Обработка питательной воды

Для обеспечения требуемых норм качества питательную воду подвергают различной обработке: фильтрации, деаэрации, дистилляции, электрохимическому и химическому обессоливанию и т. д.

Фильтрация воды и очистка конденсата от масла имеют особо важное значение для судов с паровыми поршневыми механизмами и для котлов дизельных танкеров, где имеется подогрев груза. Для очистки конденсата от масла применяют фильтры, установленные в теплых ящиках или на магистралях питательной воды и состоящие из кокса, люфы, махровой ткани, синтетических материалов (поролона) и т.д. Фильтрующий материал выбирают главным образом по его способности очищать воду от нефтепродуктов. Для этой же цели на некоторых судах теплый ящик имеет внутри ряд перегородок, образующих каскадное движение воды (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема теплого ящика судов типа "Вытегралес".

Конденсат отработанного пара по трубопроводу 3 поступает в верхнюю часть теплого ящика и прежде, чем попадет в фильтр 1, проходит каскадный маслоотделитель 2. По перепускному патрубку 7 конденсат направляется в нижнюю часть теплого ящика, а оттуда по трубопроводу 5 к питательным насосам. В нижней части теплого ящика установлен змеевик 6 для охлаждения питательной воды. Существенным недостатком этой установки является подача добавочной воды в нижнюю часть теплого ящика 4. Это приводит к тому, что если вода в танках запаса содержит механические примеси, то они беспрепятственно попадают в питательную магистраль котла. Особенно интенсивные загрязнения теплого ящика и магистрали наблюдаются в плохую погоду, когда качка судна вызывает переход осадка в танках во взвешенное состояние.

Конденсат к теплому ящику подводится от подогревателей топлива и масла, как правило, через специальную контрольную цистерну, имеющую смотровое стекло для визуального наблюдения за качеством конденсата. В случае необходимости загрязненный конденсат может перепускаться в сточную цистерну. Пар из системы отопления и других потребителей, где нет опасности загрязнения, идет в конденсатор и оттуда конденсат поступает в теплый ящик.

Рис. 2. Конденсатно-питательная система судов типа "Иловайск".

Подвод конденсата от обогрева танков 2 (рис. 2) и других потребителей 3 возможен через охладитель 4 конденсата, если нет опасности загрязнений, минуя контрольную цистерну 12. В тех случаях, когда конденсат направляется через контрольную цистерну, он охлаждается специальным змеевиком, установленным в ней, по которому проходит забортная вода из той же магистрали 1, что и для охладителя конденсата. Кроме того, цистерна 12 расположена в теплом ящике 5 и частично теплота от нее отводится омывающей снаружи водой. Цистерна оборудована смотровым стеклом, патрубками слива нефтепродуктов 11 и осушения 10.

Питание котлов на этих судах может осуществляться автоматически через регуляторы питания (трубопроводы 7) или вручную по обводной системе 9. Питательные насосы 8 могут брать воду как из теплого ящика, так и непосредственно из танка. Для ввода в котел химических препаратов обработки воды в системе предусмотрен дозировочный бачок 6 вместимостью 10 л.

Рис. 3. Система охлаждения конденсата на судах типа "Игорь Грабарь".

На судах отдельных серий (преимущественно финской постройки) охладитель конденсата отсутствет, а его роль выполняет змеевик, установленный в теплом ящике (рис. 3). Пароконденсатная смесь от потребителей по трубопроводу 9 поступает в змеевик и только после этого попадает в ящик. В змеевике происходят конденсация остатков пара и охлаждение конденсата. Для охлаждения воды в теплом ящике установлены дополнительно два змеевика, прокачиваемые забортной водой. Подвод забортной воды (трубопровод 1) осуществляется из системы охлаждения главного и вспомогательного двигателей, температура ее на входе в теплый ящик составляет около 20 °С даже в зимнее время. Это приводит к тому, что вода в теплом ящике нагревается до 90 °С, а иногда и выше. Отводится забортная вода через трубу 3. Конденсат от подогрева топлива и масла по магистрали 6 подается через контрольную цистерну 5, в случае загрязнения его предусмотрен слив 7. Добавочная вода подается через трубу 8, а на случай переполнения теплого ящика предусмотрен перепуск 2 в танк. Для предотвращения избыточного давления в теплом ящике и контрольной цистерне они оборудованы воздушной трубой 4.

Деаэрация воды производится с целью удаления растворенных в ней газов. Для СКУ главной задачей этого вида обработки является удаление из воды кислорода и углекислоты. Наиболее эффективный способ удаления растворенных газов из воды - десорбция. Он основан на известных законах Генри - Дальтона, характеризующих зависимость между концентрацией растворенного газа и его парциальным давлением. Концентрация растворенного в воде газа выражается уравнением

С_Г = К_ГР_Г = К_Г(Р_О-Р_ВП)

где К_Г- коэффициент абсорбции газа водой (растворимости); Р_Г и Р_ВП - парциальное давление газа и водяного пара, МПа; Р_О- общее давление над поверхностью воды, МПа.

Из приведенного выражения видно, что концентрация газа в воде уменьшается при увеличении парциального давления водяных паров, чему способствует повышение температуры воды. От температуры воды существенно зависит и коэффициент абсорбции газа водой (растворимость в воде). На рис. 4 показана эта зависимость для кислорода и углекислоты,т. е. наиболее характерных газов для питательной воды СКУ.

Рис. 4. Зависимость растворимости углекислого газа (1) и кослорода (2) в воде от температуры.

Основным коррозионно-активным газом для судовых котлов является кислород. Выбор и использование эффективного способа обескислороживания питательной воды зависят от назначения и типа котельной установки, параметров пара, условий работы и принятой системы питания и водоподготовки, исходной и конечной концентраций растворенного в воде кислорода.

Кислород удаляют из воды десорбционными (физическими) и химическими методами. Применительно к СКУ десорбционный метод реализуется преимущественно на паротурбинных судах (главные котлы) с использованием термических деаэраторов. В деаэраторах вода нагревается до температуры кипения при одновременном распылении и удалении из нее газов. В соответствии с законами Генри и Дальтона (закон Дальтона является частным случаем закона Генри) условиями хорошей работы деаэратора являются нагревание воды до температуры кипения при давлении, поддерживаемом в аппарате, тонкое распыление и равномерное распределение воды по сечению деаэратора, удаление паровоздушной смеси из аппарата.

Для вспомогательных КУ большое распространение получили химические методы деаэрации, основанные на связывании кислорода в коррозионно-инертные вещества в результате окислительно-восстановительных процессов. В качестве восстановителей используют такие реагенты, как сульфит натрия, гидразин.

Обработка воды сульфитом натрия основана на реакции окисления сульфита растворенным в воде кислородом.

Интенсивность реакции зависит от температуры воды и водородного показателя. Наиболее благоприятные условия для ее протекания существуют при температуре воды не менее 80 °С и pH≤8.

Обескислороживание воды гидразином осуществляется с применением преимущественно гидразингидрата N₂H₄·H₂O, который активно взаимодействует с кислородом, не увеличивая при этом солесодержание воды.

В зарубежной практике используют химические реагенты на основе гидразина с введением катализаторов. Так, в Германии активированный гидразин имеет товарное наименование левоксина, а фирма „Дрю Амероид" (США) выпускает подобный препарат с названием амерзин. Интенсивность обескислороживания гидразином значительно выше, чем при сульфитировании, и быстро увеличивается при повышении температуры воды. В обоих случаях препараты вводят в питательную воду, и температурный режим контролируют по воде в теплом ящике.

Гидразин, вводимый в питательную воду, взаимодействует с оксидами железа и меди, присутствующими в воде и на поверхности металла.

В котловой воде и в пароперегревателях избыток гидразина разлагается с образованием аммиака.

При использовании гидразингидрата необходимо учитывать его свойства. Гидразингидрат - бесцветная жидкость, легко поглощающая из воздуха кислород, углекислоту и водяные пары, хорошо растворим в воде. Гидразин токсичен, а при концентрации более 40% - горюч. При обращении с ним следует строго соблюдать соответствующие правила безопасности труда.

Ионообменную обработку питательной воды производят с целью снижения ее жесткости и предотвращения таким образом накипеобразования в котле. В зависимости от типа применяемых материалов для ионного обмена процесс, происходящий в ионообменном фильтре, может быть катионным и анионным.

В судовой практике чаще всего применяют метод катионирования, сущность которого заключается в замене накипеобразующих ионов Са²⁺, Mg²⁺ ионами Na⁺ или Н⁺ при фильтрации жесткой воды через особые материалы, склонные к ионному обмену.

Общее солесодержание воды при катионировании не изменяется. Жесткость обычной пресной воды после прохода через катионит существенно понижается и не превышает 0,02-0,03 мг-экв/л.

При истощении фильтра катионит подвергается регенерации пропусканием через него 5-10 %-ного раствора поваренной соли для Na-катионита или 2 %-ного раствора серной кислоты для Н-катионита со скоростью 7-10 м/ч. В результате регенерации ионы Са²⁺ и Mg²⁺ вновь заменяются катионами Na или Н. Регенерация производится, как правило, ежесуточно продолжительностью около 1 ч.

Наиболее распространены Na-катионитовые фильтры. Фильтрующими материалами могут быть естественные (глауконит - минерал, водный алюмосиликат железа и калия сложного химического состава, имеющий зеленоватый оттенок) и искусственные (сульфоуголь).

При Na-катионировании жесткость воды уменьшается, но растет щелочность вследствие образования едкого натра и отпадает необходимость вводить дополнительную щелочь. Однако если обработке Na-катионированием подвергается вода с большой жесткостью, то в котле может появиться избыток щелочи и привести к щелочной коррозии.

Для предотвращения образования избытка щелочи целесообразно использовать смешанное (параллельное или последовательное) катионирование, пропуская воду через Na и Н-катионитовые фильтры.

Сложность оборудования, большие размеры, а также необходимость иметь на судне материалы регенерации являются причинами ограниченного применения этого метода водообработки на судах.

Применительно к малым установкам использование сложных схем водообработки экономически нецелесообразно. В этих случаях рациональное решение проблемы водоподготовки может быть достигнуто путем применения простых и дешевых средств, к числу которых могут быть отнесены физические методы обработки воды (ультразвуковой, электростатический, магнитный и т. д.).

Ввиду простоты применяемых устройств и удобства эксплуатации большое применение находит магнитный метод обработки. В составе отечественного флота этот способ используют на судах типов „Беломорсклес", „Ленинская гвардия", „Игорь Грабарь", „Муром", имеющих магнитные фильтры (постоянные магниты) на магистралях питательной воды.

Как показывает практика эксплуатации магнитных устройств, вода, обработанная в магнитном поле, значительно уменьшает свои накипеобразующие свойства. При этом наблюдается интенсивное разрушение прочных накипных отложений, образовавшихся до применения магнитного метода водоподготовки.

Основная цель магнитного метода водообработки - изменить условия кристаллизации накипеобразователей и обеспечить их выпадение не на поверхности нагрева, а в виде шлама в объеме воды, поступающей в котел. Поэтому результаты применения этого метода в основном зависят от эффективности устройств и мероприятий, обеспечивающих своевременное удаление взвешенных частиц из объема воды. В котле скапливается илообразная масса, которая легко может удаляться продуванием его.

Применение магнитной обработки воды не требует систематического введения химических реактивов внутрь котла.

Исключает регулярное использование водокоррекционных препаратов и ультразвуковая обработка. Приборы ультразвуковой обработки есть и на судах отечественного флота. Например, на судах типа „Красноград", „Краснокамск", „Айнажи" установлены на котлах приборы системы „Крустекс" (Англия). Следует иметь в виду, что эти приборы воздействуют не на воду, а служат для разрыхления уже образующихся отложений. Они предотвращают скопление накипи на поверхностях нагрева, но не препятствуют ее образованию. Разрыхление накипи способствует удалению ее при продувании котла.