INSTALACJA CHŁODZENIA
INSTALACJA CHŁODZENIA
SKRAPLACZY
SKRAPLACZY
INSTALACJA CHŁODZENIA
INSTALACJA CHŁODZENIA
SKRAPLACZY
SKRAPLACZY
Instalacja chłodzenia zawiera pompę wody
Instalacja chłodzenia zawiera pompę wody
morskiej, zwaną pompą cyrkulacyjną, oraz
morskiej, zwaną pompą cyrkulacyjną, oraz
możliwie krótkie odcinki rurociągów wraz z
możliwie krótkie odcinki rurociągów wraz z
osprzętem.
osprzętem.
Im strumień wody chłodzącej jest większy i
Im strumień wody chłodzącej jest większy i
niższa temperatura wody morskiej, tym
niższa temperatura wody morskiej, tym
niższe ciśnienie, czyli głębszą próżnię
niższe ciśnienie, czyli głębszą próżnię
można w skraplaczu uzyskać.
można w skraplaczu uzyskać.
TEORETYCZNA PRÓŻNIA W
TEORETYCZNA PRÓŻNIA W
SKRAPLACZU
SKRAPLACZU
Po przepływie przez rury skraplacza woda morska
Po przepływie przez rury skraplacza woda morska
chłodząca podgrzewa się od temperatury t
chłodząca podgrzewa się od temperatury t
w1
w1
do t
do t
w2
w2
.
.
Nieco wyższa - ze względu na oporność cieplną
Nieco wyższa - ze względu na oporność cieplną
ścianki oraz opory podczas wnikania ciepła - będzie
ścianki oraz opory podczas wnikania ciepła - będzie
temperatura nasycenia skraplającej się pary wodnej.
temperatura nasycenia skraplającej się pary wodnej.
Określić stąd można ciśnienie w skraplaczu
p
2
, odpowiadające tej temperaturze
nasycenia.
Rys 1. Wykres temperatur wody i pary w skraplaczu
Rys 1. Wykres temperatur wody i pary w skraplaczu
Temperaturę wody morskiej na odpływie ze
Temperaturę wody morskiej na odpływie ze
skraplacza wyznacza się z równania bilansu
skraplacza wyznacza się z równania bilansu
cieplnego skraplacza:
cieplnego skraplacza:
gdzie:
gdzie:
•
- strumień masy dopływającej pary,
- strumień masy dopływającej pary,
•
i
2
- entalpia pary na wylocie z turbiny,
- entalpia pary na wylocie z turbiny,
•
i
3
- entalpia skroplin,
- entalpia skroplin,
•
Ġ
- strumień masy wody chłodzącej,
- strumień masy wody chłodzącej,
•
c
w
- ciepło właściwe wody.
- ciepło właściwe wody.
Stąd:
Stąd:
)
(
)
(
1
2
3
2
w
w
w
t
t
c
G
i
i
D
D
D
t
w2
= t
w1
+
D (i
2
- i
3
)
Ġ
w
c
w
Stosunek [kg/kg] nazywa się wielokrotnością
Stosunek [kg/kg] nazywa się wielokrotnością
chłodzenia. Zależność próżni od wielokrotności
chłodzenia. Zależność próżni od wielokrotności
chłodzenia oraz temperatury wody morskiej ilustruje
chłodzenia oraz temperatury wody morskiej ilustruje
rysunek 2 w skraplaczach turbinowych stosuje się
rysunek 2 w skraplaczach turbinowych stosuje się
wielokrotność chodzenia, która = 80 ÷ 120 kg/kg
wielokrotność chodzenia, która = 80 ÷ 120 kg/kg
dzięki czemu zyskuje się przy /temperaturze wody
dzięki czemu zyskuje się przy /temperaturze wody
morskiej przyjmowanej przeciętnie jako 20ºC/
morskiej przyjmowanej przeciętnie jako 20ºC/
ciśnienie absolutne p
ciśnienie absolutne p
2
2
=4÷6 kPa i odpowiednio
=4÷6 kPa i odpowiednio
temperatury
nasycenia
28,6÷33,8ºC.
W
temperatury
nasycenia
28,6÷33,8ºC.
W
skraplaczach maszyn parowych tłokowych, ze
skraplaczach maszyn parowych tłokowych, ze
względu na mniejszą wymaganą próżnię p
względu na mniejszą wymaganą próżnię p
2
2
≈10 kPa,
≈10 kPa,
wielokrotność chłodzenia jest znacznie mniejsza
wielokrotność chłodzenia jest znacznie mniejsza
około 35~50.
około 35~50.
D
G
w
Rys 2. Wpływ wielokrotności chłodzenia na
Rys 2. Wpływ wielokrotności chłodzenia na
teoretyczną wartość próżni w skraplaczu
teoretyczną wartość próżni w skraplaczu
Pływanie
w
akwenach
tropikalnych
Pływanie
w
akwenach
tropikalnych
powoduje
pogorszenie
sku teczności
powoduje
pogorszenie
sku teczności
skraplacza. Praktycznie przy t
skraplacza. Praktycznie przy t
w1
w1
=25 C nie
=25 C nie
można uzyskać przeciwciśnienia p
można uzyskać przeciwciśnienia p
2
2
= 5 kPa
= 5 kPa
nawet kosztem znacznego wzrostu wydatku
nawet kosztem znacznego wzrostu wydatku
i mocy pompy cyrkulacyjnej, co zresztą
i mocy pompy cyrkulacyjnej, co zresztą
byłoby w ogólnym bilansie energetycznym
byłoby w ogólnym bilansie energetycznym
nieopłacalne. Również zanieczyszczenie
nieopłacalne. Również zanieczyszczenie
rurek skraplacza /głównie po stronie wody/
rurek skraplacza /głównie po stronie wody/
poprzez zmniejszenie wymiany ciepła
poprzez zmniejszenie wymiany ciepła
wyrazi
się
pogorszeniem
próżni
w
wyrazi
się
pogorszeniem
próżni
w
skraplaczu i spadkiem mocy turbiny.
skraplaczu i spadkiem mocy turbiny.
Wartość próżni w skraplaczu,
Wartość próżni w skraplaczu,
wyznaczoną na podstawie przyjętego
wyznaczoną na podstawie przyjętego
rozumowania, należy potraktować jako
rozumowania, należy potraktować jako
teoretyczną, bowiem w rzeczywistych
teoretyczną, bowiem w rzeczywistych
warunkach do skraplacza dopływa
warunkach do skraplacza dopływa
wraz z parą również powietrze. Zatem
wraz z parą również powietrze. Zatem
ciśnienie całkowite w tym urządzeniu
ciśnienie całkowite w tym urządzeniu
jest sumę ciśnień udziałowych pary i
jest sumę ciśnień udziałowych pary i
powietrza.
powietrza.
Pod względem konstrukcyjnym instalacja
Pod względem konstrukcyjnym instalacja
chłodzenia skraplacza składa się z pomp
chłodzenia skraplacza składa się z pomp
cyrkulacyjnych, możliwie krótkich, o dużej
cyrkulacyjnych, możliwie krótkich, o dużej
średnicy
rurociągów
oraz
z
zasuw
średnicy
rurociągów
oraz
z
zasuw
odcinających.
W
siłowni
z
jednym
odcinających.
W
siłowni
z
jednym
turbozespołem stosuje się zwykle jedną
turbozespołem stosuje się zwykle jedną
pompę
z
możliwością
awaryjnego
pompę
z
możliwością
awaryjnego
wykorzystania
innej
pompy
o dużej
wykorzystania
innej
pompy
o dużej
wydajności, na przykład balastowej. Pompa
wydajności, na przykład balastowej. Pompa
cyrkulacyjna
charakteryzuje
się
dużą
cyrkulacyjna
charakteryzuje
się
dużą
wydajnością,
natomiast
niewielką
wydajnością,
natomiast
niewielką
wysokością tłoczenia 0,05÷0,10 MPa /ok.
wysokością tłoczenia 0,05÷0,10 MPa /ok.
5÷l0 m H20/. Z tego powodu stosuje się
5÷l0 m H20/. Z tego powodu stosuje się
głównie
pompy
osiowe.
Do
napędu
głównie
pompy
osiowe.
Do
napędu
wymagana jest znaczna moc rzędu 2% NeT,
wymagana jest znaczna moc rzędu 2% NeT,
a więc stanowi ona jedno z największych
a więc stanowi ona jedno z największych
pomocniczych zapotrzebowań mocy siłowni.
pomocniczych zapotrzebowań mocy siłowni.
Rys. 3 Instalacja chłodzenia z samoczynnym
Rys. 3 Instalacja chłodzenia z samoczynnym
przepływem wody morskiej przez skraplacz;
przepływem wody morskiej przez skraplacz;
1 -skraplacz,
1 -skraplacz,
2 - rezerwowa pompa cyrkulacyjna
2 - rezerwowa pompa cyrkulacyjna
Przepływ wody w rurach skraplaczy odbywa się z prędkością
Przepływ wody w rurach skraplaczy odbywa się z prędkością
l,5÷3 m/s. Ruch taki można uzyskać wykorzystując prędkość
l,5÷3 m/s. Ruch taki można uzyskać wykorzystując prędkość
statku przez odpowiednie usytuowanie kanałów /tak, aby
statku przez odpowiednie usytuowanie kanałów /tak, aby
uzyskać dynamiczny napływ wody/ oraz dbając o małe
uzyskać dynamiczny napływ wody/ oraz dbając o małe
opory przepływu /skraplacz jednoprzepływowy/. Podczas
opory przepływu /skraplacz jednoprzepływowy/. Podczas
manewrowania, jeździe z małą prędkością oraz w
manewrowania, jeździe z małą prędkością oraz w
podobnych przypadkach nie gwarantujących wymaganego
podobnych przypadkach nie gwarantujących wymaganego
chłodzenia skraplacza wykorzystuje się pompę rezerwową o
chłodzenia skraplacza wykorzystuje się pompę rezerwową o
wydajności około 30% zapotrzebowania przy pełnej mocy. W
wydajności około 30% zapotrzebowania przy pełnej mocy. W
tym celu pompa ta musi być odpowiednio zainstalowana na
tym celu pompa ta musi być odpowiednio zainstalowana na
przykład w rurociągu bocznikowym.
przykład w rurociągu bocznikowym.
INSTALACJA PRÓŻNIOWA
INSTALACJA PRÓŻNIOWA
Do skraplacza wraz z parą przedostaje
Do skraplacza wraz z parą przedostaje
się
również
powietrze.
Głównymi
się
również
powietrze.
Głównymi
przyczynami tego zjawiska są przecieki
przyczynami tego zjawiska są przecieki
przez uszczelnienia w części niskoprężnej
przez uszczelnienia w części niskoprężnej
turbiny, a także nieszczelności na
turbiny, a także nieszczelności na
kołnierzu łączącym skraplacz z turbiną
kołnierzu łączącym skraplacz z turbiną
lub w poszyciu skraplacza, czy tez źle
lub w poszyciu skraplacza, czy tez źle
odgazowana woda zasilająca.
odgazowana woda zasilająca.
Powietrze wywiera niekorzystny
Powietrze wywiera niekorzystny
wpływ na pracę całego
wpływ na pracę całego
turbozespołu, gdyż powoduje:
turbozespołu, gdyż powoduje:
•
wzrost ciśnienia w skraplaczu, przez co
wzrost ciśnienia w skraplaczu, przez co
następuje zmniejszenie spadku entalpii, a
następuje zmniejszenie spadku entalpii, a
więc i mocy turbiny,
więc i mocy turbiny,
•
pogorszenie wymiany ciepła w skraplaczu
pogorszenie wymiany ciepła w skraplaczu
zmniejszenie współczynnika przenikania
zmniejszenie współczynnika przenikania
ciepła, co tym bardziej pogarsza próżnię,
ciepła, co tym bardziej pogarsza próżnię,
•
przechłodzenie skroplin, co przyczynia się
przechłodzenie skroplin, co przyczynia się
zarówno do strat energetycznych, jak i do
zarówno do strat energetycznych, jak i do
niepożądanej wzmożonej rozpuszczalności
niepożądanej wzmożonej rozpuszczalności
gazów,
gazów,
Na skutek obecności powietrza
Na skutek obecności powietrza
ciśnienie całkowite staje się sumą
ciśnienie całkowite staje się sumą
ciśnienia udziałowego pary i
ciśnienia udziałowego pary i
powietrza:
powietrza:
P
s
= P
2
+P
pow
Gdzie :
Gdzie :
•
P
P
2
2
- ciśnienie teoretyczne w
- ciśnienie teoretyczne w
skraplaczu
skraplaczu
•
P
P
pow
pow
- 1÷1,5 kPa - ciśnienie udziałowe
- 1÷1,5 kPa - ciśnienie udziałowe
powietrza
powietrza
W celu niedopuszczenia, a raczej
W celu niedopuszczenia, a raczej
ograniczania
tego
niekorzystnego
ograniczania
tego
niekorzystnego
zjawiska, powietrze musi być skutecznie
zjawiska, powietrze musi być skutecznie
odprowadzane
ze
skraplacza
do
odprowadzane
ze
skraplacza
do
atmosfery, do czego służy instalacja
atmosfery, do czego służy instalacja
próżniowa. Należy zwrócić uwagę, że jej
próżniowa. Należy zwrócić uwagę, że jej
celem nie jest wytwarzanie próżni, jak
celem nie jest wytwarzanie próżni, jak
to może sugerować słownictwo, lecz
to może sugerować słownictwo, lecz
podtrzymywanie, poprawianie próżni.
podtrzymywanie, poprawianie próżni.
Rys. 4 Schemat instalacji próżniowej
Rys. 4 Schemat instalacji próżniowej
Do odprowadzania powietrza służą pompy strumieniowe zwane
Do odprowadzania powietrza służą pompy strumieniowe zwane
smoczkami próżniowymi. Zwykle jest to układ dwu- lub trzystopniowy z
smoczkami próżniowymi. Zwykle jest to układ dwu- lub trzystopniowy z
własnym skraplaczem pary . Powietrze zasysane z sekcji rurek
własnym skraplaczem pary . Powietrze zasysane z sekcji rurek
chłodnicy powietrza w skraplaczu sprężane jest w pierwszym stopniu
chłodnicy powietrza w skraplaczu sprężane jest w pierwszym stopniu
smoczków do ciśnienia około 0,025 MPa i po ochłodzeniu w pierwszej
smoczków do ciśnienia około 0,025 MPa i po ochłodzeniu w pierwszej
sekcji chłodnicy sprężane w drugim stopniu do ciśnienia
sekcji chłodnicy sprężane w drugim stopniu do ciśnienia
atmosferycznego. Para zasilająca układ smoczków jest parą
atmosferycznego. Para zasilająca układ smoczków jest parą
pomocniczą przegrzaną, zaś czynnikiem chłodzącym są skropliny
pomocniczą przegrzaną, zaś czynnikiem chłodzącym są skropliny
główne. W ten sposób chłodnica smoczków stanowi pierwszy
główne. W ten sposób chłodnica smoczków stanowi pierwszy
wymiennik ciepła na linii skroplin, w którym podgrzewają się one od
wymiennik ciepła na linii skroplin, w którym podgrzewają się one od
temperatury około 30º C panującej w skraplaczu o 15÷20°C. Skropliny
temperatury około 30º C panującej w skraplaczu o 15÷20°C. Skropliny
pary z pierwszej, podciśnieniowej sekcji chłodnicy są odprowadzane do
pary z pierwszej, podciśnieniowej sekcji chłodnicy są odprowadzane do
skraplacza, zaś z drugiej do zbiornika odwodnień. W nowoczesnych
skraplacza, zaś z drugiej do zbiornika odwodnień. W nowoczesnych
instalacjach próżniowych stosowane są również pompy wirnikowe
instalacjach próżniowych stosowane są również pompy wirnikowe
wyporowe. Przyjmuje się, że w instalacjach turbinowych należy
wyporowe. Przyjmuje się, że w instalacjach turbinowych należy
odprowadzić 0,1÷0,3 kg powietrza na każdą t/h skraplanej pary.
odprowadzić 0,1÷0,3 kg powietrza na każdą t/h skraplanej pary.
Zużycie pary przez smoczki próżniowe wynosi 10÷12 kg pary/kg
Zużycie pary przez smoczki próżniowe wynosi 10÷12 kg pary/kg
powietrza.
powietrza.