NO151001B

NO151001B - APPLIANCE FOR RECOVERING FRESHWATER FROM SALTWATER

Info

Publication number: NO151001B
Application number: NO783083A
Authority: NO
Inventors: Riccardo Pasero; Bernardinangelo Francucci
Original assignee: Snam Progetti
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1978-09-12
Publication date: 1984-10-15
Also published as: BE870215R; AU3942878A; DE2840066C3; HK33383A; IN151018B; ZA785019B; DK395678A; DD138894A6; PL209555A1; NL7809290A; JPS5450481A; NO151001C; ES473585A2; AR219129A1; YU213378A; MW2678A1; PL122213B1; AU520590B2; YU39143B; GB2004193A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en videreutvikling av det apparat for avsaltning av sjøvann og brakkvann som er angitt i norsk patent nr. 139.046. Dette apparat omfatter varmevekslere, beholdere, midler for tilførsel av saltvann og primærdamp, bortledning av saltoppløsning og ferskvann samt for tilkobling til et vakuumsystem i form av en vertikal rørfordamper inndelt i flere sylindriske avsnitt, som hvert inneholder: a) i det minste en fiImfordamper, hver i form av en vertikal rørbunt uten mantel, og utformet med tverrsnitt som et sirkelsegment, b) to beholdere, som i bunnen er forbundet med en øvre rør-plate til en av filmfordamperne i det samme avsnitt - i det siste avsnitt, som er uten filmfordamper, forbundet med ut-løpsledning for saltløsriing - og oventil forbundet med den nedre rørplate til en filmfordamper i det ovenforliggende avsnitt - i det første avsnitt forbundet med tilførselsledningen for saltvann, c) et flaskehalslignende overløp ved bunnen av hver beholder, for å lede saltoppløsning fra beholderen til de underliggende rørplater og for å utligne den positive trykkforskjell, d) åpninger i oversiden av hver beholder, med unntak av beholderne i det første avsnitt, e) et eller flere hevertrør for å fjerne det kondensat som samles i bunnen av hvert avsnitt, og for å lede dette tilbake The present invention concerns a further development of the apparatus for desalination of seawater and brackish water which is specified in Norwegian patent no. 139,046. This apparatus comprises heat exchangers, containers, means for the supply of salt water and primary steam, the discharge of salt solution and fresh water and for connection to a vacuum system in the form of a vertical pipe evaporator divided into several cylindrical sections, each of which contains: a) at least one film evaporator, each in the form of a vertical bundle of tubes without a jacket, and designed in cross-section as a circle segment, b) two containers, which are connected at the bottom by an upper tube-plate to one of the film evaporators in the same section - in the last section, which is without film evaporator, connected to outlet line for desalination - and above connected to the lower tube plate of a film evaporator in the section above - in the first section connected to the supply line for salt water, c) a bottleneck-like overflow at the bottom of each container, to lead salt solution from the container to the underlying tube plates and to equalize the positive pressure difference, d) openings in the upper side of each container , with the exception of the containers in the first section, e) one or more siphon tubes to remove the condensate that collects at the bottom of each section and to return it

til et midtre område i det neste avsnitt, to a middle area in the next section,

f) rørbunt-varmevekslere for forvarming av saltvannet ved hjelp av damp, og g) inertgassledninger som fører fra avsnitt til avsnitt, frem til vakuumsysternet, f) tube bundle heat exchangers for preheating the salt water using steam, and g) inert gas lines leading from section to section, up to the vacuum system,

Apparatet angitt i nevnte patent virker etter en flertrinns metode som omfatter bruken av en eller flere vertikale, sylindriske rørfordampere som er inndelt i flere avsnitt, idet hvert avsnitt omfatter vertikale filmfordampere, og med et tverrsnitt i form av et sirkelsegment, idet det mellom fordamperne er en forvarmer for saltvannet i form av en rørbunt-varmeveksler, anordnet horisontalt. The apparatus specified in the said patent works according to a multi-stage method which includes the use of one or more vertical, cylindrical tube evaporators which are divided into several sections, each section comprising vertical film evaporators, and with a cross-section in the form of a circular segment, since between the evaporators there is a preheater for the salt water in the form of a tube bundle heat exchanger, arranged horizontally.

Et avsnitt dannet på den måte som er beskrevet ovenfor egner seg for installasjoner med ytelse som ligger mellom gjennom-snittelig og høy mens et apparat som angitt i norsk patent nr. 140.341 egner seg for installasjoner med små ytelser. A section formed in the manner described above is suitable for installations with performance that is between average and high, while a device as specified in Norwegian patent no. 140,341 is suitable for installations with low performance.

Det sistnevnte patent angir en utførelsesform der rørbunten for hvert avsnitt er en enhet med en rørplate som har sirkelformet tverrsnitt og filmforvarmeren, som er horisontal, mon-tert i et gjennomgående rør som forløper diametralt gjennom røret for saltvannet. The latter patent indicates an embodiment in which the tube bundle for each section is a unit with a tube plate having a circular cross-section and the film preheater, which is horizontal, mounted in a continuous tube which runs diametrically through the tube for the salt water.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å oppnå en forbedring av det innledningsvis angitte apparat som medfører en reduksjon av både omkostningene ved bygging av apparatet og strømforbruket under driften. The purpose of the present invention is to achieve an improvement of the apparatus indicated at the outset which entails a reduction of both the costs of building the apparatus and the power consumption during operation.

I henhold til oppfinnelsen oppnås dette ved at rørbunt-varme-vekslerne unntatt i det siste avsnitt - er vertikale, og at det siste avsnitt omfatter en horisontal rørbunt-varmeveksler som virker som sluttkondensator, og hvis rørplater er festet til diametralt motsatte deler av rørfordamperen, under det siste avsnitt. According to the invention, this is achieved by the fact that the tube bundle heat exchangers, except in the last section - are vertical, and that the last section comprises a horizontal tube bundle heat exchanger which acts as a final condenser, and whose tube plates are attached to diametrically opposite parts of the tube evaporator, under the last paragraph.

I det følgende skal et apparat i henhold til den foreliggende oppfinnelse beskrives nærmere ut fra et utførelseseksempel vist på den vedføyde tegning. In the following, an apparatus according to the present invention will be described in more detail based on an example of execution shown in the attached drawing.

Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom et parti av et apparat i henhold til oppfinnelsen, og som omfatter en vertikal rør-fordamper 9 inndelt i avsnitt, Fig. 1 shows a longitudinal section through a part of an apparatus according to the invention, which comprises a vertical tube evaporator 9 divided into sections,

vertikale filmfordampere 1, uten noen ytre kappe, vertical film evaporators 1, without any outer jacket,

beholdere 2 for saltvann, som i bunnområdene er forbundet med topplaten til hver fordamper, idet beholderne, i det siste avsnitt som ikke har noen filmfordamper, er forbundet med utløpsrør for saltvann, over den nedre rørplate i filmfordamperen i det overliggende avsnitt, idet beholderne i "det første avsnitt er forbundet med tilførselsrør for saltvann. containers 2 for salt water, which in the bottom areas are connected to the top plate of each evaporator, the containers, in the last section having no film evaporator, are connected to outlet pipes for salt water, above the lower tube plate in the film evaporator in the upper section, the containers in "the first section is connected to the supply pipe for salt water.

Et overløp 7 er plassert på bunnen av hver beholder, for å lede saltvann til en annen beholder 4 for oppsamling, idet bunnen i denne er den øvre rørplate 8 for den underliggende filmfordamper 1, slik at trykkforskjellen mellom beholderen og filmfordamperen opphører, og An overflow 7 is placed at the bottom of each container, to lead salt water to another container 4 for collection, the bottom of which is the upper tube plate 8 of the underlying film evaporator 1, so that the pressure difference between the container and the film evaporator ceases, and

åpninger 3 er dannet gjennom det øvre parti av sideveggene i hvert rør, med unntak av røret i det første avsnitt. openings 3 are formed through the upper part of the side walls in each tube, with the exception of the tube in the first section.

Et eller flere hevertrør (ikke vist) er anordnet for å suge kondensatet oppsamlet på bunnen av hvert avsnitt inn på mellom-liggende steder i et etterfølgende avsnitt. One or more siphon tubes (not shown) are arranged to suck the condensate collected at the bottom of each section into intermediate locations in a subsequent section.

En forvarmer i form av en rørbunt-varmeveksler 5 for den til-førte strøm utnytter som varmemedium dampen som dannes i hvert avsnitt, og A preheater in the form of a tube bundle heat exchanger 5 for the supplied current utilizes as heating medium the steam that is formed in each section, and

forbindelsesrør (ikke vist) er anordnet mellom ansnittene, for å overføre inerte gasser som eventuelt finnes til en vakuum-pumpe. connecting pipes (not shown) are arranged between the sections, in order to transfer inert gases that may be present to a vacuum pump.

I hvert avsnitt har de vertikale rør i filmfordamperne 1 et tverrsnitt i form av et sirkelsegment, og forvarmeren 5 for den tilførte strøm har sirkelformet tverrsnitt og er anordnet vertikalt, samt har sin nedre rørplate liggende mot skilleplanet for det neste avsnitt og den øvre rørplate forbundet med skilleplanet til det overliggende, etterfølgende avsnitt, ved hjelp av en termisk ekspansjonsforbindelse 6 som kompenserer for de forskjellige ekpansjoner i rørfordamperen og rørplaten som skyldes forskjellige materialer, og har en enkelt kanal som forløper gjennom avsnittet i retning oppover, inne i den sirkelsektor som ikke opptas av filmfordamperne 1. In each section, the vertical tubes in the film evaporators 1 have a cross-section in the form of a circular segment, and the preheater 5 for the supplied current has a circular cross-section and is arranged vertically, and has its lower tube plate lying against the dividing plane for the next section and the connected upper tube plate with the dividing plane of the overlying, subsequent section, by means of a thermal expansion joint 6 which compensates for the different expansions in the tube evaporator and the tube plate due to different materials, and has a single channel running through the section in an upward direction, inside the circle sector that does not taken up by the film evaporators 1.

Den siste rørbunt-varmeveksleren anbrakt under det siste trinn er av en type med horisontale rør, med faste rørplater anordnet på diametralt motsatte partier av rørfordamperen, og konden-serer all damp som dannes i det siste avsnitt. The last tube bundle heat exchanger placed below the last stage is of the horizontal tube type, with fixed tube plates arranged on diametrically opposite portions of the tube evaporator, and condenses all steam formed in the last section.

Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom apparatet, etter linjen A-A i fig. 1, og viser forvarmeren 5, åpningene 3 og de øvre beholdere 2 for saltvann. Fig. 2 shows a cross-section through the apparatus, following the line A-A in fig. 1, and shows the preheater 5, the openings 3 and the upper containers 2 for salt water.

I det følgende skal angis et talleksempel som viser virkningen av apparatet i henhold til oppfinnelsen. In the following, a numerical example will be given which shows the effect of the device according to the invention.

EKSEMPEL 1 EXAMPLE 1

Start-dataene er følgende: The start data is the following:

Utførelsesformen av apparatet med vertikale forvarmere er av særlig betydning for en slik hoy ytelse, slik det vil fremgå av den følgende tabell, som gir en sammeligning mellom hoved-komponentene i apparatet i de to alternativer, dvs. med horisontale og vertiale forvarmere, idet varmevirkningsgraden er den samme for begge. The design of the device with vertical preheaters is of particular importance for such a high performance, as will be seen from the following table, which provides a comparison between the main components of the device in the two alternatives, i.e. with horizontal and vertical preheaters, as the heating efficiency is the same for both.

I tilslutning til den sammeligning som her er gjengitt skal tilføyes at horisontale forvarmere ville kreve rørplater med en diameter på 2,45 m hver, med alvorlige problemer med hensyn til byggingen og understøttelsen av rørbuntene inne i av-snittene på grunn av vekten, på grunn av tetningsproblemer for flensene med hensyn til innslipp av luft fra utsiden, og som det vesentligste, vanskeligheten med å håndtere rørbunter med slike dimensjoner når de skal føres inn i og ut av rørfor-damperne for ettersyn og reparasjoner. In addition to the equation given here, it should be added that horizontal preheaters would require tube sheets with a diameter of 2.45 m each, with serious problems with regard to the construction and support of the tube bundles inside the sections due to the weight, due of sealing problems for the flanges with regard to the admission of air from the outside, and most importantly, the difficulty of handling tube bundles of such dimensions when they are to be fed into and out of the tube evaporators for inspection and repairs.

Det faktum at lengden av de to rørfordampere i apparatet i henhold til den foreliggende oppfinnelse er 8,40 m lenger enn når det anvendes horisontale forvarmere, er ikke noen vesentlig ulempe sammelignet med den betydelige reduksjon av diameter samt at forvarmerne ikke har utvendige manifolder, idet slike manifolder nødvendigvis må lages av et kostbart material (Cu/Ni 90/10), og forbindelsesrørene er også av et kostbart material, slik at det alt i alt oppnås en betydelig kostnadsinnsparing, en innsparing som best vil sees av det etterfølgende eksempel. The fact that the length of the two tube evaporators in the apparatus according to the present invention is 8.40 m longer than when horizontal preheaters are used is not a significant disadvantage compared to the significant reduction in diameter and that the preheaters do not have external manifolds, since such manifolds necessarily have to be made of an expensive material (Cu/Ni 90/10), and the connecting pipes are also of an expensive material, so that all in all a significant cost saving is achieved, a saving that will best be seen from the following example.

EKSEMPEL 2 EXAMPLE 2

Start-dataene er følgende: The start data is the following:

Den følgende tabell viser klart at den mindre ytelse på The following table clearly shows that the smaller performance on

535 m"Vh som er en ytelse mellom middels og høy, gjør fordelene ved den foreliggende oppfinnelse mindre fremtredende enn i det første eksempel, men det vil likevel fremgå av den følgende tabell at det er oppnådd betydelige besparelser med hensyn til materialer. 535 m"Vh which is a performance between medium and high, makes the advantages of the present invention less prominent than in the first example, but it will still appear from the following table that significant savings have been achieved with regard to materials.

I dette tilfellet ligger tallene nærmere hverandre, og gjør at de øknomiske fordeler som oppnås kan beregnes mer nøyaktig. In this case, the figures are closer to each other, and enable the economic benefits achieved to be calculated more accurately.

Den samlede vekt for de to rørfordampere er redusert med omtrent 33 tonn, og av disse er 5,5 tonn av et kostbart material (Cu/Ni 90/10) og resten er karbonstål belagt med et kostbart material. The combined weight of the two tube evaporators has been reduced by approximately 33 tonnes, of which 5.5 tonnes are of an expensive material (Cu/Ni 90/10) and the rest is carbon steel coated with an expensive material.

Det skal også bemerkes at i et apparat med sideveis forskyv-bare, horisontale forvarmere må det anordnes et ytre stativ utenfor rørfordamperne, med arbeidesflater ved hvert trinn og heiser for å ta ut og sette på plass forvarmerne. It should also be noted that in an apparatus with laterally displaceable, horizontal preheaters, an outer rack must be provided outside the tube evaporators, with work surfaces at each stage and lifts to remove and replace the preheaters.

Ved et apparat i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan både fordamperrørene og forvarmerne trekkes vertikalt ut av toppen av rørfordamperen, slik at det er tilstrekkelig å an-ordne en kran med tilstrekkelig heisekraft over fordamperen, idet kranen kan være anordnet på en plattform festet til toppen av fordamperen. With an apparatus according to the present invention, both the evaporator tubes and the preheaters can be pulled vertically out of the top of the tube evaporator, so that it is sufficient to arrange a crane with sufficient lifting power above the evaporator, as the crane can be arranged on a platform attached to the top of the evaporator.

Derved kan innsparingen med hensyn til stativer utenpå fordamperen anslås til omtrent 140 tonn, og i tillegg til dette oppnås innsparing når det gjelder monteringen. Thereby, the savings with regard to racks outside the evaporator can be estimated at approximately 140 tonnes, and in addition to this, savings are achieved when it comes to assembly.

Den kraftige pumpe som anvendes for å fylle fordamperne blir billigere, fordi, med den samme produksjonshastighet, den hydrauliske trykkhøyde vil bli redusert fra 180 m til 120 m. The powerful pump used to fill the evaporators will be cheaper, because, with the same production rate, the hydraulic head will be reduced from 180 m to 120 m.

Med den foreliggende oppfinnelse oppnås også en reduksjon av byggetiden, en faktor som ikke skal undervurderes med den foreliggende markedssituasjon. With the present invention, a reduction in construction time is also achieved, a factor that should not be underestimated in the current market situation.

I tillegg til reduksjonen av vekten av materialene, som betyr en betydelig reduksjon av investeringskostnadene, oppnås også en besparelse med hensyn til driftskostnadene, på grunn av det reduserte strømforbruk. In addition to the reduction of the weight of the materials, which means a significant reduction of the investment costs, a saving is also achieved with respect to the operating costs, due to the reduced power consumption.

For en årlig drift fordelt over 330 arbeidsdager, og med en strømpris på f.eks. 10 øre pr. kWh vil innsparingen ved bruk av de vertikale forvarmere bli omtrent 580 000 kroner pr. år for eksempel 1, og 200 000 kroner pr. år for eksempel 2. For an annual operation spread over 330 working days, and with an electricity price of e.g. 10 øre per kWh, the savings when using the vertical preheaters will be approximately NOK 580,000 per year, for example 1, and NOK 200,000 per year for example 2.

Det vil fremgå av eksempel 2 at den foreliggende oppfinnelse også med fordel kan benyttes ved installasjoner som har middels høye ytelser, og meget sannsynlig for ytelser allerede fra 350 til 400 m 3 pr. time, mens oppfinnelsen er meget vel egnet for høye ytelser, slik som fra 800 til 1 000 m 3 pr. It will be clear from example 2 that the present invention can also be used with advantage in installations that have medium high outputs, and very likely for outputs already from 350 to 400 m 3 per hour, while the invention is very well suited for high outputs, such as from 800 to 1,000 m 3 per

time og mer. hour and more.

Claims

Apparatus for the extraction of fresh water from salt water, comprising heat exchangers, containers, means for the supply of salt water and primary steam, the removal of salt solution and fresh water and for connection to a vacuum system in the form of a vertical tube evaporator (9) divided into several cylindrical sections, each of which contains : a) at least one film evaporator (1), each in the form of a vertical tube bundle without a jacket, and designed in cross-section as a circular segment, b) two containers (2), which are connected at the bottom by an upper tube plate ( 8) to one of the film evaporators in the same section - in the last section, which is without a film evaporator, connected to the outlet line for salt solution - connected above to the lower tube plate of a film evaporator in the above section - in the first section connected to the supply line for salt water , c) a bottleneck-like overflow (7) at the bottom of each container, to direct salt solution from the container (2) to the underlying tube plates and to equalize the positive ve pressure difference, d) openings (3) in the upper side of each container, with the exception of the containers in the first section, e) one or more siphon tubes to remove the condensate that collects at the bottom of each section, and to lead this back to a middle area in the next section, f) tube bundle heat exchangers (5) for preheating the brine by means of steam, and g) inert gas lines leading from section to section, up to the vacuum system,

characterized in that the tube bundle heat exchangers (5) - except in the last section - are vertical, and that the last section includes a horizontal tube bundle heat exchanger which acts as a final condenser, and whose tube plates are attached to diametrically opposite parts of the tube evaporator, below the last paragraph.