Δt - średnia logarytmiczna różnica temperatur w °C.

Zmniejszenie wydajności wyparownika następuje nie tylko na skutek zmniejszenia się różnicy temperatur, ale również jest spowodowana zmniejszeniem współczynnika przejmowania ciepła α₂, który jest zależny od gęstości strumienia ciepła. Wpływ ciśnienia odparowania na wydajność i pozostałe parametry pracy in­stalacji wyparownikowej ilustruje przykładowa charakterystyka wyparownika (rysunek 12).

Rys.12 Przykładowa charakterystyka wyparownika podciśnieniowego.

Jak widać z załączonego wy­kresu, ze wzrostem ciśnienia w skraplaczu, a więc pogarsza­jącej się próżni, wydajność wyparownika D maleje. Ponieważ w czasie pomiarów nie zmienia­no natężeń przepływu wody grzewczej i wody chłodzącej skraplacz, również różnice temperatur obu tych czynników zmniejszają się ze wzrostem ciśnienia.

Przechłodzenie skro­plin określone różnicą tempe­ratur t₃ - t₂ wzrastało również wraz ze wzrostem ciśnie­nia, ponieważ próżnia była regulowana przez zmianę ilości powietrza przenikającego do skraplacza. Czynnikami wpływa­jącymi na wielkość próżni uzy­skiwanej w skraplaczu są:

1) natężenie przepływu wody chłodzącej skraplacz i jej temperatura;

2) ilość powietrza przenikają­cego do skraplacza i wy­dajność pompy próżniowej;

3) zanieczyszczenie powierz­chni wymiany ciepła skrap­lacza.

Wpływ natężenia przepływu wody chłodzącej skraplacz i jej temperatury pokazuje wykres na rysunku 13.

Rys.13 Wpływ natężenia przepływu wody chłodzącej skraplacz i jej

temperatury na wielkość próżni w skraplaczu.

Przedstawia on teoretycznie możliwe do uzyskania ciś­nienie w skraplaczu dla różnych temperatur dolotowych wody chłodzą­cej i różnych wartości wielokrotności chłodzenia. W wyparownikach ogrzewanych wodą chłodzącą silnik główny, stosowane są stosunkowo wysokie wielo­krotności chłodzenia rzę­du 100 do 150 z uwagi na zapewnienie dużych próżni warunkujących wydajność wyparownika również i w wa­runkach pływania w strefie tropikalnej. Warto zauwa­żyć, że zwiększenie wielo­krotności chłodzenia celem zwiększenia próżni jest znacznie skuteczniejsze przy wysokich temperatu­rach wody zaburtowej niż przy niskich temperatu­rach. W eksploatacji i tych urządzeń nie można jednak stosować tego sposobu „po­prawiania" próżni bez ograniczeń, ponieważ przy zbyt dużych prędkościach wody chłodzącej w rurkach skraplacza powstaje nie­bezpieczeństwo ich erozji. Z tego też powodu instruk­cje eksploatacyjne okreś­lają minimalną wartość przyrostu temperatury wody

chłodzącej skraplacz. Przy nominalnej wydajności wyparownika ten przyrost temperatury nie powinien być mniejszy niż 3°C. Pogorszenie próżni może być również spowodowane obecnością powietrza w części wodnej skraplacza. W takim przypadku część powierzchni wymiany ciep­ła nie jest opływana przez wodę chłodzącą i tym samym nie bierze udziału w odprowadzaniu ciepła. Aby uniknąć tego rodzaju zaburzeń w pracy, należy zawsze przy uruchamianiu wyparownika starannie od­powietrzyć system chłodzenia skraplacza.

Najczęściej stosowaną w eksploatacji przyczyną niedostatecznej próżni stanowią zwiększone ilości powietrza przenikającego do skrap­lacza. Powietrze dostaje się do wyparownika wraz z wodą morską zasi­lającą wyparownik oraz przez nieszczelności różnych połączeń, dławnice itp. Przy wrzeniu wody rozpuszczone w wodzie powietrze i inne gazy (C0₂) wydzielają się wraz z parą i przepływają do skraplacza, skąd są usuwane pompą próżniową. Przy określonej temperaturze i na­tężeniu przepływu wody chłodzącej ciśnienie w skraplaczu utrzymuje się na stałym poziomie tak długo, jak długo objętościowa wydajność pompy próżniowej jest większa lub równa objętościowemu natężeniu prze­pływu powietrza przenikającego do skraplacza. Przy zwiększonych nie­szczelnościach ilość przenikającego powietrza wzrasta i w wyparowniku następuje stopniowy wzrost ciśnienia aż do momentu gdy objętoś­ciowe natężenie przepływu powietrza zrówna się z wydajnością objęto­ściową pompy próżniowej. Warto przy tym zauważyć, że ilość powietrza przenikającego do skraplacza, pomijając powietrze i gazy rozpuszczo­ne w wodzie zasilającej wyparownik, zależy tylko od wielkości, nie­szczelności, a nie zależy od aktualnego ciśnienia w skraplaczu, po­nieważ stosunek ciśnienia w wyparowniku do ciśnienia atmosferycznego jest mniejszy od stosunku krytycznego. Przy określonych nieszczelno­ściach i wzroście ciśnienia w wyparowniku ciężarowe natężenie prze­pływu przenikającego powietrza pozostaje bez zmiany, natomiast zmniej­sza się objętościowe natężenie przepływu na skutek zmniejszenia się objętości właściwej powietrza.

Zapewnienie dostatecznej szczelności instalacji wyparownikowej jest zatem jednym z podstawowych zadań obsługi. W okrętowych insta­lacjach wyparownikowych na statkach motorowych jako pompy próżniowe stosowane są często wodne pompy strumieniowe. Należy wówczas pamię­tać, że prawidłowe ich działanie jest ściśle uzależnione od właści­wego ciśnienia i temperatury wody roboczej. Przy zbyt małej ilości wody roboczej (niskim ciśnieniu) i zbyt wysokiej temperaturze wody ich wydajność zmniejsza się i tym samym pogarsza się próżnia w wyparowniku.

Przyczyną pogorszenia się próżni może być także zalanie części powierzchni wymiany ciepła przez skropliny, co jest spowodo­wane najczęściej zbyt małą wydajnością pompy odprowadzającej desty­lat.

Ostatnim czynnikiem wpływającym na wielkość próżni jest wreszcie stan zanieczyszczenia powierzchni wymiany ciepła. Zmniejszenie współ­czynnika przenikania ciepła daje w efekcie zmniejszenie odprowadza­nia ciepła i tym samym całkowita ilość wytworzonej w wyparowniku pa­ry nie może zostać skroplona. Bezpośrednim skutkiem tego jest wzrost ciśnienia w skraplaczu. Aby uniknąć zbyt szybkiego zanieczyszczenia się rurek skraplacza od strony wody chłodzącej, należy unikać prze­pływu wody chłodzącej przez skraplacz przy postoju wyparownika szcze­gólnie wtedy, gdy statek płynie w pobliżu brzegów i ujść rzek.

4.3 Wpływ zanieczyszczenia powierzchni wymiany ciepła.

Zanieczyszczenie powierzchni wymiany ciepła osadami powstającymi przede wszystkim od strony wody morskiej powoduje znaczne zmniejsze­nie wydajności wyparownika. Aby wyjaśnić to zjawisko i określić je orientacyjnie od strony ilościowej rozpatrzmy najpierw, jaki jest wpływ zanieczyszczeń na współczynnik przenikania ciepła k wyrażony w [W/m² K], od którego bezpośrednio zależna jest wartość strumie­nia ciepła zgodnie z równaniem.

Q = k·F·t_m

Wpływ ten możemy określić w pierwszym przybliżeniu wartością współczynnika

ϕ =

gdzie:

k - współczynnik przenikania ciepła przy zanieczyszczonej ściance w [W/m²K], k₀ - współczynnik przenikania ciepła dla czystej ścianki w [W/m²K]

zakładając, że w obu rozpatrywanych przypadkach opory cieplne
,
i
są takie same. Dla czystej ścianki współczynnik k₀ określony jest zależnością

k₀ =

natomiast przy zanieczyszczeniu ścianki osadami o grubości δ_z i współczynniku przewodnictwa cieplnego λ_z współczynnik k będzie mniejszy i wyrazi się wzorem:

k =

Podstawiając obie te wartości do wzoru otrzymamy:

ϕ =

Z wzoru tego wynika, że względna zmiana współczynnika przenikania ciepła zależna jest od grubości osadu jego przewodnictwa cieplnego i wartości współczynnika przenikania ciepła dla czystej ścianki k₀.

Zależność współczynnika ϕ od wartości k₀ prowadzi do bardzo istot­nego wniosku, że względna zmiana wydajności wyparownika przy iden­tycznych zanieczyszczeniach zależy od wartości współczynnika przeni­kania ciepła dla czystej ścianki k₀.

Wpływ osadów na wydajność wyparownika jest zatem tym większy, czym większa jest gęstość strumienia ciepła.

W warunkach rzeczywistej eksploatacji zjawisko zmniejszania wy­dajności nie jest spowodowane wyłącznie zwiększeniem całkowitego oporu cieplnego o opory cieplne osadów. Ze zmniejszaniem się stru­mienia cieplnego zwiększają się również opory przejmowania ciepła od strony wrzącej cieczy
, co powoduje jeszcze większy spadek wydajności urządzenia. Dla wyparowników ogrzewanych wodą spadek ten jest nieznacznie kompensowany zwiększeniem się różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem grzewczym a odparowywanym roztworem przy założe­niu, że temperatura wlotu wody grzewczej i jej natężenie przepływu nie zostanie zmieniona.

5. Wpływ różnych czynników eksploatacyjnych na zasolenie produkowanej wody, słodkiej i jej kontrola

O wielkości zasolenia wody słodkiej produkowanej przez wyparownik decyduje ilość cząstek cieczy porwanej z parą, stężenie odparowywa­nego roztworu oraz skuteczność działania separatora pary. Wszystkie czynniki, sprzyjające porywaniu cząstek cieczy jak i wzrostowi stę­żenia, będą zatem pogarszały jakość uzyskiwanej wody słodkiej. Ilość cząstek cieczy porywanych z parą przy wrzeniu cieczy rośnie ze wzro­stem t zw. natężenia przestrzeni parowej R_v określonej wzorem:

R_v =

gdzie: R_v - natężenie przestrzeni parowej w [m³ /hm³],

D - objętościowa wydajność wyparownika w [m³ /h],

V - objętość przestrzeni parowej w [m³].

Z wzoru tego wynika, że zarówno wzrost wydajności objętościowej wy­parownika D jak i zmniejszenie objętości przestrzeni parowej V po­wodują wzrost ilości porywanych cząstek cieczy, co najczęściej po­ciąga za sobą wzrost zasolenia produkowanej wody. Wzrost objętościo­wej wydajności wyparownika może być wynikiem zwiększenia doprowadza­nego strumienia ciepła, a więc intensywniejszego, odparowania jak również powiększenia objętości właściwej produkowanej pary. Oznacza to, że zarówno zwiększanie wydajności wyparownika ponad pewną wydajność jak i jego eksploatowanie przy zbyt niskim ciśnieniu (zbyt dużej próżni ) łączy się zawsze ze zwiększonym zasoleniem uzyskiwanego destylatu.

Zbyt niskie ciśnienie w wyparowniku uzyskuje się przy niskiej temperaturze wody zaburtowej. W takich warunkach pracy wyparownika zaleca się nieco otworzyć zawór odpowietrzający na wyparow­niku i tym sposobem uzyskać ciśnienie określone instrukcją eksploa­tacyjną. Gdyby ciśnienie w wyparowniku nadmiernie wzrosło, należy z powrotem przymknąć zawór odpowietrzający. Podobnie na zasolenie wo­dy słodkiej wpływa zbyt wysoki poziom wody w wyparowniku powodujący zmniejszenie objętości przestrzeni parowej. Stan taki może być spo­wodowany np. zmniejszoną wydajnością pompy solankowej lub zbyt dużą ilością wody zasilającej wyparownik.

Drugim czynnikiem zwiększającym zasolenie wody słodkiej jest, jak już wspomniano, wzrost stężenia odparowywanej cieczy powodujący rów­nież przyspieszenie powstawania osadów.

Wzrost stężenia występuje w przypadku zbyt dużej wydajności wyparownika, zbyt małej ilości wo­dy doprowadzanej, jak również przy dużym zasoleniu wody morskiej. W takim przypadku zależnie od przyczyny zaleca się zmniejszenie wy­dajności wyparownika przez zmniejszenie natężenia przepływu wody grzewczej lub wyregulowanie przepływu wody doprowadzanej do wyparow­nika w ten sposób, by zachowana była właściwa dla danego typu wy­parownika proporcja pomiędzy ilością produkowanej wody słodkiej (wy­dajnością wyparownika) a ilością doprowadzanej wody morskiej. Zale­cane wartości stosunku

gdzie:

D - wydajność wyparownika w [kG/h]

W - natężenie przepływu wody morskiej zasilającej wyparownik w [kG/h]

Wartość tego stosunku (w granicach 0,20 ÷ 0,25) powinna być ciągle kontrolowana w czasie eksploatacji przez odczytywanie wskazań przepływomierzy zainstalowanych w tym celu.

6. Wyparownik ALFA-LAVAL typ JWP- 26- C100. [5,6]

Wyparownik ALFA-LAVAL typ JWP- 26- C100 jest to wyparownik podciśnieniowy, płytowy, zasilany wodą odpadową silnika głównego.

Charakterystyka techniczna wyparownika:

Wydajność: 25t/24h

Ciśnienie odparowania: 650 mmHg (85%próżni)

Temperatura odparowania: 54°C

Natężenie przepływu wody grzewczej: 54m³/h

Temperatura wody grzewczej: 75°C÷80°C

Natężenie przepływu wody chłodzącej skraplacz i zasilającej pompę eżektorową: 62m³/h

Maksymalna temperatura wody chłodzącej: 32°C

Maksymalne zasolenie: 1,5 ppm

Wyparownik Alfa-Laval typ JWP- 26- C100 charakteryzuje się bardzo zwartą konstrukcją. W cylindrycznym kadłubie 10 wykonanym z blachy stalowej umieszczone są dwa płytowe wymienniki ciepła. Dolny stanowi podgrzewacz 45, górny natomiast tworzy skraplacz pary wtórnej 52 (na rysunkach 14a ÷ 14d przedstawiony wyparownik w kilku rzutach). Po częściowym odparowaniu wody zasilającej, para wraz z solanką przepływa do komory dolnej wyparownika. Solanka spływa do dolnej części wyparownika, skąd usuwana jest poprzez króciec 6, para wtórna natomiast przepływa przez osuszacz 51, w którym usuwane są porwane przez nią krople wody słonej.

Rys.14a Przekrój wyparownika firmy Alfa-Laval typ JWP- 26- C100.

Rys.14b Widok „z boku” wyparownika firmy Alfa-Laval typ JWP- 26- C100.

1

36

---