Система поглощения углекислого газа при помощи натровой извести (каждый член экипажа в 1 ч выделяет в среднем 0,025 мэ С02) устанавливается на ПЛ всех классов: на дизельных подводных лодках она используется в качестве основной системы очистки воздуха, а на атомных - аварийной. В ней загрязненный воздух прокачивается последовательно через несколько резервуаров (обычно четыре), наполненных гранулами натровой извести. При контакте воздуха с раствором гидроокиси натрия на поверхности гранул гидроокиси кальция происходят следующие химические реакции:
С02 + 2NaOH - Na2C03 + H20
Na2C03 + Ca(OH)2 - СаС03 + 2NaOH
Каждый резервуар содержит 6,8 кг натровой извести и теоретически должен поглощать 1,6 MJ углекислого газа в час. На практике этого не происходит, так как поглотительная способность в значительной степени зависит от качества натровой извести, скорости циркуляции воздуха и концентрации углекислого газа в атмосфере подводной лодки. Существенным недостатком системы является то, что скорость реакции поглощения обратно пропорцианальна времени работы установки и через 4 ч после начала работы она значительно уменьшается. Это происходит вследствие образования на поверхности гидроокиси кальция нерастворимого слоя, который замедляет реакцию. Кроме того, процесс проходит с выделением тепла, что приводит к нагреванию (до 60 °С) и обезвоживанию натровой извести, а это, в свою очередь, вызывает замедление химических реакций.
На некоторых ПЛ устанавливается система поглощения углекислого газа при помощи моноэтаноламина, в который для предотвращения выделения аммиака и других вредных веществ добавляется хилатное железо - моно-натриевая соль дигидрооксиэтилглицина. Процесс поглощения углекислого газа в этой системе осуществляется следующим образом. Предварительно отфильтрованный воздух прокачивается через пористую керамическую пластину, в верхнюю часть которой подается 30-процентный раствор моноэтаноламина. В результате образуется слой пены, обеспечивающий поглощение углекислого газа. Раствор моноэтаноламина, обогащенный углекислым газом, насосом прокачивается через секцию нагревателя {его температура повышается до 100 °С) и далее поступает в регенератор, где при температуре 135 dC и давлении около 2,1 кг/см2 закипает. В процессе кипения вода испаряется, и ее пары вместе с молекулами углекислого газа поступают в конденсатор, там они конденсируются, после чего вода возвращается в регенератора а охлажденный углекислый газ выводится за борт. Очищенный от углекислого газа моноэтанол амин возвращается в поглотительную секцию, попутно проходя два теплообменника. В первом он нагревает моноэтанол амин, обогащенный углекислым газом, а во втором охлаждается до рабочей температуры в поглотительной секции. Воздух, прошедший слой пены ? поступает в сетчатый фильтр для удаления капель моноэтанол амина и опрыскивается слабым раствором бисульфата натрия для удаления остатков моноэтанол амина и аммиака. После этого очищенный воздух подается в обще корабельную систему вентиляции,
К преимуществам этой системы следует отнести компактность, к недостаткам - сложность эксплуатации и обслуживания, обусловленную тем, что продукты распада моноэтанола ми на являются токсичными веществами.
На современных атомных подводных лодках ВМС Великобритании устанавливается универсальная система очистки воздуха типа TSMA (Temperature Swing Molecular Adsoiber). В этой системе (рис. 1) загрязненный воздух, сжатый компрессором, поступает в молекулярный фильтр, принцип действия которого основан на разделении газовой смеси путем выборочного поглощения веществ в зависимости от размеров их молекул. Фильтр состоит из кристаллов цеолита, соединенных друг с другом связующим веществом. Его внутренняя структура напоминает соты, размеры отверстий которых соответствуют размерам поглощаемых молекул. Таким образом для адсорбции молекул углекислого газа используется молекулярный фильтр с эффективным диаметром отверстий около 5 х 1010 м. Однако такой фильтр адсорбирует также молекулы воды, поэтому для обеспечения эффективной очистки воздуха от углекислого газа необходимо предварительно удалить водяные пары.
С этой целью загрязненный воздух первоначально прокачивается через блок осушки, в состав которого входят три молекулярных фильтра с эффективным диаметром отверстий около 3 х 10 |0 м. Два фильтра при этом работают в режиме поглощения, а третий - в режиме регенерации, которая обеспечивается нагнетанием горячего воздуха. Обезвоженный воздух поступает в блок поглощения углекислого газа, состоящий из четырех фильтров с эффективным диаметром большинства отверстий около 5 х 10 10 м, и последовательно проходит первый и второй фильтры. Третий фильтр в это время охлаждается чистым холодным воздухом после завершения в предыдущем цикле процесса регенерации, а четвертый очистки воэдхом подвергается регенерации в результате подвода к нему теплоты и создания частичного вакуума. Вакуумным насосом углекислый газ нагнетается в компрессор и далее удаляется за борт. Фреон в этой системе удаляется так же, как и углекислый газ, благодаря наличию в молекулярных фильтрах блока поглощения углекислого газа небольшого количества отверстий с эффективным диаметром 1 х 10 * м в дополнение к отверстиям с диаметром 5 х 10"10 м.
Процесс очистки воздуха от угарного газа и водорода, также осуществляемый в этой системе, основан на реакции окисления. Очищенный от углекислого газа воздух проходит в блоке дожигания водорода сквозь слой платинированной окиси алюминия, которая является катализатором, способствующим окислению водорода. Далее очищенный от водорода воздух охлаждается и поступает в атмосферу ПЛ. Угарный газ удаляется аналогичным образом в блоке дожигания, только вместо платинированной окиси алюминия применяется гопкалитовый катализатор. После удаления угарного газа часть воздуха используется для регенерации фильтров осушки, в то время как оставшаяся часть охлаждает фильтр, подвергавшийся регенерации в предыдущем цикле. Незначительное количество углекислого газа, образовавшееся при окислении угарного газа, вместе с воздухом поступает в атмосферу ПЛ+
На ПЛА типа "Трафальгар" устанавливаются три системы типа TSMA, каждая из которых полностью автоматизирована и функционирует независимо от двух других. Цикличность работы любой установки (рис, 2) определяется в зависимости от степени загрязненности воздуха на ПЛ. Однако такая система очистки воздуха имеет ряд недостатков. При постоянной скорости удаления углекислого газа объем воздуха, очищаемого в единицу времени, обратно пропорционален качеству очистки, что снижает эффективность системы при работе в условиях сильного загрязнения атмосферы подводной лодки. Кроме того, для увеличения объема очищаемого воздуха необходимо пропорциональное увеличение потребления энергии и размеров молекулярных фильтров.
В результате детального изучения этих проблем и проведения соответствующих экспериментов было установлено, что наиболее перспективной является установка, принцип действия которой основан на изменении давления. Впоследствии был изготовлен полномасштабный опытный образец, получивший наименование PSMA (Pressure Swing Molecular Adsorber). В нем процесс регенерации молекулярных фильтров осуществляется при пониженном (по сравнению с процессом поглощения) давлении. Испытания показали, что в системе ускоряется переход от режима адсорбции к регенерации, так как отпадает необходимость охлаждения молекулярных фильтров после завершения процесса регенерации, и более эффективно происходит очистка воздуха с невысоким содержанием углекислого газа. Кроме того, система работала при давлении, близком к окружающему, что позволяло сократить энергозатраты на сжатие воздуха. Однако возникла проблема обеспечения эффективной очистки воздуха с повышеной концентрацией угле-кислого газа в присутствии водяных паров, но она была решена в результате использования многоступенчатого процесса (рис. 3).
На первой ступени загрязненный воздух сжимается до 2 кг/см3 и прокачивается через одну из двух селикагельных пластин, где водяные пары уда* ляются. На второй ступени сухой воздух проходит молекулярный фильтр с эффективным диаметром отверстий 5 х 1010 м, адсорбирующий часть молекул углекислого газа, и направляется в молекулярный фильтр третьей ступени, в котором процесс очистки воздуха завершается. В это время второй фильтр второй ступени подвергается регенерации путем его продувки воздухом при пониженном давлении, обеспечиваемом вакуумным насосом.
Выхлоп этого насоса, содержащий 10 - 25 проц. углекислого газа, направляется в третью ступень для регенерации одного из двух находящихся там молекулярных фильтров. Концентрация углекислого газа в выхлопе вакуумного насоса третьей ступени уже достаточна для отвода его за борт.
Большое внимание уделяется проблеме очистки воздуха от угарного газа и водорода, В этих целях на дизельных подводных лодках используются в основном специальные высокотемпературные установки, а на атомных - система типа TSMA. Процесс очистки воздуха в установке осуществляется следующим образом. Загрязненный воздух поступает в нее и нагревается до 245 °С При этой температуре происходит окисление угарного газа и водорода. Предпочтительнее было бы увеличить температуру до 315 °С, так как в этом случае, кроме угарного газа и очисти аоэдуно типа PSMA водорода, окислились бы углеводороды и другие органические соединения. Однако это невозможно, поскольку при такой температуре происходит разложение фреона R12 с образованием токсичных веществ.
На современных ПЛА и ПЛАРБ повышенное внимание уделяется проблеме очистки воздуха от фреонов R{1 и RiM4- Сами по себе они не токсичны, но при нагревании разлагаются на компоненты HF и НС1, которые являются высокотоксичными веществами и активно способствуют коррозии. На атомных подводных лодках, как отмечалось выше, удаление фреона осуществляется в системе типа TSMA, а на ПЛАРБ - в установке специальной конструкции.
На ПЛАРБ загрязненный фреоном воздух крыльчатым вентилятором прогоняется через механические фильтры и поступает в предварительный нагреватель, где его температура повышается за счет тепловой энергии выхлопа, а затем в электронагревателе она доходит до 400 °С После этого воздух прокачивается сквозь слой катализатора> а далее охлаждается в два этапа: сначала в предварительном охладителе, а затем во вторичном воздушном. Охлажденный воздух поступает в резервуар, наполненный натровой известью, где компоненты фреона (НС1 и HF), а также углекислый газ поглощаются, а очищенный воздух подается в атмосферу подводной лодки. Установка может поглощать около 9,1 кг фреона кь1 в неделю при обычной его концентрации и скорости подачи воздуха 20,4 м*/ч. Что касается углеводородов, загрязняющих атмосферу ПЛ, то они удаляются в основном при помощи фильтров с наполнителем в виде активированного древесного угля.
HTTP://ATTEND.TO/COMMI
