Evaporatör (deniz) - Evaporator (marine)

Belfast'ın buharlaştırıcılarından biri. Yalıtım battaniyeleri ile sarılır ve ayrıca tamamen gizlenir.
HMS  Belfast'taki bu buhar evaporatörü , kazan ve içme için saatte altı tona kadar tatlı su damıttı.

Bir buharlaştırıcı , distile veya damıtılması cihazı taze üretilmesi için kullanılan geminin bir ekipman parçası içme suyu gelen deniz suyu ile damıtma . Tatlı su hacimli olduğundan, depoda bozulabileceğinden ve herhangi bir uzun yolculuk için gerekli bir kaynak olduğundan, okyanus ortasında daha fazla tatlı su üretme yeteneği herhangi bir gemi için önemlidir.

Yelkenli gemilerde erken evaporatörler

Bir fotoğrafın temel şeması.

Damıtıcılar genellikle buhar gemileriyle ilişkilendirilse de , kullanımları bundan daha eskidir. Deniz suyundan tatlı su elde etmek teorik olarak basit bir sistemdir ve pratikte birçok zorluk ortaya çıkarmıştır. Günümüzde çok sayıda etkili yöntem olmasına rağmen, erken tuzdan arındırma çabalarının verimi düşüktü ve çoğu zaman içme suyu üretemiyordu.

İlk başta, yalnızca daha büyük savaş gemileri ve bazı keşif gemileri damıtma aparatı ile donatıldı: bir savaş gemisinin büyük mürettebatı, doğal olarak, önceden gemiye koyabileceklerinden daha fazla suya ihtiyaç duyuyordu. Yük gemileri, daha küçük ekipleriyle sadece erzaklarını yanlarında taşıyorlardı. Belgelenmiş sistemlerin bir seçimi aşağıdaki gibidir:

  • 1539. Blasco de Garay .
  • 1560. "Jornada de Los Gelves".
  • 1578. Martin Frobisher . Bazı yazarlara göre, donmuş deniz suyundan tatlı su elde edilmiştir.
  • 1717. Nantes'tan bir doktor olan M. Gauthier, bir damıtma cihazı önerdi (geminin sallanmasıyla denizde iyi çalışmıyor).
  • 1763. Poissonier. Bir karşı akım su kondansatörü uygulandı.
  • 1771. İngiliz Kraliyet Donanması tarafından benimsenen Dr. Charles Irving yöntemi .
  • 1771. Cook'un Pasifik keşif gemisi HMS  Resolution , bir damıtıcı taşıdı ve şunları kontrol etmek için testler yaptı: kömür tüketimine karşı üretilen tatlı su miktarı.
  • 1783. Louis Antoine de Bougainville .
  • 1805. Nelson sitesindeki HMS  Victory onun aparatı damıtılması ile monte edilmiştir Gale .
  • 1817. Louis Claude de Saulces de Freycinet .
  • 1821. Katalan Joan Jordana i Elias tarafından sürekli proseste aiguardente damıtmak için bir aparatın detaylarının yayınlanması . Bu hala öncekilere göre birçok avantaja sahipti ve Katalonya'da hızla benimsendi .

Kazan besleme suyu

Deniz buhar motorunun gelişmesiyle birlikte, kazanları da sürekli bir besleme suyu kaynağı gerektiriyordu .

İlk kazanlar deniz suyunu doğrudan kullanıyordu, ancak bu tuzlu su ve kireç oluşumuyla ilgili sorunlara yol açtı . Besleme suyunun korunmasının yanı sıra verimlilik için, deniz motorları genellikle motorları yoğunlaştırır . 1865'e gelindiğinde, geliştirilmiş bir yüzey kondansatörünün kullanılması, tatlı su beslemesinin kullanılmasına izin verdi, çünkü artık gerekli olan ilave besleme suyu, kazandan geçen toplam miktar yerine kayıpları telafi etmek için gereken sadece küçük bir miktardı. Buna rağmen, büyük bir savaş gemisi, tam güç altındayken, besleme suyu sistemine günde 100 tona kadar tatlı su takviyesi gerektirebilir. Kazan korozyonunu daha da azaltmak için besleme suyunun havasının alınmasına da dikkat edildi .

Bu sırada kazan besleme suyu için damıtma sistemi , kısmen onu içme suyu için kullanılan ayrı bir sistemden veya damıtıcıdan ayırmak için genellikle bir evaporatör olarak adlandırıldı . Besleme suyu sistemindeki yağlı yağlayıcılardan kaynaklanan kirlenme sorunu ve daha büyük gemilerde gereken çok farklı kapasiteler nedeniyle, özellikle erken sistemlerde ayrı sistemler sıklıkla kullanıldı. Zamanla, iki işlev birleştirildi ve iki terim, sistemin ayrı bileşenlerine uygulandı.

İçilebilir su damıtıcıları

Kazan buharının damıtılmasıyla ilk su temini, erken kanatlı vapurlarda ortaya çıktı ve su sıçramasıyla soğutulan kanatlı kutularda basit bir demir kutu kullandı. Doğrudan kazandan buhar beslemesi, motordan ve yağlayıcılardan kaçınarak onlara yönlendirildi. Gövde motoru gibi motorların silindirlerinin etrafındaki buharlı ısıtma ceketlerinin geliştirilmesiyle , yine yağlanmamış bu kaynaktan çıkan egzoz yoğuşabilir.

Evaporatörler

Kombine tedarik

Olimpiyat gömlekleri için iki buharlaştırıcı , 1910

Ana kazandan ayrı bir su kaynağı kaynatan ilk damıtma tesisleri 1867 civarında ortaya çıktı. Bunlar doğrudan bir alevle ısıtılmadı, ancak bir buhar tamburu veya evaporatör içindeki bobinler aracılığıyla ana kazan buharını kullanan bir birincil buhar devresine sahipti . Bu kaptan gelen damıtık daha sonra bitişik bir kaba, damıtma kondansatörüne geçti . Bu evaporatörler, kazan devresindeki kirli su yerine doğrudan 'temiz' deniz suyu kaynağı kullandıklarından, hem besleme suyu hem de içme suyu sağlamak için kullanılabilirler. Bu çift ​​damıtıcı 1884 civarında ortaya çıktı. Arızaya karşı güvenlik için, en küçüğü dışındaki gemilere iki set takıldı.

Vakum evaporatörleri

Evaporatörler, üretilen tatlı su miktarına göre çok miktarda buhar ve dolayısıyla yakıt tüketir. Ana motor kondansatörleri tarafından sağlanan kısmi vakumda çalıştırılarak verimlilikleri artırılır. Modern dizelle çalışan gemilerde, bu vakum , genellikle tuzlu su pompasının çıktısıyla çalışan bir ejektör tarafından üretilebilir . Vakum altında çalışmak ayrıca deniz suyunu kaynatmak için gereken sıcaklığı düşürür ve böylece evaporatörlerin dizel soğutma sisteminden daha düşük sıcaklıktaki atık ısı ile kullanılmasına izin verir.

ölçek

Bir evaporatörle ilgili en büyük operasyonel sorunlardan biri kireç oluşumudur . Tasarımı, bunu azaltmak ve temizliğini mümkün olduğunca etkili hale getirmek için tasarlanmıştır. Weir ve Admiralty tarafından geliştirilen olağan tasarım, alt kısımda buhar taşıyan boğulmuş bobinler tarafından ısıtılan dikey silindirik bir tambur içindir . Tamamen su altında kaldıkları için, su hattı çevresinde kireç oluşumu için en aktif bölgeden kaçınırlar. Her bobin düz bir düzlemde bir veya iki spiralden oluşur. Her bobin, evaporatörün yan tarafından ayrı boru bağlantıları ile sabitlenerek temizlik için kolayca çıkarılır. Bobinlerin çıkarılmasına veya değiştirilmesine izin veren büyük bir kapı da sağlanmıştır. Temizlik mekanik olarak, manuel ölçekleme çekici ile yapılabilir. Bu, aynı zamanda, en ufak bir oyuklaşma, kireç veya korozyon için bir çekirdek görevi görme eğiliminde olduğundan, tüplere mekanik hasar verme riski taşır. Isıl şokla, soğutma suyu olmadan serpantinlerden buhar geçirerek veya serpantinleri ısıtarak ve ardından soğuk deniz suyu vererek ışık pullanmalarını serbest bırakmak da yaygın bir uygulamadır. 1957'de, eski bir ağır kruvazör olan HMS  Cumberland adlı deneme gemisi , rijit olmayan ısıtma bobinlerinin hizmette sürekli olarak esnediği ve böylece bir ölçek oluşturduğu anda ölçeği serbest bıraktığı 'esnek eleman' damıtıcısının ilk testleri için kullanıldı. sert tabaka.

Deniz suyunun bariz tuzluluğuna rağmen, tuz doygunluk konsantrasyonuna ulaşana kadar çökelme için bir sorun oluşturmaz . Bu, deniz suyunun yaklaşık yedi katı olduğundan ve evaporatörler sadece iki buçuk katı konsantrasyonda çalıştırıldığından, bu hizmette bir sorun değildir.

Ölçekleme için daha büyük bir problem, kalsiyum sülfatın birikmesidir . Bu bileşiğin doyma noktası, 60 °C'nin (140 °F) üzerindeki sıcaklıkla azalır, böylece yaklaşık 90 °C'den (194 °F) başlayarak sert ve inatçı bir tortu oluşur.

Kireç oluşumunu daha fazla kontrol etmek için , deniz suyu beslemesine otomatik olarak zayıf bir sitrik asit çözeltisi enjekte etmek için ekipman sağlanabilir . Oran, deniz suyunun ağırlığına göre 1:1350'dir.

Bileşik buharlaştırıcılar

Daha fazla bilgi: Çoklu etkili buharlaştırıcı

Bir evaporatörün çalıştırılması, ana kazan buharının, dolayısıyla yakıtın maliyetli bir tüketimini temsil eder. Bir savaş gemisi için evaporatörler, nadiren gerekli olsa da, gerektiğinde kazanları sürekli tam güçte beslemeye yeterli olmalıdır. Evaporatör çalışır ve besleme suyunun bu şekilde kaynama noktası için üretim optimize edebilir altında vakum değişen ya da bir zamanda ihtiyaç bağlı olan maksimum çıkış, ya da daha iyi etkinlik. En büyük çıktı, buharlaştırıcı atmosfer basıncına yakın ve yüksek bir sıcaklıkta ( doymuş buhar için bu 100 °C'lik bir sınırda olacaktır) çalıştığında elde edilir , bu daha sonra sağlanan her bir kg buhar için 0,87 kg besleme suyu verimine sahip olabilir. .

Kondenser vakumu maksimum değerine yükseltilirse, evaporatör sıcaklığı yaklaşık 72 °C'ye düşürülebilir. Üretim artık önceki maksimum değerin %86'sı ile sınırlandırılmış olmasına rağmen, üretilen besleme suyunun kütlesi tedarik edilen buharın kütlesine neredeyse eşit olana kadar verimlilik artar.

Evaporatörler genellikle iki evaporatörün tek bir damıtıcıya bağlandığı bir set olarak kurulur. Güvenilirlik için, büyük gemilerde bu setlerden bir çift olacaktır. Maksimum veya en verimli üretim için bu evaporatör setlerini paralel veya seri olarak düzenlemek mümkündür. Bu, iki buharlaştırıcıyı, birincisi atmosferik basınçta ve yüksek sıcaklıkta (maksimum çıkış durumu) çalışacak şekilde düzenler, ancak daha sonra, maksimum vakum ve düşük sıcaklıkta (maksimum verimlilik) çalışan ikinci bir buharlaştırıcıyı çalıştırmak için birinci buharlaştırıcıdan elde edilen sıcak çıktıyı kullanır. durum). Besleme suyunun toplam çıktısı, ilk sağlanan buharın ağırlığını %160'a kadar aşabilir . Ancak kapasite, maksimumun %72'sine düşürülür.

Evaporatör pompaları

Bir buharlaştırıcıdaki buharlaşmamış deniz suyu kademeli olarak konsantre tuzlu su haline gelir ve deniz suyu beslemeli ilk buhar kazanları gibi, bu tuzlu su her altı ila sekiz saatte bir aralıklı olarak üflenmeli ve denize boşaltılmalıdır. İlk buharlaştırıcılar basitçe yükseğe monte edildi ve tuzlu sularını yerçekimi ile boşalttı. Yüzey kondansatörlerinin artan karmaşıklığı daha iyi besleme suyu kalitesi gerektirdiğinden, bir pompa evaporatör ekipmanının bir parçası haline geldi. Bu pompanın deniz suyu besleme pompası, tatlı su dağıtım pompası ve tuzlu su çıkarma pompası olarak her biri giderek daha küçük kapasiteye sahip üç birleşik işlevi vardı. Tuzlu su tuzluluğu, evaporatör verimliliğinde önemli bir faktördü: çok yoğun kireç oluşumunu teşvik ediyordu, ancak çok azı ısıtılmış deniz suyunun israfını temsil ediyordu. Böylece optimum işletim tuzluluğu deniz suyununkinin üç katı olarak sabitlendi ve bu nedenle tuzlu su pompası toplam besleme suyu tedarik oranının en az üçte birini çıkarmak zorunda kaldı. Bu pompalar, halihazırda hizmette olan buharla çalışan pistonlu besleme suyu pompalarına benziyordu . Genellikle G & J Weir gibi tanınmış yapımcılar tarafından üretildiler . Dikey ve yatay pompalar kullanıldı, ancak besleme suyunun havasının alınmasını teşvik ettikleri için yatay pompalar tercih edildi. Elektrikle çalışan döner santrifüj pompalar daha sonra daha verimli ve daha güvenilir olarak kabul edildi. Bu buharlaştırıcının vakum karşı tuzlu pompalama yeteneğine sahip olup olmadığı başlangıç endişeler bulunmaktadır ve bu yüzden, bir bir geçiş türü de orada sonsuz dişli -Bunlardan dalgıç pompa tuzlu döner milden tahrik edildi.

Flaş damıtıcılar

Daha fazla bilgi: Çok aşamalı flaş damıtma

Deniz buharlaştırıcısının daha sonraki bir biçimi flaş damıtıcıdır. Isıtılmış deniz suyu, bir vakum odasına pompalanır ve burada saf su buharına 'yanıp söner'. Bu daha sonra daha fazla kullanım için yoğunlaştırılır.

Vakum kullanımı buhar basıncını azalttığından, deniz suyunun yalnızca 77 °C (171 °F) sıcaklığa yükseltilmesi gerekir. Çoğu tesis, seri olarak çalışan birleştirilmiş iki oda kullanmasına rağmen, hem evaporatör hem de damıtıcı tek bir oda içinde birleştirilir. İlk oda 23,5  inHg (80  kPa ) vakumda, ikincisi 26-27 inHg (88-91 kPa) vakumda çalışır. Deniz suyu, damıtıcıya bir pompa ile inç kare başına yaklaşık 20 pound (140 kPa) ile sağlanır. Soğuk deniz suyu, harici bir besleme suyu ısıtıcısında buharla ısıtılmadan önce her bölmenin üst kısmındaki bir yoğunlaştırıcı bobinden geçer. Isınan deniz suyu birinci bölmenin alt kısmına girer, daha sonra bir bent üzerinden akar ve aralarındaki diferansiyel vakum tarafından teşvik edilen ikinci bölmeye geçer. Bir flaş damıtıcı tarafından üretilen tuzlu su sadece biraz konsantredir ve sürekli olarak denize pompalanır.

Tatlı su buharı haznelerden yükselir ve deniz suyu bobinleri tarafından yoğunlaştırılır. Bölmeler ve toplama tepsileri bu suyu haznenin üst kısmında tutar. Vakum, buhar ejektörleri tarafından korunur.

Flaş damıtıcının bileşik buharlaştırıcıya göre avantajı, sağlanan ısı açısından daha yüksek işletme verimliliğidir. Bunun nedeni vakum altında çalışma, dolayısıyla düşük sıcaklık ve ayrıca deniz suyu beslemesini önceden ısıtmak için kondenser bobinlerinin rejeneratif kullanımıdır.

Flaş damıtıcının bir sınırlaması, deniz suyu giriş sıcaklığına duyarlılığıdır, çünkü bu, kondenser bobinlerinin verimliliğini etkiler. Tropikal sularda, etkili yoğuşmayı sürdürmek için damıtıcı akış hızı kısılmalıdır. Bu sistemler daha modern olduğu için genellikle bir elektrikli salinometre ve bir dereceye kadar otomatik kontrol ile donatılmıştır.

Buhar sıkıştırmalı damıtıcılar

Denizaltının makine dairesine yerleştirilmiş buhar sıkıştırmalı distilatör. Silindirik bir tamburlu su kabı, kompresörü ve onun üzerinde kayış tahrikli elektrik motorunu taşır.
WW2 denizaltısı USS  Pampanito'nun (SS-383) makine dairesindeki iki buhar sıkıştırmalı damıtıcıdan biri 
Daha fazla bilgi: Buhar sıkıştırmalı tuzdan arındırma

Dizel motorlu gemiler , ana tahrik sistemlerinin bir parçası olarak buhar kazanlarını kullanmazlar ve bu nedenle evaporatörleri çalıştırmak için mevcut buhar kaynaklarına sahip olmayabilirler. Bazıları, bunun gibi tahrik dışı görevler için yardımcı kazanlar kullandıkları için yapar. Bu tür kazanlar , motor egzozu tarafından ısıtılan ısı geri kazanımlı kazanlar bile olabilir .

Yeterli buhar kaynağının bulunmadığı durumlarda, bunun yerine bir buhar sıkıştırmalı distilatör kullanılır. Bu, mekanik olarak, elektrikle veya kendi dizel motoruyla tahrik edilir.

Deniz suyu, bir ısıtma bobini tarafından kaynatıldığı bir buharlaştırıcıya pompalanır. Üretilen buhar daha sonra sıkıştırılarak sıcaklığını yükseltir. Bu ısıtılan buhar, evaporatör bobinlerini ısıtmak için kullanılır. Batarya çıkışından gelen yoğuşma, tatlı su beslemesini sağlar. Döngüyü başlatmak için, ilk su kaynağını ısıtmak için bir elektrikli ön ısıtıcı kullanılır. Tesise ana enerji girişi ısı enerjisi olarak değil, kompresörün mekanik olarak çalıştırılmasındadır.

Evaporatörden gelen hem tatlı su üretimi hem de atık tuzlu su bir çıkış soğutucusundan geçirilir. Bu , giriş deniz suyu ile bir ısı eşanjörü görevi görür ve verimliliği artırmak için onu önceden ısıtır. Tesis tasarımına göre düşük basınçta veya hafif vakumda çalışabilir. Evaporatör vakum altında değil basınçta çalıştığından kaynama şiddetli olabilir. Doldurma ve tuzlu suyun buhara taşınması riskini önlemek için , evaporatör bir kabarcıklı kapaklı ayırıcı ile bölünür .

denizaltılar

Buhar sıkıştırmalı distilatörler 2. Dünya Savaşı'ndan kısa bir süre önce ABD denizaltılarına kuruldu. Dizel motor egzoz ısısından çalışan evaporatörlerle erken girişimlerde bulunulmuştu, ancak bunlar yalnızca denizaltı yüzeyde hızla çalışırken kullanılabilirdi. Denizaltılarla ilgili bir başka zorluk da, büyük akümülatörlerini doldurmak için yüksek kaliteli su üretme ihtiyacıydı. Bir savaş devriyesinde tipik tüketim, otel hizmetleri, içme, yemek pişirme, yıkama vb. için ve ayrıca dizel motor soğutma sistemini yenilemek için günde yaklaşık 500 ABD galonu (1,900 litre) idi. Piller için haftada 500 galon daha gerekliydi. Dizel denizaltılar için standart Badger modeli X-1, günde 1.000 galon üretebilir. 5.600 galonluk (1.200'ü akü suyu olmak üzere) tank kapasitesi, yaklaşık 10 gün rezerv sağlandı. Nükleer denizaltıların ortaya çıkması ve bol elektrik arzı ile daha da büyük tesisler kurulabilir. X-1 tesisi, şnorkelle yüzerken veya tamamen su altındayken çalıştırılabilecek şekilde tasarlandı . Suya daldırıldığında ortam basıncı ve dolayısıyla kaynama noktası arttığı için bu denizaltı damıtma cihazlarında ek ısı gerekliydi ve bu nedenle sürekli elektrik ısısı ile çalışacak şekilde tasarlandılar.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

bibliyografya