Потребность в пресной воде на судне определяется ее расходом на нужды экипажа и пассажиров, энергетической установкой.
Суточный расход пресной воды для бытовых нужд составляет 150 – 200 л на каждого члена экипажа, а при использовании пресной воды в санитарных системах суточный расход воды увеличивается на 30 — 50 литров на каждого члена экипажа в сутки.
Основным источником получения пресной воды на судне является морская вода с высоким солесодержанием. Современные опреснительные установки, работающие по методу дистилляции (испарения и конденсации) подразделяются в зависимости от принципа работы испарителя на две группы:
— с испарителями кипящего (поверхностного) типа;
— с испарителями не кипящего (бесповерхностного) типа — расширительные, работающие адиабатно (в которых испарение происходит в отдельной камере, где вода частично испаряется при ее распыливании).
Опреснительные установки с испарителями кипящего типа работают при постоянном давлении, у которых поверхность нагрева расположена в самой нагреваемой воде, поэтому испарение в них сопровождается кипением испаряемой воды во всем ее объеме (рис.5). Такое испарение наиболее просто осуществимо и позволяет достигнуть высоких значений коэффициента теплопередачи благодаря интенсивной турбулизации пограничного слоя при образовании и отрыве паровых пузырей. В установках с испарителями кипящего типа из общего количества поступающей морской воды за счет подвода теплоты охлаждающей воды испаряется примерно 20-50%. Оставшаяся часть в виде рассола удаляется за борт с помощью рассольного насоса или эжектора. Образовавшийся пар в конденсате превращается в дистиллят и откачивается насосом в емкость.
Рис.5. Схема двухступенчатой опреснительной установки кипящего типа.
1-Испаритель первой ступени; 2- испаритель второй ступени; 3- конденсатор;
4- дистиллятный насос; 5- рассольный насос.
Наиболее экономичная работа опреснителя достигается при использовании его вторичного пара после сжатия в качестве греющего в той же ступени, т.е. при организации его работы по принципу теплового насоса. Такие опреснители (рис.6) получили название компрессорных. В лучших установках этого типа на 1 т топлива удается получить 120-130 т дистиллята. Эти опреснители нашли преимущественное применение на подводных лодках.
Рис.6. Схема компрессорной опреснительной установки.
1-испаритель; 2- компрессор; 3- электромотор; 4- подогреватель питательной воды;
5- дополнительный подогреватель
Испарители кипящего типа имеют ряд недостатков, роль которых возрастает с увеличением их размеров. Во-первых, это усиленное образование накипи на поверхностях нагрева на границах паровых пузырей. Во-вторых, интенсивный выброс капель рассола в паровое пространство и образование пены над кипящим слоем загрязняют пар, а сам кипящий слой жидкости оказывается неустойчивым (изменяется его высота), особенно при глубоком вакууме. Также, при попытках добиться большой производительности в одном агрегате снижаются температурный напор и коэффициент теплопередачи на нижних трубках нагревательных батарей вследствие гидростатического эффекта. Кроме этого, к экономичности опреснительных установок предъявляются повышенные требования, которые можно удовлетворить лишь при многоступенчатом их исполнении. Между тем сложность многоступенчатых установок, обусловленная наличием труб и арматуры для перепуска рассола, пара и дистиллята, существенно удорожает их стоимость, усложняет проблему регулирования и затрудняет обслуживание.
Этих недостатков не имеют адиабатные опреснители (рис.7), в которых нагретая морская вода частично испаряется при входе в так называемые расширительные камеры, где поддерживается температура насыщения на 5-10 град меньше температуры поступающей воды. При этом испарение происходит с поверхности струй или потока морской воды и не сопровождается образованием пены или паровых пузырей. Нагревается вода в конденсаторах и в подогревателе без кипения, так как давление воды в этих теплообменниках достаточно велико.
В отличие от многоступенчатого испарения в кипящих испарителях при многоступенчатом адиабатном испарении тепло вторичного пара используется не для непосредственного нагрева кипящей воды в последующей ступени, а аккумулируется в охлаждающей воде.
С точки зрения расхода тепла нет принципиальной разницы, а число ступеней или камер в обеих установках почти одинаково влияет на выход дистиллята. Однако адиабатные установки благодаря простоте их состава и конструкции, а также меньшим габаритам каждой ступени можно выполнить с большим числом ступеней при той же стоимости, чем многоступенчатые установки с кипящими испарителями. Увеличение числа ступеней в адиабатных испарителях не вызывает столь заметного усложнения конструкции, увеличения веса, габаритов и повышения стоимости, как в установках с кипящими испарителями.
Рис.7. Схема одноступенчатой адиабатной опреснительной установки.
1-подогреватель питательной воды; 2- камера испарения; 3- вакуумный насос;4- конденсатор; 5- питательный насос; 6- дистиллятный насос; 7- регулятор уровня рассола; 8- рассольный циркуляционный насос.
И все же, при производительности 100-200 т/сутки, характерной для судовых опреснителей. Увеличение числа ступеней более 7-9 приводит не к уменьшению, а к увеличению стоимости в связи с сужением каждой ступени до размеров, затрудняющих изготовление корпуса и монтаж внутренних узлов. По этой же причине для малых опреснителей принимают не более 4 ступеней.