Анализ минерализации опресненной воды на судах рыбопромыслового флота. Научно-исследовательское судно "Керн"

1. Анализ минерализации опресненной воды на судах рыбопромыслового флота

Выпускная квалификационная работа
Специальность 26.02.05 «Эксплуатация судовых энергетических установок»
Выполнил курсант группы ЭСЭУ 4к Откупщиков Владислав Александрович
Научный руководитель Чернявский Борис Юрьевич
Консультант Беляев Александр Иванович

2. Научно-исследовательское судно «КЕРН»

НИС "Керн" — многофункциональный теплоход неограниченного района плавания, предназначенный для
выполнения комплекса инженерных исследований. Оснащено полным комплектом оборудования для производства
сейсмоакустического профилирования, гидролокации бокового обзора, многолучевого эхолотирования,
магнитометрии, грунтового пробоотбора. Периодически модернизируется.

3. Характеристики судна

Характеристика
Длина, ширина, осадка
Данные
55,76 м х 9,51 м х 4,22 м
Водоизмещение
1157 т
Высота борта
5,17 м
Валовая вместимость
749 т
Энергетическая установка
Тип движителя
Максимальная скорость движения
Запас топлива
Водяной балласт
ГД: NVD48,ВДГ 6Ч18/22,АДГ
ДГА50М1-9Р
ВРШ
12,20 узлов
172 т
36т

4. Главный двигатель

5. Поперечный разрез

6. Характеристики двигателя NVD48

Параметр
Данные
Число цилиндров
6
Диаметр цилиндра
320 мм
Ход поршня
480 мм
Степень сжатия
13,25
Мощность
660 л.с / 485 кВт
Средняя скорость поршня
6,85 м/сек
Число оборотов при пуске
Около 85 об/мин

7. Способ получения опресненной воды на примере опресснительной установки типа «Д»

8. Схема установки

9. Минерализация дистиллята

Для питья дистиллят непригоден из-за низкой минерализации и
недостаточного содержания ионов кальция, фтора и других элементов,
имеющих большое значение для организма человека. Отсутствие в воде
солей натрия, магния, кальция снижает ее вкусовые качества. Кроме того,
свежеприготовленный дистиллят проявляет повышенную коррозионную
активность по отношению к стальным трубопроводам. Эти недостатки
дистиллята устраняют его минерализацией.
Наибольшее распространение получил метод, основанный на дозировании в
дистиллят концентрированных растворов солей. На судах отечественного
флота для минерализации 1 м3 дистиллята применяется 763,4 г
минерализующих компонентов следующего состава: NaHSO4—96,
MgSO4·7HaO — 81, СаCl2·6Н2O — 322, NaHCO3 — 262,6, NaF—1,8 г.
На принципе объемного дозирования в дистиллят чистых растворов солей
работают минерализаторы периодического действия, применяющиеся на
морских судах. Они делятся на автоматизированные (типа МД) и
неавтоматизированные, так называемые вымывные (типа MB).

10. Минерализаторы

Минерализатор типа МД
Дистиллят от ВОУ поступает в один из смесительных баков 13, 7 через клапаны 10 и 9. Раствор соли
NaHSO4 приготовляется в баке 20, раствор соли СаCl2— в баке 19, раствор солей NaHCO3 и NaF— в баке
1. По мере заполнения смесительного бака (например, 13) дистиллятом датчик нижнего уровня 14 (6) с
помощью реле нижнего уровня 16 (4) включает дозирующее устройство 18, которое через распределитель
доз реактивов 2 подает раствор минерализующих солей из баков 20, 19 и 1 в наполняющийся
дистиллятом смесительный бак 13. При срабатывании датчика верхнего уровня 15 (5) с помощью реле
верхнего уровня 17 (3) открывается клапан отвода минерализованной воды 12 (8) и закрывается клапан
подвода дистиллята 10. Включается откачивающий насос 11 и клапан подвода дистиллята 9 в
смесительный бак 7, в котором осуществляется минерализация таким же образом.

11. Минерализатор типа МВ

Минерализатор состоит из пустотелого конического корпуса 1 с отбойным козырьком 7, быстросъемной крышки
9, входного 6 и выходного 8 патрубков, расположенных по касательной к корпусу, и смотрового стекла 2.
Минерализатор работает следующим образом. Открывают крышку 9 ив корпус загружают один из
минерализующих компонентов. Затем включают циркуляционный насос 3 и прокачивают дистиллят из цистерны 5
через минерализатор снова в цистерну. Поток дистиллята движется в корпусе минерализатора снизу вверх по
винтовой траектории. Частицы солей центробежными силами отбрасываются к стенке корпуса, интенсивно
перемешиваются и постепенно растворяются. Нерастворившиеся частицы по стенке корпуса сползают вниз и
снова подхватываются потоком дистиллята.
Процесс контролируют визуально через смотровое стекло 2: в воде не должны быть видны нерастворившиеся
частицы. Длительность перемешивания зависит от температуры дистиллята. После первого компонента в
цистерну таким же образом дозируют второй и третий. Затем снова включается насос для перемешивания воды и
выравнивания ионного состава. Продолжительность процесса минерализации не превышает 1 ч. Приготовленную
питьевую воду насосом 4 направляют на обеззараживание (например, в установку ультрафиолетового облучения),
а затем — к потребителям.

12. На морских рыбопромысловых судах получила распространение упрощенная схема минерализации дистиллята 

Предусматриваются цистерны: 1 — для береговой или минерализованной воды емкостью на 5 сут; 3 и 4 — для
минерализованной воды каждая емкостью, равной половине емкости цистерны 1. Емкости цистерн выбирают по
рекомендации Минздрава СССР с учетом наличия на судне пятисуточного резервного обновляемого запаса воды в
случае приготовления питьевой воды из опресненной морской. Установлены минерализатор дистиллята
вымывного типа 8, насосы для подачи воды потребителям 11 и для минерализации воды 12. Чтобы резервировать
один насос другим, всасывающие и отдельно нагнетательные их магистрали соединены между собой глухими
фланцами 2 и 10, которые при необходимости заменяются проходными.
На линии приема воды в цистерну 1 установлена бактерицидная установка 9, а на линии подачи воды к
потребителям — бактерицидная установка 6. Предусмотрен автоматический контроль за работой бактерицидных
установок: в том случае когда ультрафиолетовая лампа не горит, электромагнитный клапан 5 закрывается,
прекращая подачу воды. Пневмоцистерна 7 служит для раздачи воды потребителям. Сразу же после включения
ВОУ начинается приготовление минерализованной воды в цистернах 3 и 4. После заполнения одной цистерны
дистиллятом в минерализатор последовательно засыпаются и отдельно растворяются три комплекта солей.
Растворение солей осуществляется при прокачке дистиллята насосом 12 из цистерны 3 или 4 через минерализатор
снова в одну из этих цистерн.
После того как запас береговой воды из цистерны 1 будет полностью израсходован, минерализованная вода из
цистерны 3 или 4 перекачивается в цистерну 1, а из нее — к потребителям через пневмоцистерну 7. В
освободившейся цистерне 3 или 4 снова приготовляется минерализованная вода и цикл повторяется

13. Анализ минерализованной воды

Получающаяся минерализованная вода содержит ионы Na , Ca , Mg , Cl , SO , HCO , F . Для оценки
правильности приготовления этой воды в ней необходимо определить содержание каждого из
этих ионов
или их суммарное содержание.
Опресненная вода, подвергающаяся минерализации, должна иметь исходное общее солесодержание
(определяемое по солемеру опреснительной установки) не выше 20 мг/л.
Рассмотрим данный анализ на примере лаборатории СКЛАВ-1
Одно из назначений данной лаборатории - ориентировочный контроль за минерализацией дистиллята.

14. Судовая комплексная лаборатория анализа воды

1- левая створка шкафа; 2 - стеклянный цилиндр; 3 - пробирки; 4 - делительная воронка; 5 - термометр; 6 стаканчик для определения нефтепродуктов; 7 - стеклянная палочка; 8 - пенал для фильтровальной бумаги; 9 пеналы для сыпучих реактивов; 10 - пенал для полосок фильтровальной бумаги; 11 - фиксатор; 12 - нижняя
панель; 13 - верхняя панель; 14 - переключатель подачи воздуха; 15 - груша для подачи воздуха в емкости с
титровальными растворами; 16 - стеклянные бюретки; 17 - компаратор для определения фосфатов и нитратов; 18 шпингалет; 19 - плата с прибором для определения содержания кислорода в воде; 20 - компаратор; 21 - кювета; 22
- переключатель подачи анализируемой воды; 23 - шприц; 24 - термометр; 25 - колориметрическая шкала; 26 колба для титрования; 27 - капельницы с реактивами; 28 - пробоотборник; 29 - пенал для хранения резиновых
соединительных шлангов; 30 - предохранитель;
Компаратор имеет шприц 23 для ввода в анализируемую пробу индикаторного раствора и полость с
колориметрической шкалой 25, по которой сравнивается окраска анализируемой пробы и определяется
концентрация кислорода в воде. В нижней части шкафа расположена полиэтиленовая посуда: колба 26 для
титрования, полиэтиленовые капельницы 27 с химическими реактивами, а также пробоотборник 28 (кружка) из
термостойкого материала.

15. Технические характеристика СКЛАВ - 1

1. Пределы измерений:
общей жесткости — 0,1—0,5 мг-экв/л,
щелочности 0,1—0,5 мг-экв/л,
содержания хлоридов в конденсате — 0,1—4,5 мг/л,
содержания хлоридов в котловой воде — от 5 мг/л и выше,
содержания нитратов — 10—50 мг/л,
содержания фосфатов — 10—50 мг/л,
степени загрязнения воды нефтепродуктами: в конденсате — 1—20 мг/л, в балластных водах — 10—350 мг/л,
содержания растворенного в воде кислорода О— 0,1 мг/л;
2. Питание лаборатории — от сети .
3. габаритные размеры основного футляра — 525 х 320 х х 550 мм;
4. Масса — около 30 кᴦ.
Общую жесткость воды, щелочность, содержание хлорид-иона определяют с помощью титровального блока.
Исследование фосфатов и нитратов проводят в компараторе, содержание нефтепродуктов определяют путем экстрагирования их из воды. Результаты определœ
ения считывают с эталонных графиков, нанесенных на нижней
панели лаборатории. Содержание кислорода, растворенного в воде, определяют на установке, состоящей из
компаратора с набором эталонных пленок, шприца-дозатора и вспомогательного оборудования.
Химическая посуда, приборы и емкости размещены в амортизационных гнездах и выдерживают качку и вибрацию. Почти вся посуда изготовлена из химически стойких пластмасс. Крепления для посуды и оборудования
имеют антикоррозийные покрытия, так как предусматривается работа лаборатории в агрессивных средах
(морской воздух, пары растворителœ
ей).
Используя реактивы, размещенные в основном футляре, можно осуществить около 100 анализов. Весь запас
реактивов позволяет провести около 3000 анализов.

16. СКЛАВ - 1 ,подготовка к работе

Лабораторию (шкаф) и комплект запасных частей (в двух коробках) распаковать и всю посуду тщательно
вымыть и высушить. Укрепить шкаф лаборатории на вертикальной стенке или на столе в рабочем
помещении. При установке лаборатории обязательно, чтобы её корпус имел жесткий упор снизу. До
включения лаборатории в сеть электропитания установить предохранитель 30 в положение,
соответствующее напряжению сети. Включить лабораторию в сеть. Включение и выключение
лаборатории производится автоматически при открывании и закрывании правой створки шкафа.
Открыть дверцы шкафа лаборатории и зафиксировать их фиксаторами. Фиксаторы вставить в
специальные отверстия на нижней панели шкафа.
Установить посуду и приборы на полках и дверцах шкафа в соответствии с рис. 3.
Открыть верхнюю панель шкафа и заполнить емкости растворами реагентов по 0,5 л в соответствии с
надписями.
Расположить емкости на полке в последовательности, в какой расположены бюретки на верхней панели:
первое гнездо – трилон «Б»; второе – серная ки- слота; третье – 0,1Н раствор азотнокислой ртути и т. д.
Закрыть емкости соответствующими крышками. Длинная трубка крышки для емкости с трилоном «Б»
должна быть соединена резиновой трубкой с бюреткой для трилона «Б», а короткая – со штуцером переключателя подачи воздуха 14. Поэтому при соответствующей установке переключателя 14 нажатие груши
15 приводит к поступлению воздуха из неё по ко- роткой трубке, например, в емкость с трилоном «Б».
При этом повышение дав- ления воздуха в емкости с реагентом приводит к вытеснению последнего по
длинной трубке, опущенной в него, и заполнению соответствующей бюретки трилоном «Б». Длинная
трубка крышки для емкости с серной кислотой должна быть соединена резиновой трубкой с бюреткой
для серной кислоты, а короткая – с соответствующим штуцером переключателя 14 и т. д.
Проверить поступление растворов в бюретки, для чего поочередно поста- вить переключатель 14 в
соответствующие положения и при помощи нажатия груши определить поступление растворов в
соответствующие измерительные бюретки.
Заполнить находящиеся на нижней полке и левой створке шкафа емкости реактивами в соответствии с
надписями на наклейках.

17. Анализ на примере определения жесткости воды и концентрации хлор - иона

-Общая жесткость.
Для определения общей жесткости воды используется: 0,01Н раствор трилона «Б», аммиачный буферный
раствор и сухая смесь индикатора. Для приготовления раствора трилона «Б» в мерную литровую колбу вносят
1,8613 г трилона «Б» и растворяют в дистиллированной воде, доводя объем жид- кости в колбе до метки «1 л».
Для приготовления аммиачного буферного раствора 20 г химически чистого хлористого аммония растворяют в
воде (примерно в 500–600 мл), добавляют 100 мл 25%-го аммиака. Раствор перемешивают и разбавляют
дистиллированной водой до 1 л. Сухая смесь индикатора получается смешиванием и растиранием в ступке 100 г
хлористого натрия и 1 г индикатора кислотного хромтемносинего. Установить нормальность полученного
раствора трилона «Б» можно так: в колбу емкостью 250 мл налить 10 мл 0,01Н раствора сернокислого магния,
который берут из фиксанала (стандартного раствора известной концентрации), и добавить 90 мл
дистиллированной воды; прилить 5 мл аммиачного буферного раствора и добавить щепотку индикатора
кислотного хромтемносинего; медленно титровать раствором трилона «Б» до перехода розово-красной окраски в
синевато-сиреневую. Отдельно титровать 90 мл дистиллированной воды, как это описано выше. Нормальность
раствора подсчитывается по формуле Нтрил= а ×Н1/(б – в), где Нтрил – нормальность определяемого раствора
трилона «Б»; Н1 – нормальность раствора MgSO4; а – количество раствора MgSO4, взятое на титрование, мл; б –
количество раствора трилона «Б», израсходованное на титрование рас- твора MgSO4, мл;
в – количество раствора трилона, израсходованное на титрование 90 мл дистиллированной воды, мл. Пример
подсчета. На титрование 10 мл 0,01Н раствора MgSO4 израсходовано 10,5 мл трилона «Б». На титрование 90 мл
дистиллированной воды израсходовано 0,10 трилона «Б», тогда Нтрил = 0,01×10/(10,5 – 0,1) = 0,0096Н. 42

18. Концентрация хлор - иона

Определение концентрации хлор иона в воде
В большинстве случаев производится меркурометрическим методом с использованием 0,1Н раствора
азотнокислой ртути и индикаторной смеси №1 для определения хлоридов. Для получения 0,1Н раствора Hg(NO3)2
необходимо 16,68 г Hg(NO3)2 перене- сти в мерную литровую колбу, растворить в небольшом количестве
дистиллиро- ванной воды и небольшими порциями (по 1 мл) при энергичном встряхивании добавлять
концентрированную азотную кислоту до растворения осадка. Затем довести дистиллированной водой до метки «1
л». 0,1Н раствор Hg(NO3)2 можно также приготовить из HgO.
Для этого навеску 10,83 г HgO перенести в мерную литровую колбу, добавить 10–15 мл воды и постепенно
(небольшими порциями при энергичном встряхивании) добавить кон- центрированную азотную кислоту до
растворения осадка и довести дистиллированной водой до метки «1 мл». Если рН полученного раствора < 2, то,
приливая по каплям 0,005Н раствор NaOH, доводят рН раствора до 2. Если раствор мутный, его фильтруют. Раствор
0,0025Н готовят разбавлением 0,1Н раствора в 40 раз (25 мл 0,1Н раствора Hg(NO3)2 помещают в мерную
литровую колбу и доводят дистиллированной водой до метки «1 л»). Для установления нормальности
приготовленных растворов Hg(NO3)2 ис- пользуют 0,1Н или 0,0025Н растворы NaCl и 0,05Н раствор HNO3. Проще
0,1Н раствор NaCl приготовить из фиксанала (основной раствор). 0,0025Н раствор NaCl готовят разбавлением
основного раствора в 40 раз. Раствор 0,1Н NaCl можно также получить растворением навески 5,846 г NaCl
(предварительно перекристаллизованного и высушенного в закрытом фарфоровом тигле в течение 3 ч при
температуре 120 о С) в мерной литровой колбе в дистиллированной воде. 0,1Н раствор HNO3 приготавливают из
фиксанала. 0,05Н раствор HNO3 готовится разбавлением 0,1Н раствора в 2 раза. Этот раствор можно готовить и из
концентрированной азотной кислоты (HNO3). Для этого, измерив удельный вес последней, по таблице находят
нормальность (Н) и по формуле А = 0,05×1000/Н узнают количество миллилитров концентрирован- ной кислоты
(А), которое нужно прилить к воде, чтобы получить 1 л 0,05Н HNO3. Для получения 0,05Н раствора NaOH
необходимо 2 г NaOH растворить в од- ном литре дистиллированной воды.
Приготовление индикаторной смеси
№1 для определения хлоридов производится растворением 0,5 г дифенилкарбазона и 0,05 г хромфенолсинего в 100
мл 96%-го этилового спирта. Раствор хранят в темной склянке. Устойчивость его около трех месяцев. Можно
использовать сухую смесь: 8 частей мочевины, 1 часть дифенилкарбазона и 0,1 часть бромфенолсинего.
Установление нормальности раствора Hg(NO3)2 производят по такой методи- ке. В коническую колбу наливают 5–
10 мл раствора NaCl (0,1Н или 0,0025Н), добавляют 100 мл дистиллированной воды, 10–15 капель или щепотку
индикатора. Раствор синеет (рН = 4,4), тогда к нему добавляют по каплям 0,05Н раствор HNO3 до перехода синей
окраски в желтую и 0,5 мл избытка той же кислоты (обычно общий расход кислоты составляет 1 мл).
Подготовленный таким образом раствор имеет рН около 3,3. Раствор NaCl медленно, сильно взбалтывая, титруют
раствором Hg(NO3)2 до перехода желтой окраски в
слабо-розово- фиолетовую. Отдельно титруют 100 мл
дистиллированной воды, также доведя её рН до 3,3 добавлением 0,05Н раствором HNO3 в присутствии индикатора.
Нормальность раствора Hg(NO3)2 рассчитывают по формуле Н = А×Н1/(V – V1), где Н – нормальность раствора
Hg(NO3)2; Н1 – нормальность точного раствора NaCl; А – количество раствора NaCl, взятое на титрование, мл; V –
количество раствора Hg(NO3)2, израсходованное на титрование, мл; V1 – количество раствора Hg(NO3)2,
израсходованное на титрование 100 мл дистиллированной воды, мл. 1 мл 0,1Н раствора Hg(NO3)2 соответствует
0,3546 мг хлор-иона. 1 мл 0,01Н раствора Hg(NO3)2 соответствует 0,3546 мг хлор-иона. 1 мл 0,0025Н раствора
Hg(NO3)2 соответствует 0,08865 мг хлор-иона .

19. По результатам анализа

В минерализаторах типа МД соли вводятся в дистиллят в виде
концентрированных растворов с помощью трех отдельных дозаторов.
Первый из них подает раствор NaHSO и MgSO , второй - CaCl и
третий - NaHCO и NaF. Если все показатели, определяемые с помощью
лаборатории СКЛАВ-1, будут соответствовать требуемому уровню, то
нет основания сомневаться в правильности работы дозаторов и
качестве приготовляемой воды. Отклонения в содержании хлоридов
свидетельствуют о нарушении работы дозатора второго компонента,
отклонения уровня щелочности (HCO ) - о неправильной работе
дозатора третьего компонента, а при правильной работе этого
дозатора отклонение уровня натрия говорит о дефекте дозирования
третьего компонента. Если уровень кальция и магния (общая
жесткость) соответствует требованиям, то это служит дополнительным
свидетельством правильности работы дозаторов 2-го и 3-го
компонентов.
Если при использовании минерализаторов вымывного типа
(смешение солей с дистиллятом непосредственно в судовой цистерне)
концентрации всех определяемых по вышеописанному принципу ионов
(Na , Ca , Mg , Cl , HCO ) соответствуют установленным
требованиям, то можно считать, что минерализация проведена
правильно и качество воды удовлетворительно. Отклонения
концентрации каких-либо ионов от требуемого уровня говорят о
неправильном дозировании тех компонентов, с которыми эти ионы
вводятся в воду, или об их недостаточном растворении.

20. Заключение

CКЛАВ-1 дает возможность периодически контролировать качество минерализованной воды, выявлять вероятные
источники погрешностей процесса минерализации и принимать меры к их устранению.
Получение пресной воды из забортной (морской) непосредственно на борту судна , представляет перспективный
путь решения давней и не теряющей актуальности для флота проблемы нехватки воды.
Разработка методов и аппаратов для получения опресненной воды и последующего ее кондиционирования
обеспечила возможность широкого внедрения в практику этой формы водоснабжения судов. В гигиеническом
отношении снабжение судов опресненной водой характеризуется рядом особенностей, отличающих его от
водоснабжения из береговых источников и требующих специального рассмотрения.
На выходе из водоопресснительных установок получается дистиллированная вода, то есть химически чистая, без
каких-либо минералов и солей. Употребление такой воды в пищу приводит к вымыванию солей и минералов из
костей, нарушению работы желудочно-кишечного тракта.
Для питьевых целей может использоваться опресненная морская вода после минерализации и при полном
соответствии ее требованиям по солевому составу. Обязательным при этом является ее обеззараживание.
Минерализация. должна осуществляться с помощью дозаторной установки, разрешенной орган а у санитарного
надзора, с отклонениями по каждому химическому компоненту не более чем на ± 10 — 15 %.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что контроль (анализ) минерализации опресненной воды играет
не малую роль в судовой жизни экипажа, от правильности и своевременности анализа зависит правильность
работы судового минерализатора , безопасность использования воды для питья , приготовления пищи судовому
экипажу .
По моему мнению, вода - самый важный элемент на судне, от него зависит не только работа таких энергетических
установок как главный двигатель, паровой котёл и т.д, но и самое главное - здоровье, работоспособность судового
экипажа .