автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Исследование рабочего процесса в высокотемпературном пленочном контактном нагревателе морской воды судовой парогенераторной установки

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОЩЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ .'.*

1. ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАРОГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК НА МОРСКОЙ ВОДЕ

1*1« Основные направления использования морской воды в судовых энергетических установках 1*2« Классификации тепловых схем парагенераторных установок на морской воде

1*3. Анализ тепловых схем: пара- и водопроизводащих установок.

1.4. Использование высокотемпературного нагревателя в парогенераторных установках на морской воде

2. ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛОМАССООБМЕН ПЛЕНОЧНЫХ ТЕЧЕНИЙ ЖИДКОСТИ

2.1. Особенности, пленочных течений жидкости в теплообменных аппаратах .,,4Д

2.2. Процессы тепло- и массаобмена при контактном нагреве пленки жидкости паром .,,,

2»3. Постановка задач исследования высокотемпературного. нагрева морской вяда

3» ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Цель и задачи эксперимента .,,,,,

3.2. Описание экспериментальных установок . ¿У

3.3. Методика экспериментального исследования ,,.*

3.4. Оценка погрешностей измерений в опытах.

4. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ НАГРЕВАТЕЛЕ

МОРСКОЙ ВОДЫ

4.1. Определение начальной температуры на вхаде в пленку

4.2» Особенности распределений температуры, вязкого, подслоя стекающей пленки вода при контактном нагреве парам ./Л?

4.3. Влияние габарита нагревателя на распределение температур вязкого подслоя стекающей пленки жидкости

4.4. Обобщение результатов исследования ./<?/

4.5. Коэффициент теплоотдачи . ¿2/

4.6. Условия формиррвания отложений на орошаемой поверхности

4.7. Условия исключения накипеобразования . /

5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНТАКТНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ АППАРАТОВ.

5.1. Исходные условия . /к*

5.2. Расчет контактнога пленочного нагревателя .//^

5.3. Примеры расчета аппаратов ./¿^

5.3.1. Расчет аппарата для нагрева жидкостей, близких па свойствам к пресной воде ./Я?

5.-3.2. Расчет, аппарата для нагрева морской вода ./Я?

5.4. Рекомендации к проектированию и эксплуатации высокотемпературных контактных пленочных нагревателей

ЗАКЛШЕНИЕ ./ж

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ

Отличительной особенностью крупных рыбопромысловых судов является большой расход пара на турбогенераторы, технологическое, оборудование, опреснительные установки, различные общесудовые и хозяйственные потребители, Праиз-^ водцтельность опреснительных установок на таких судах составляет (300*500) т/сут пресной вода. На приготовление такого количества пресной вода расходуется около 10 МВт тепловой мощности и соответствующее количество топлива. Для уменьшения расхода, топлива на больших рыбопромысловых су/-дах Л.И.Сень предложил использовать парогенераторные установки, работающее по разомкнутому пароконденсатному циклу на термоумягченной морской воде /1/. На^рис. 1 приведена, структурная, тепловая схема парогенератарной устанавки на: морской воде.^ Подкисление в контактном пленочном теплообменнике 2, термическое умягчение морской вода в аппарате.^6 при. температуре (200*250) °С определяют условия безнакипного режима работа парогенератора 8 при температуре насыщения 150 °С /2/. Удаление из морской вода вместе с выпарам кислорода и других растворенных газов позволяет снизить скорость коррозии парогенерирующей поверхности до допустимых значений. Для предотвращения выпадения в осадок NctCL в парогенераторе. 8 поддерживаемся допустимая соленость воды. После промывки пар поступает в пароперегреватель 9, а из него к потребителям по трубопровод/ Ю. Образовавшийся конденсат направляется в систему пресной воды. В установ

- - * - «V ках такого типа топливо экономится за счет отсутствия расходов теплоты на предварительную дистилляцию морской воды.

Рис. 1. Структурная тепловая схема, парогенераторной установки на морской воде

1 « насос, 2 - контактный пленочный подкислитель, 3 - на-^ сос высокого, давления, 4 - теплообменник,, 5 - высокотемпературный контактный пленочный нагреватель, 6 - реактор-деаэратор, 7 - фильтр, 8 - парогенератор, 9 - пароперегреватель, 10 - трубопровод, к потребителям.

-7-. . .

Работоспособность парогенераторных установок на морской воде зависит от надежности, высокотемпературного нагревателя; 5, к которому предъявляется основное требование -безнакипный процесс нагрева морской вода до температуры (200*250) °С. Эта проблема успешно решается! прж использо-^ вании пленочного контактного теплообменного аппарата, разработанного на кафеле судовых турбинных силовых установок Дальневосточного ордена Трудрвого Красного Знамени политехнического института им. В.В.Куйбышева. /1/, Для такого типа, нагревателя наиболее доступным высокотемпературным теплоносителем в настоящее время является пар, вырабаты- ваемий обычными парогенераторами. Рабочие процессы тепло-обменного аппарата при контактном; нагреве морской вода паром в настоящее время на изучены. В литературе отсутствуют опытные данные, позволяюддае оценить правомерность принятых допущений при теоретическом исследовании контактного нагрева ламинарной пленки жидкости паром: /3/. Достигнутые результаты исследования процессов нагрева пленки жидкости со. стороны стенки, конденсации пара внутри труб и на холодных струях жидкости не могут быть использованы, поскольку отличаются технологически от контактного- нагрева стекающей пленки пресной и морской вода паром.

Для исследования рабочего процесса высокотемпературного контактного пленочного нагревателя морской вода была спроектирована и изготовлена на ТЭЦ-2 орденов Ленина и Трудрвого Красного Знамени Дальзавода. имени 50-летия СССР экспериментальная установка. Вода на нагрев направлялась из системы обеспечения, технологических и хозяйственных потребителей пресной водой производственного цеха и из бухты

- 8- *

Золотой РогЯпонского моря, Пар^ с давлением £0 4 МПа поступал в нагреватель от парогенераторов ТЭЦ-2.

В работе выполнено экспериментальное исследование рабочего процесса^ контактного нагрева насыщенным паром пленки пресной и морской воды, стекающей по вертикальной поверхности в трубах диаметром 76, 75,5 и 13,3 мм. Получено распределение температуры вязкого подслоя по длине пробега пленки при. течении греющега пара со скоростью ^ 5 м/с.

На защиту представляется:

- анализ, установок, вырабатывающих пар и пресную воду;

- методока. исследования высокотемпературного контактного нагрева пленки жида ости паром.;.

- результаты экспериментального исследования процесса теплообмена^ при контактном нагреве пленки преснрй и морской воды паром при плотностях орошения (7,2*45)»10""^ м^/с в диапазоне давлений Р =(0,1*3,3) МПа;

- прстановка и решение задачи по определению режимных параметров рабочих сред и габарита нагревателя;

- методика расчета высокотемпературного нагрева минерализованной воды насыщенным паром в пленочных контактных теплообменных аппаратах.

Работа выполнена в соответствии с логической схемой исследования, приведенной на рис. 2.

-9- л—------' ----

Основные направления использования, морской вода в судовых энергетических установках

Охлаждение теплового оборудования -« , ' л.-с-— Парогенераторные установки на морской воде Питание испа-* догелей i

Основнай элемент • высокотемпературный нагреватель морской вада Классификация^ тепловых схем парогенераторных установок на морской воде Анализ тепловых схем паро«-и водопроизвй** дящих установок Оснавные характеристики пленочного течения Контактный нагрев паром стекающей пленки морской воды Процессы тепломассообмена в пленочных аппаратах

Экспериментальная установка,, рабочие учаатки, методика исследования, погрешность опытав

Результаты экспериментального; исследования: температура вязкрг© подслоя, коэффициент теплоотдачи, усло~ вия формирования накипных^ отложений на орошаемой поверхности контактного нагревателя, метода исключения накипаобразования в^ высокотемпературном нагревателе морской вода

Методика расчета высокотемпературного контактного^ пленочного, нагревателя,, примеры расчета., рекомендации к проектированию и эксплуатации нагревателя установки термического умягчения

Рис. 2. Логическая схема исследования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1* В работе проведено исследование эффективности традиционных парогенератарных установок с опреснителями и двух-контурной парогенераторной установкой на морской воде.

2. Поставлена и решена задача о контактном нагреве паром вертикальных стекающих пленок жидкости.

Выполнены, экспериментальные исследования рабочего процесса высокотемпературного нагревателя парогенераторной установки на морской воде,- в диапазоне давлений Р= (0,1* *3,3) МПа.

4. Порчены опытные данные для. процесса^ теплообмена при контактном нагреве паром пленки^пресной и морской води на^ рабочих участках дааметром^ 13, р; 75 „5 .и 76 мм, для ламинарного режима 100*500, турбулентного /€е = 600*1200, Ъ?"вх =(0,2*5) м/с.

5. Результаты экспериментов обобщены эмпирическими зависимостями для относительной температуры нагре.ва вязкого, подслоя 6&п и. коэффициента теплоотдачи .

6. Получено распределение температур по толщине сливаемого слоя над переливной кромкой.

7» Результаты, экспериментального исследования контактного нагрева паром пленки вода согласуются: с теоретическими разработками /3, 27/ и известными решениями подобных процессов /37, ,Э8, 76/.

8. Опытным путем установлено: рабочий процесс высоко- . . . . • » температурного контактного пленочного нагревателя морской

-/заводы наиболее эффективен на начальных участках пробега

СИ/7р (60*100) мм пленки воды в трубах диаметром 18,3;

75,5 и 76 мм при давлении Р = (0 ,1*3,3) МПа и /£е = 100*

4-500. На этой длине передается практически (75*90) % всей теплоты, воспринимаемой пленкой вода.

9. Экспериментально установлено: рабочий процесс высо-^ котемпературного нагревателя на воде бухты Золотой Рог Японского моря наиболее надежен на начальных участках

45*50) мм. На^ этой длине отсутствуют видимые следа отложений и температура вязкого подслоя стекающей пленки морской вода достигает Г вгц = (76 - 5) С при нагреве морской вода

• л. БН + среднего состава, близкого к океаническому, С"вт =(140 5) °С при наличии разбавления термоумягченной исходаой вода до Сса++= 12 мг.экв/л перед подачей в пленку. Выше этих температур ( вп } на длине пробега пленки (¿С/7/р>50 мм)^ начинается интенсивное отложение накипи. При нагреве сырой во-5Н . л да и &П1 > (76 ^5) С отложения представляют собой айоваит при наличии рециркуляции с концентрацией кальция на входе в нагреватель Сса++ = 14*10 мг*экв/л,

БН + О * ~ ■ ъпг > (140 ~ 5) С айоваит не обнаружен, накипь состоит из; ангидрита С1су 50^ , брусита. не более 1 %т

10. Разработана инженерная методика расчета и рекомендации к проектированию и эксплуатации высокотемпературного^ контактного нагревателя морской вода парогенераторной установки.

11. Результаты работа внедрены на двух предприятиях г. Владивостока. Методика расчета высокотемпературного нагревателя применялась при разработке рабочего проекта реконструкции двухконтурного парогенератора "Шмидт-Гартман" в свя

-1&2- ■ . - . . зи с перево дом на питание^ второго контура морской водой, при проектировании опытных парогенераторных установок на морской воде., для совершенствования учебного процесса, что подтвержу дено пятью актами внедрения.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Расчет, параметров СЭУ на ЦВМ. (Учебное пособие),-Владавосток: Дальневосточный государственный университет, 1976, - 107 с. Авт.: Сень Л.И., Ефимов В.В., Воронов В.И., Йльяшенко Н.Г.

2. Воронов В.И., Дьяченко Б.А., Подсушный A.M. Экспериментальная установка для исследования высокотемпературного нагрева морской воды и шламообразования. - Тезисы докладов ХХ1У научно-технической конференции,-Владивосток: Дальневосточный политехнический институт, 1977, с. 63-64.

3. Воронов В »И. Схемы парогенераторных^установок на морской воде. Тезисы докладов XX1У научно-технической кон-ференщи,-Владивосток: Дальневосточный политехнический институт, 1977, с. 75-76.

4. Воронов В.И,^,. Сень Л.И., Подсушный A.M. Рабочие^па-^ раметры установки термического умягчения морской вода. Тезисы докладов ХХУ юбилейной научной конференции. - Владивосток: Дальневосточный политехнический институт^ 1978, с. 59-60.

5. Основы проектирования парогенераторов, работающих на морской воде. (Учебное пособие)Владивосток: Дальневосточный государственный университет, 1978„ - 72 с. Авт.»: Сень

Л.И., Лысенко Л.В., Минаев А.Н., Пермяков В.В», Йльяшенко Н.Г», Воронов В.И»

6. Сень Л.И., Воронов В.И., Подсушный A.M. 0 целесообразности применения на судах парогенераторов на морской во . . - -/95- . де. -Jll.; Судостроение, > № 5, 1979, с« 22-24. л

7« Воронов В«И. Анализ тепловых схем парогенераторных установок на морской воде дая рыбообрабатывающих судов. Те-* зисн докладов краевой научно-технической конференции "Наука и технический прогресс в рыбной промышленности", Владивос^ ток t Дальневосточный технический институт рыбной промышленности и хозяйства, 1979. с. 139-141. i. . . 9 » г - - ■ + Jk - - ■ ■■ л. * à. . • *w

8. Воронов В.И. Выссжотемпературный нагреватель парогенератора на морской воде. В межвузовском сборнике: Судовые энергетические установки. - Владивосток: Д31Ш, ДЗГУ, 1980, с. 41-45.

9. Воронов В.И., Лапин A.M. Процесс теплообмена при контактном нагреве паром сливаемого слоя жидкости. Тезисы докладов 1У Всесоюзной конференции "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана". В сб. "Комплексные проблемы энерготехнологического использования морской воды"« Часть I . - Владивосток.: Дальневосточный политехнический институт, 1983, с. 168-170.