船舶海水淡化裝置1

第十四章船舶海水淡化裝置第一節(jié)概述第二節(jié)船用蒸餾式海水淡化裝置的工作原理第三節(jié)影響真空蒸餾式海水淡化裝置工作的主要因素第四節(jié)船用海水淡化裝置的實例及其管理復習思考題海水淡化裝置[名詞委審定]漢英航海科技名詞(1996)]seawaterdesaltingplant,freshwatergenerator海水淡化裝置[漢英船舶大詞典]distillingsystem;seawaterdesaltingplantfreshwatergenerator2/1/20231第一節(jié)概述船舶每天都需要消耗相當數(shù)量的淡水，以滿足船員，旅客和動力裝置的需要。一般稱為淡水者含鹽量在1000mg/L以下。出于以下兩個目的，一般船舶都設有海水淡化裝置(俗稱造水機)。遠洋船舶為增加載貨噸位，不宜攜帶過多淡水；減少向港口購買淡水的費用，并增強船舶的續(xù)航能力。船舶上淡水主要是兩個來源：一個是岸上供給；一個是海水淡化裝置提供。2/1/20232海水的含鹽量海水是一種含有80多種鹽類的水溶液，其中含量超過1mg/L的有11種，含量最多的是NaCl和MgCL2。

大洋中海水平均含鹽量約為35g/L；但不同海域的海水含鹽量是不同的。海水含鹽量與所在海區(qū)的地質(zhì)、降雨量、入海河流流量和海水蒸發(fā)量等有關。

某些離河口近，蒸發(fā)量小的內(nèi)海，如波羅的海含鹽量僅為2~6.7g/L，黑海含鹽量17~18.5g/L；而某些蒸發(fā)量大的內(nèi)海，如紅海、地中海，含鹽量可高達40g/L以上。不同海域的海水含鹽量雖然不同，但各種主要鹽類所占比例卻基本不變．當海水含鹽量為35g/L時，各種鹽類的含鹽量如下表所示，2/1/20233船上淡水的使用和要求船上淡水主要用作柴油主機冷卻水、鍋爐補給水、洗滌和飲用水等用途。柴油機冷卻水只要是淡水即可；洗滌水一般要求氯離子濃度不大于200mg/L(Cl’)，硬度不大于7毫克當量／升；飲用水必須不含有害健康的雜質(zhì)、病菌和異味，含鹽量不大于500~1000mg/L，氯離子濃度不大于250~500mg/L(Cl’)，pH值為6.5~8.5。造水機生產(chǎn)的蒸餾水所含礦物質(zhì)太少，也不能殺滅病菌，故作為飲用水時應經(jīng)過礦化和殺菌處理。對鍋爐補給水的水質(zhì)要求最高，一般船用海水淡化裝置對所產(chǎn)淡水含鹽量的要求皆以鍋爐補給水標準為依據(jù)．我國船用鍋爐給水標準規(guī)定補給蒸餾水的含鹽量應小于10mg/L(NaCl)．1mg/L(NaCl)相當于0.606mg/L(CI`)2/1/20234船舶對淡水的需求量生活用水每人約150~250L/d。

動力裝置用水以主機功率計：

柴油機船每千瓦約需0.2~0.3L/d，汽輪機船每千瓦約需0.5~1.4L/d。

輔鍋爐的補水量可按蒸發(fā)量的1％~5％估計，中，高壓鍋爐按蒸發(fā)量的1％~3％計。一般主機功率為7500kW左右的柴油機貨輪，造水機容量大多不超過20~25m3/d。2/1/20235海水淡化的方法

蒸餾法電滲析法反滲透法冷凍法船用海水淡化絕大多數(shù)采用蒸餾法。2/1/20236蒸餾法

蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由于技術不斷地改進與發(fā)展，該法至今仍占統(tǒng)治地位。蒸餾淡化過程的實質(zhì)就是水蒸氣的形成過程，其原理如同海水受熱蒸發(fā)形成云，云在一定條件下遇冷形成雨，而雨是不帶咸味的。根據(jù)設備可分為蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級閃急蒸餾法等。此外，以上方法的組合也日益受到重視。2/1/20237第二節(jié)船用蒸餾式海水淡化裝置的工作原理真空蒸餾式海水淡化裝置分為沸騰式和閃發(fā)式兩種。兩者的主要區(qū)別是后者海水是在單獨的加熱器里被加熱，然后再噴入真空容器內(nèi)‘閃發(fā)’成氣。閃發(fā)式裝置雖有結垢少的優(yōu)點，但經(jīng)濟性不如沸騰式，船上已基本不用。船用蒸餾式海水淡水裝置采用真空式的好處有：可以采用溫度不太高的介質(zhì)作為熱源，利用船舶動力裝置的廢熱，提高裝置的經(jīng)濟性；保持較低的加熱溫度能減少蒸發(fā)器換熱面的結垢和便于清除。2/1/20238真空沸騰式造水機原理圖一閥、兩器、四泵

給水閥蒸發(fā)（餾）器、冷凝器海水泵、真空泵、排鹽泵、凝水泵2/1/20239真空沸騰式造水機原理加熱器豎管內(nèi)海水沸騰后產(chǎn)生的蒸汽稱為二次蒸汽，以區(qū)別于某些造水機用來加熱的蒸汽。當蒸發(fā)器內(nèi)的水位穩(wěn)定時，給水量W0等于產(chǎn)水量W和排鹽水量WB。原理演示2/1/202310真空沸騰式造水機原理圖冷凝器蒸發(fā)器加熱器凝水泵鹽度計帶豎管蒸發(fā)器的真空沸騰式造水機2/1/202311第三節(jié)影響真空蒸餾式海水淡化裝置工作的主要因素對船用真空蒸餾式海水淡化裝置的要求是：

要保持額定的產(chǎn)水量（保量）；要使所產(chǎn)淡水的含鹽量符合要求（保質(zhì)）。2/1/202312

影響淡水產(chǎn)量的因素造水機產(chǎn)水量（蒸發(fā)量）的多少，主要取決于加熱水向海水傳熱量的大小。換熱面臟污結垢，使蒸發(fā)器傳熱系數(shù)減小；加熱側(cè)發(fā)生“氣塞”，里面的氣體會影響加熱介質(zhì)流動而妨礙換熱?？赏ㄟ^放氣旋塞把氣放掉；蒸發(fā)器水位太低，使加熱水與被加熱海水間的實際換熱面積減少，蒸發(fā)器內(nèi)最適當?shù)乃皇钦眠_到上管板的位置；真空度不足，這會導致海水的沸點提高；加熱水流量不足或溫度太低，以致加熱水平均溫度降低；給水量增大(給水倍率加大)或給水溫度降低，更多的熱量耗于預熱或被鹽水帶走；凝水回流電磁閥關閉不嚴，使一部分所產(chǎn)淡水漏回蒸餾器；2/1/202313在日常管理中，造水機是否生產(chǎn)出淡水，以及產(chǎn)水量的多少，影響最大的是能否建立和保持合適的真空度；而造水機使用日久后產(chǎn)水量會逐漸減少，則往往是加熱面臟污和結垢所致。

影響淡水產(chǎn)量的因素

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真空度的建立和保持船用真空蒸餾式海水淡化裝置大都將真空度維持在90%~94％(91.7~95.7kPa)，相應蒸發(fā)溫度為45~35℃。也有的海水淡化裝置將真空度設計為80％~90％(81.4~91.7kPa)，相應蒸發(fā)溫度為60~45℃。若真空度太低，則沸點增高，產(chǎn)水量就會減少，甚至停產(chǎn)；而真空度過高，則沸點過低，又會導致沸騰過于劇烈，使二次蒸汽攜帶水珠量增加，以致所產(chǎn)淡水的含鹽量增加。2/1/202315使造水機內(nèi)保持足夠真空度的條件是：

有足以與蒸發(fā)量相適應的冷凝能力如果冷凝器換熱能力下降(冷卻水溫度升高或流量不足、冷卻水側(cè)“氣塞”、冷凝器換熱面臟污、或凝水水位過高使冷凝換熱面面積減小等)，則會使真空度降低，此外，若因加熱介質(zhì)流量過大或溫度過高以至使蒸發(fā)量過大，也會使真空度降低。在各種影響因素中最主要的擾動是冷卻海水的溫度。

真空泵應具有足夠的抽氣能力水射真空泵的工作水壓過低或工作水溫過高，排出背壓過高(>8mH2O)，噴咀磨損、堵塞、安裝不當、吸入止回閥卡死等都能使真空泵的抽氣能力下降。

裝置要有良好的氣密性

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海水的沸點裝置的真空度越低，海水的沸點越高，則難溶鹽的溶解度下降越多，水垢生成的速度就越快．而且，海水溫度的高低還決定了水垢的成分。影響蒸餾裝置加熱面結垢的因素水垢主要是由海水中某些溶解度較低的鹽類沉淀在加熱面上而形成的。水垢中CaSO4和Mg(OH)2的危害最嚴重，所以要防止它們的產(chǎn)生。2/1/202317影響蒸餾裝置加熱面結垢的因素

鹽水的含鹽量在同樣的工作壓力和傳熱溫差下，鹽水的含鹽量越大，難溶鹽的含量就越大，生成的水垢也就越多。鹽水濃度大還表明給水倍率小，鹽水經(jīng)加熱器的時間也較長，鹽類也就更容易在加熱器表面形成結垢。2/1/202318由于CaSO4水垢只有在鹽水的含鹽量達到海水的1.5倍時才開始析出，而在達到3倍時將會大量析出。因此蒸發(fā)器中的鹽水含鹽量一般不允許超過海水的1.5倍。鹽水含鹽量是由給水倍率μ來控制的。鹽水含鹽量SB與海水含鹽量S0之比稱為濃縮率ξ.2/1/202319應該指出，增大給水倍率μ雖可減少鹽水含鹽量，減輕結垢程度，但同時也會因排鹽泵和海水泵流量的增加，使裝置的熱損失和耗電量增加，導致產(chǎn)水量降低。一般認為：船用真空沸騰式淡化裝置適宜的給水倍率μ

＝3~4，此時的海水濃縮率ξ

＝1.5~1.3，不會生成CaSO4水垢。2/1/202320影響蒸餾裝置加熱面結垢的因素

傳熱溫差如果加熱介質(zhì)的溫度過高，加熱溫差過大，則加熱面附近的海水就會因汽化而濃縮嚴重，以致結垢量增加，如圖所示，易生成Mg(OH)2和CaSO4水垢。綜上所述，船用真空式造水機中，海水沸點不高，加熱溫差也不大，只要保持適宜的給水倍率，結垢是輕微的。為有效地防止水垢生成及清除水垢，還可以使用各種化學防垢劑和除垢劑。2/1/202321影響蒸餾裝置所產(chǎn)淡水含鹽量的因素

從管理的角度來看，淡水含鹽量過高的主要原因有：裝置的負荷(蒸發(fā)量)過大，沸騰過于劇烈這可能是加熱介質(zhì)的流量過大，溫度過高，或真空度過高。這時應減小冷卻水流量或稍開真空破壞閥。蒸發(fā)器水位太高對豎管式蒸發(fā)器而言，蒸發(fā)器內(nèi)水位以達到上管板為宜。蒸發(fā)器如設有水位計，這時水位計水位因不含汽泡，約在半高處。水位過高應減小給水量。鹽水含鹽量太大這時，應保證足夠的排鹽量和給水倍率。冷凝器漏泄，使冷卻海水漏入凝水側(cè)裝置所產(chǎn)淡水的含鹽量SF，取決于進入冷凝器的二次蒸汽的含水量W(％)和蒸發(fā)器內(nèi)鹽水的含鹽量SB(mg/L)，即：

mg/L2/1/202322第四節(jié)船用海水淡化裝置的實例及其管理一、帶豎管蒸發(fā)器的真空沸騰式海水淡化裝置

1．裝置的組成和工作圖14—5示出帶豎管蒸發(fā)器的真空沸騰式海水淡化裝置的系統(tǒng)實例．這種海水淡化裝置在遠洋船上使用較早，現(xiàn)仍在廣泛使用。2/1/202323遠洋船上的海水淡化裝置原理演示2/1/2023242，裝置的啟用和停用

(1)啟用①啟用前的準備

檢查蒸餾器真空破壞閥、底部泄水閥及凝水泵出口閥、給水調(diào)節(jié)閥和給水流量計旁通閥是否確已關閉。將海水引入冷凝器，再開啟蒸發(fā)器加熱淡水進、出閥，將主機缸套冷卻水引入蒸發(fā)器，然后開啟冷凝器、蒸發(fā)器的放氣閥，直至流出整股水流后關閉，如加熱和冷卻水進口為三通閥，則可在抽真空和給水后再引入加熱、冷卻水．②抽空和給水③供入熱水蒸餾器中的真空度達到要求時，將通向主機淡水冷卻器的旁通閥2關小，使主機冷卻水在蒸發(fā)器中通過。④供人冷卻水當開始產(chǎn)汽后，關小冷卻海水旁通閥，增加冷凝器的冷卻水流量，保持合適的真空度．⑤排出凝水當凝水水位達到冷凝器水位計約半高時，即可起動凝水泵，打開其出口閥，向淡水艙供水，同時接通鹽度計的電源2/1/202325(2)停用當船舶駛近港口、河口或寓岸不超過20nmile時，即應使海水淡化裝置停止工作，因為這些地方的海水容墨受到油和細菌的污染，使所產(chǎn)淡水不合衛(wèi)生要求，并容易污染造水機。裝置停用的一般步驟如下：①停止加熱。為此，應先開大加熱水調(diào)節(jié)閥，然后關閉蒸發(fā)器的熱水進、出口閥．當主機缸套水冷卻器沒有自動調(diào)溫裝置時，應同時關小其淡水旁通閥，以免進入缸套的冷卻水溫度升高．②關閉凝水排出閥，停止凝水泵的工作。③關閉給水截止閥，停止海水泵，④停止冷凝器的海水供應。⑤打開真空破壞閥。如果停用時間較長，則還應將蒸餾器中的鹽水經(jīng)泄水閥放空。2/1/2023263．海水淡化裝置的遙控和自動化近年來，輪機自動化發(fā)展迅速．實現(xiàn)了無人機艙的船舶，海水淡化裝置也必須實現(xiàn)遙控和自動調(diào)節(jié)．圖14—8所示為可以遙控和自動調(diào)節(jié)的真空沸騰式海水淡化裝置的簡圖，其主要特點如下：2/1/202327(1)在蒸餾器的殼體上裝有一個可由蒸發(fā)溫度繼電器l控制的常開式真空調(diào)節(jié)電磁閥2。運行時，如海水溫度較低，以致使真空度增加到94％(對應的蒸發(fā)溫度降到35℃)時，用蒸發(fā)溫度繼電器1使電磁閥2斷電而開啟，外界空氣遂得以進人蒸餾器．直至真空度降至正常范圍，對應的蒸發(fā)強度上升至調(diào)定值(調(diào)定幅差值)后，繼電器才重新通電，使電磁閥關閉，從而到自動調(diào)節(jié)真空度的目的．至于冷卻海水則始終保持額定流量而無需調(diào)節(jié)．2/1/202328(2)系統(tǒng)裝有壓力繼電器7和液控泄放閥6。當裝置建立起給定的給水壓力后，泄放閥6就會在水壓的作用下自動關閉．在給水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，致使蛤水壓力下降至調(diào)定值時，繼電器7就會接通報警電路。而在裝置停止工作、海水蔡供水壓力消失后，用閥6就會自動開啟從而將蒸餾器中的存水泄空。(3)裝置的加熱與冷卻系統(tǒng)始終和主機的海、淡水系統(tǒng)串聯(lián)(圖中未示出)。這樣，在裝置停用后，雖會使主機的海淡水系統(tǒng)附加一些流動阻力，但卻能在裝置啟，停時省去開、關閥件及放氣等諸多操作。2/1/2023294．運行中管理(1)給水倍率的控制

調(diào)節(jié)給水管路上的調(diào)節(jié)閥，使給水流量保證給水倍率u為3—4為宜。給水倍率合適且排鹽泵工作正常時，蒸發(fā)器內(nèi)部水位應比上管板稍高，給水倍率太大，也有可能使鹽水水位太高，會使產(chǎn)水含鹽量增大。(2)凝水水位的控制冷凝器凝水水位一般維持在水位計的1／2～1／3高度。凝水水位取決于冷凝器單位時間的凝水量和凝水泵的流量，當二者相等時水位也就穩(wěn)定。運行中凝水水位如不合適，可通過適當調(diào)節(jié)凝水泵出口閥的開度來調(diào)節(jié)凝水泵的流量。2/1/202330(3)真空度的控制船用真空沸騰式淡化裝置的蒸發(fā)溫度?？刂圃?5～45℃范圍內(nèi)，相應真空度為94％一90％。但現(xiàn)在也有的蒸餾裝置將蒸發(fā)溫度定為45～60℃，相應真空度為90％～80％。裝置的真空度是通過調(diào)節(jié)冷凝器的冷卻水流量來控制的。一般冷卻海水流量控制在冷卻海水溫升為5～6℃左右。真空度太低，海水沸點升高，會使結垢加劇，產(chǎn)水量減少；而真空度太高，則沸騰過于劇烈，又會使所產(chǎn)淡水的含鹽量增加。（4）產(chǎn)水量的控制裝置的產(chǎn)水量主要靠調(diào)節(jié)進入造水機的加熱淡水的流量來控制。如果關小旁通閥2，增大加熱水的流量，則加熱淡水流經(jīng)蒸發(fā)器的溫降減小(平均溫度升高)，產(chǎn)水量提高，反之，則淡水產(chǎn)量降低。通常，加熱淡水流經(jīng)蒸發(fā)器的溫降約為6～9℃．2/1/202331小結：真空沸騰式誨水淡化裝置在運行中的管理：保持適當?shù)慕o水流量，維持蒸發(fā)器水位適宜；調(diào)節(jié)凝水泵流量使之與淡水產(chǎn)量相適應，以維持適當?shù)哪唬豢刂评鋮s海水流量(必要時稍開真空破壞閥，維持適當?shù)恼婵斩?；控制加熱水流量，維持適當?shù)牡a(chǎn)量，注意防止負荷過大、沸騰過于劇烈。只要供水量及排鹽泵工作正常，鹽水的含鹽量一般是會保持在合適的范圍之內(nèi)的．蒸餾裝置工作中最可能發(fā)生的干擾是海水溫度變化，它直接影響到真空度。只要真空度穩(wěn)定，其它各項參數(shù)如產(chǎn)水量、給水量、蒸發(fā)器水位和凝水水位不必經(jīng)常調(diào)節(jié)。故誨水淡化裝置工作穩(wěn)定后，一般無需專人看管，而只要定期巡視即可．2/1/202332

(1)漏氣及其防止檢查海水淡化裝置的密封性:可將蒸餾器通外界的各閥關閉，然后啟用噴射泵，盡可能將蒸餾器抽至工作所要求的真空度后停止抽氣．如在1h內(nèi)真空度下降超過10％，即表明密封性不合格。至于具體漏泄處，則可在蒸餾器保持較高真空度的情況下，以燭火或線香沿各接合面慢慢移動，如發(fā)現(xiàn)燭火或煙向內(nèi)偏移，則表明該處漏氣．通常最易漏氣的地方是凝水泵的軸封和閥桿填料等處．固定部件結合處的漏泄，可采用涂油漆、密封膠等辦法堵漏。有些滑縫或漏孔，可先塞上適當?shù)奶畛湮铮僭谕饷嫱恳杂推?、瀝青或環(huán)氧樹脂等。2/1/202333(2)漏水及其防止檢驗冷凝器是否漏水，可停用造水機，關閉凝水泵出口閥，繼續(xù)供給冷疑器冷卻水．如果凝水水位逐漸升高，則表明冷凝器漏泄，即冷卻海水漏到了凝水一側(cè)．這一點可短時間關閉通往淡水柜的截止閥，啟動凝水泵，檢測鹽度予以證實．為進一步確定漏泄部位，可關閉冷卻水進、出口閥，將冷卻海水泄空后拆下冷凝器端蓋，用前述線香或燭火法查漏．也可通過向冷凝器內(nèi)壓水(最好是熱水)的方法來查漏．經(jīng)驗表明，漏泄大多是由于管與管扳的擴接不良所造成．2/1/202334

(3)給水處理及蒸發(fā)器的清洗與除垢給水處理海水淡化裝