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.