khai thác thiết bị C.C.N.N cần phải thực yêu cầu, dẫn, qui trình khai thác nhà chế tạo công tác chuẩn bị, khởi động, theo dõi điều chỉnh hoạt động dừng làm việc thiết bị Trường hợp cần thiết tuân theo qui ước chung sau đây: 4.4.1Chuẩn bị đưa thiết bị vào làm việc: Kiểm tra trạng thái bề mặt thân nắp Kiểm tra tình trạng kỹ thuật bơm nước biển, bơm tạo độ chân không, bơm hút nước ngưng Kiểm tra hiệu chỉnh (nếu có thể) đồng hồ chân không kế, áp kế, nhiệt kế lưu lượng kế Kiểm tra mối lắp ghép, gioăng làm kín, bu lông lắp ghép Kiểm tra van phá chân không, van chặn vị trí sẵn sàng làm việc Kiểm tra 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 tiến hành điều chỉnh áp suất lưu lượng Khởi động bơm tạo độ chân không hút nước tràn bầu bay hơi, tiến hành tạo độ chân không cho thiết bị đến giá trị yêu cầu Khi độ chân không đạt yêu cầu tiến hành mở van chặn đường nước nóng từ động diesel (hoặc từ nồi trường hợp dùng gia nhiệt cho bầu bay hơi) vào bầu bay Khi thấy nước ngưng xuất đường ống trước bơm nước ngưng tiến hành khởi động bơm hút nước ngưng 4.4.3 Theo dõi điều chỉnh hoạt động thiết bị: Trong thời gian thiết bị C.C.N.N làm việc cần phải quan tâm theo dõi kiểm tra thong số sau: Áp suất nhiệt độ chất gia nhiệt Áp suất nhiệt độ nước làm mát bình ngưng Áp suất nhiệt độ thứ cấp Độ ngậm muối, chất lượng sản lượng nước cất tạo Độ chân không bình ngưng Kiểm tra theo dõi làm việc bầu bay qua kính quan sát 4.4.4 Dừng hệ thống: Dừng hoạt động bơm nước ngưng Đóng van chặn đường nước hâm sấy vào khỏi bầu bay Dừng bơm nước làm mát bình ngưng Phá độ chân không bình ngưng cách mở van phá chân không Dừng bơm hút chân không, bơm cấp nước cho bầu bay hơi, bơm hút nước tràn bầu bay đóng tất van chặn đẩy, chặn hút bơm lại Cắt nguồn điện cho bảng điện điều khiển hệ thống 4.4.5 Một số cố, nguyên nhân biện pháp khắc phục: Hiện tượng Sản lượng giảm Nguyên nhân Biện pháp khắc phục - Sản lượng nước gia nhiệt - Tăng sản lượng nước gia nhiệt bị giảm cách điều chỉnh van cấp nước gia nhiệt vào khỏi bầu bay - Áp suất nhiệt - Tăng áp suất gia nhiệt (hay tăng bị giảm (hay nhiệt độ nước nhiệt độ nước gia nhiệt) gia nhiệt bị giảm) - Không đủ độ chân không - Tăng độ chân không bình ngưng bình ngưng cách điều chỉnh van cấp nước công tác cho bơm ejector, kiểm tra phận làm kín - Mức nước biển - Tăng mức nước biển bầu bay bầu bay bị giảm cách điều chỉnh van cấp nước biển vào bầu bay - Các bề mặt trao đổi nhiệt - Dừng hệ thống, tiến hành vệ sinh bị bẩn cáu cặn bề mặt trao đổi nhiệt phương pháp hóa chất Tăng độ - Tăng sản lượng thiết - Giảm sản lượng thiết bị ngậm bị muối - Tăng nhiệt độ chất - Giảm nhiệt độ chất gia nhiệt gia nhiệt (hay độ chân không cách điều chỉnh van cấp chất gia nhiệt nước sâu) chưng - Tăng mức nước biển - Giảm lượng nước biển cấp vào bầu bay cất bầu bay hơi thông qua việc điều chỉnh van cấp - Tăng độ ngậm muối - Tăng lượng nước biển cấp vào bầu bay nước biển cách tăng độ mở van cấp Dò rỉ nước qua chỗ - Kiểm tra khắc phục chỗ bị dò làm kín bầu ngưng rỉ Tăng độ - Sản lượng cấp nước biển - Tăng sản lượng nước biển cấp vào bầu ngậm vào bầu bay không đủ bay cho phù hợp muối - Tăng sản lượng thiết -Giảm sản lượng thiết bị bị nước - Bơm nước biển làm việc - Tiến hành sửa chữa bơm nước biển biển không tốt Độ chân - Không đủ sản lượng - Tăng sản lượng nước làm mát bầu không nước làm mát bầu ngưng, ngưng giảm nhiệt độ đầu vào nước nhiệt độ đầu vào nước làm làm mát bầu mát tăng ngưng - Tăng dò rỉ khí - Thay gioăng làm kín, sửa chữa không thiết bị hút khí làm việc thiết bị hút khí đủ - Các ống bầu ngưng - Tiến hành tẩy rửa cáu cặn cho bình bị cáu bám dầy ngưng - Nước ngưng tụ ngập - Kiểm tra làm việc bơm hút nước cụm ống bầu ngưng ngưng tụ