船舶海水淡化装置1

第十四章船舶海水淡化装置第一节概述第二节船用蒸馏式海水淡化装置的工作原理第三节影响真空蒸馏式海水淡化装置工作的主要因素第四节船用海水淡化装置的实例及其管理复习思考题海水淡化装置[名词委审定]汉英航海科技名词(1996)]seawaterdesaltingplant,freshwatergenerator海水淡化装置[汉英船舶大词典]distillingsystem;seawaterdesaltingplantfreshwatergenerator2/1/20231第一节概述船舶每天都需要消耗相当数量的淡水，以满足船员，旅客和动力装置的需要。一般称为淡水者含盐量在1000mg/L以下。出于以下两个目的，一般船舶都设有海水淡化装置(俗称造水机)。远洋船舶为增加载货吨位，不宜携带过多淡水；减少向港口购买淡水的费用，并增强船舶的续航能力。船舶上淡水主要是两个来源：一个是岸上供给；一个是海水淡化装置提供。2/1/20232海水的含盐量海水是一种含有80多种盐类的水溶液，其中含量超过1mg/L的有11种，含量最多的是NaCl和MgCL2。

大洋中海水平均含盐量约为35g/L；但不同海域的海水含盐量是不同的。海水含盐量与所在海区的地质、降雨量、入海河流流量和海水蒸发量等有关。

某些离河口近，蒸发量小的内海，如波罗的海含盐量仅为2~6.7g/L，黑海含盐量17~18.5g/L；而某些蒸发量大的内海，如红海、地中海，含盐量可高达40g/L以上。不同海域的海水含盐量虽然不同，但各种主要盐类所占比例却基本不变．当海水含盐量为35g/L时，各种盐类的含盐量如下表所示，2/1/20233船上淡水的使用和要求船上淡水主要用作柴油主机冷却水、锅炉补给水、洗涤和饮用水等用途。柴油机冷却水只要是淡水即可；洗涤水一般要求氯离子浓度不大于200mg/L(Cl’)，硬度不大于7毫克当量／升；饮用水必须不含有害健康的杂质、病菌和异味，含盐量不大于500~1000mg/L，氯离子浓度不大于250~500mg/L(Cl’)，pH值为6.5~8.5。造水机生产的蒸馏水所含矿物质太少，也不能杀灭病菌，故作为饮用水时应经过矿化和杀菌处理。对锅炉补给水的水质要求最高，一般船用海水淡化装置对所产淡水含盐量的要求皆以锅炉补给水标准为依据．我国船用锅炉给水标准规定补给蒸馏水的含盐量应小于10mg/L(NaCl)．1mg/L(NaCl)相当于0.606mg/L(CI`)2/1/20234船舶对淡水的需求量生活用水每人约150~250L/d。

动力装置用水以主机功率计：

柴油机船每千瓦约需0.2~0.3L/d，汽轮机船每千瓦约需0.5~1.4L/d。

辅锅炉的补水量可按蒸发量的1％~5％估计，中，高压锅炉按蒸发量的1％~3％计。一般主机功率为7500kW左右的柴油机货轮，造水机容量大多不超过20~25m3/d。2/1/20235海水淡化的方法

蒸馏法电渗析法反渗透法冷冻法船用海水淡化绝大多数采用蒸馏法。2/1/20236蒸馏法

蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。根据设备可分为蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。此外，以上方法的组合也日益受到重视。2/1/20237第二节船用蒸馏式海水淡化装置的工作原理真空蒸馏式海水淡化装置分为沸腾式和闪发式两种。两者的主要区别是后者海水是在单独的加热器里被加热，然后再喷入真空容器内‘闪发’成气。闪发式装置虽有结垢少的优点，但经济性不如沸腾式，船上已基本不用。船用蒸馏式海水淡水装置采用真空式的好处有：可以采用温度不太高的介质作为热源，利用船舶动力装置的废热，提高装置的经济性；保持较低的加热温度能减少蒸发器换热面的结垢和便于清除。2/1/20238真空沸腾式造水机原理图一阀、两器、四泵

给水阀蒸发（馏）器、冷凝器海水泵、真空泵、排盐泵、凝水泵2/1/20239真空沸腾式造水机原理加热器竖管内海水沸腾后产生的蒸汽称为二次蒸汽，以区别于某些造水机用来加热的蒸汽。当蒸发器内的水位稳定时，给水量W0等于产水量W和排盐水量WB。原理演示2/1/202310真空沸腾式造水机原理图冷凝器蒸发器加热器凝水泵盐度计带竖管蒸发器的真空沸腾式造水机2/1/202311第三节影响真空蒸馏式海水淡化装置工作的主要因素对船用真空蒸馏式海水淡化装置的要求是：

要保持额定的产水量（保量）；要使所产淡水的含盐量符合要求（保质）。2/1/202312

影响淡水产量的因素造水机产水量（蒸发量）的多少，主要取决于加热水向海水传热量的大小。换热面脏污结垢，使蒸发器传热系数减小；加热侧发生“气塞”，里面的气体会影响加热介质流动而妨碍换热。可通过放气旋塞把气放掉；蒸发器水位太低，使加热水与被加热海水间的实际换热面积减少，蒸发器内最适当的水位是正好达到上管板的位置；真空度不足，这会导致海水的沸点提高；加热水流量不足或温度太低，以致加热水平均温度降低；给水量增大(给水倍率加大)或给水温度降低，更多的热量耗于预热或被盐水带走；凝水回流电磁阀关闭不严，使一部分所产淡水漏回蒸馏器；2/1/202313在日常管理中，造水机是否生产出淡水，以及产水量的多少，影响最大的是能否建立和保持合适的真空度；而造水机使用日久后产水量会逐渐减少，则往往是加热面脏污和结垢所致。

影响淡水产量的因素

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真空度的建立和保持船用真空蒸馏式海水淡化装置大都将真空度维持在90%~94％(91.7~95.7kPa)，相应蒸发温度为45~35℃。也有的海水淡化装置将真空度设计为80％~90％(81.4~91.7kPa)，相应蒸发温度为60~45℃。若真空度太低，则沸点增高，产水量就会减少，甚至停产；而真空度过高，则沸点过低，又会导致沸腾过于剧烈，使二次蒸汽携带水珠量增加，以致所产淡水的含盐量增加。2/1/202315使造水机内保持足够真空度的条件是：

有足以与蒸发量相适应的冷凝能力如果冷凝器换热能力下降(冷却水温度升高或流量不足、冷却水侧“气塞”、冷凝器换热面脏污、或凝水水位过高使冷凝换热面面积减小等)，则会使真空度降低，此外，若因加热介质流量过大或温度过高以至使蒸发量过大，也会使真空度降低。在各种影响因素中最主要的扰动是冷却海水的温度。

真空泵应具有足够的抽气能力水射真空泵的工作水压过低或工作水温过高，排出背压过高(>8mH2O)，喷咀磨损、堵塞、安装不当、吸入止回阀卡死等都能使真空泵的抽气能力下降。

装置要有良好的气密性

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海水的沸点装置的真空度越低，海水的沸点越高，则难溶盐的溶解度下降越多，水垢生成的速度就越快．而且，海水温度的高低还决定了水垢的成分。影响蒸馏装置加热面结垢的因素水垢主要是由海水中某些溶解度较低的盐类沉淀在加热面上而形成的。水垢中CaSO4和Mg(OH)2的危害最严重，所以要防止它们的产生。2/1/202317影响蒸馏装置加热面结垢的因素

盐水的含盐量在同样的工作压力和传热温差下，盐水的含盐量越大，难溶盐的含量就越大，生成的水垢也就越多。盐水浓度大还表明给水倍率小，盐水经加热器的时间也较长，盐类也就更容易在加热器表面形成结垢。2/1/202318由于CaSO4水垢只有在盐水的含盐量达到海水的1.5倍时才开始析出，而在达到3倍时将会大量析出。因此蒸发器中的盐水含盐量一般不允许超过海水的1.5倍。盐水含盐量是由给水倍率μ来控制的。盐水含盐量SB与海水含盐量S0之比称为浓缩率ξ.2/1/202319应该指出，增大给水倍率μ虽可减少盐水含盐量，减轻结垢程度，但同时也会因排盐泵和海水泵流量的增加，使装置的热损失和耗电量增加，导致产水量降低。一般认为：船用真空沸腾式淡化装置适宜的给水倍率μ

＝3~4，此时的海水浓缩率ξ

＝1.5~1.3，不会生成CaSO4水垢。2/1/202320影响蒸馏装置加热面结垢的因素

传热温差如果加热介质的温度过高，加热温差过大，则加热面附近的海水就会因汽化而浓缩严重，以致结垢量增加，如图所示，易生成Mg(OH)2和CaSO4水垢。综上所述，船用真空式造水机中，海水沸点不高，加热温差也不大，只要保持适宜的给水倍率，结垢是轻微的。为有效地防止水垢生成及清除水垢，还可以使用各种化学防垢剂和除垢剂。2/1/202321影响蒸馏装置所产淡水含盐量的因素

从管理的角度来看，淡水含盐量过高的主要原因有：装置的负荷(蒸发量)过大，沸腾过于剧烈这可能是加热介质的流量过大，温度过高，或真空度过高。这时应减小冷却水流量或稍开真空破坏阀。蒸发器水位太高对竖管式蒸发器而言，蒸发器内水位以达到上管板为宜。蒸发器如设有水位计，这时水位计水位因不含汽泡，约在半高处。水位过高应减小给水量。盐水含盐量太大这时，应保证足够的排盐量和给水倍率。冷凝器漏泄，使冷却海水漏入凝水侧装置所产淡水的含盐量SF，取决于进入冷凝器的二次蒸汽的含水量W(％)和蒸发器内盐水的含盐量SB(mg/L)，即：

mg/L2/1/202322第四节船用海水淡化装置的实例及其管理一、带竖管蒸发器的真空沸腾式海水淡化装置

1．装置的组成和工作图14—5示出带竖管蒸发器的真空沸腾式海水淡化装置的系统实例．这种海水淡化装置在远洋船上使用较早，现仍在广泛使用。2/1/202323远洋船上的海水淡化装置原理演示2/1/2023242，装置的启用和停用

(1)启用①启用前的准备

检查蒸馏器真空破坏阀、底部泄水阀及凝水泵出口阀、给水调节阀和给水流量计旁通阀是否确已关闭。将海水引入冷凝器，再开启蒸发器加热淡水进、出阀，将主机缸套冷却水引入蒸发器，然后开启冷凝器、蒸发器的放气阀，直至流出整股水流后关闭，如加热和冷却水进口为三通阀，则可在抽真空和给水后再引入加热、冷却水．②抽空和给水③供入热水蒸馏器中的真空度达到要求时，将通向主机淡水冷却器的旁通阀2关小，使主机冷却水在蒸发器中通过。④供人冷却水当开始产汽后，关小冷却海水旁通阀，增加冷凝器的冷却水流量，保持合适的真空度．⑤排出凝水当凝水水位达到冷凝器水位计约半高时，即可起动凝水泵，打开其出口阀，向淡水舱供水，同时接通盐度计的电源2/1/202325(2)停用当船舶驶近港口、河口或寓岸不超过20nmile时，即应使海水淡化装置停止工作，因为这些地方的海水容墨受到油和细菌的污染，使所产淡水不合卫生要求，并容易污染造水机。装置停用的一般步骤如下：①停止加热。为此，应先开大加热水调节阀，然后关闭蒸发器的热水进、出口阀．当主机缸套水冷却器没有自动调温装置时，应同时关小其淡水旁通阀，以免进入缸套的冷却水温度升高．②关闭凝水排出阀，停止凝水泵的工作。③关闭给水截止阀，停止海水泵，④停止冷凝器的海水供应。⑤打开真空破坏阀。如果停用时间较长，则还应将蒸馏器中的盐水经泄水阀放空。2/1/2023263．海水淡化装置的遥控和自动化近年来，轮机自动化发展迅速．实现了无人机舱的船舶，海水淡化装置也必须实现遥控和自动调节．图14—8所示为可以遥控和自动调节的真空沸腾式海水淡化装置的简图，其主要特点如下：2/1/202327(1)在蒸馏器的壳体上装有一个可由蒸发温度继电器l控制的常开式真空调节电磁阀2。运行时，如海水温度较低，以致使真空度增加到94％(对应的蒸发温度降到35℃)时，用蒸发温度继电器1使电磁阀2断电而开启，外界空气遂得以进人蒸馏器．直至真空度降至正常范围，对应的蒸发强度上升至调定值(调定幅差值)后，继电器才重新通电，使电磁阀关闭，从而到自动调节真空度的目的．至于冷却海水则始终保持额定流量而无需调节．2/1/202328(2)系统装有压力继电器7和液控泄放阀6。当装置建立起给定的给水压力后，泄放阀6就会在水压的作用下自动关闭．在给水系统出现故障，致使蛤水压力下降至调定值时，继电器7就会接通报警电路。而在装置停止工作、海水蔡供水压力消失后，用阀6就会自动开启从而将蒸馏器中的存水泄空。(3)装置的加热与冷却系统始终和主机的海、淡水系统串联(图中未示出)。这样，在装置停用后，虽会使主机的海淡水系统附加一些流动阻力，但却能在装置启，停时省去开、关阀件及放气等诸多操作。2/1/2023294．运行中管理(1)给水倍率的控制

调节给水管路上的调节阀，使给水流量保证给水倍率u为3—4为宜。给水倍率合适且排盐泵工作正常时，蒸发器内部水位应比上管板稍高，给水倍率太大，也有可能使盐水水位太高，会使产水含盐量增大。(2)凝水水位的控制冷凝器凝水水位一般维持在水位计的1／2～1／3高度。凝水水位取决于冷凝器单位时间的凝水量和凝水泵的流量，当二者相等时水位也就稳定。运行中凝水水位如不合适，可通过适当调节凝水泵出口阀的开度来调节凝水泵的流量。2/1/202330(3)真空度的控制船用真空沸腾式淡化装置的蒸发温度常控制在35～45℃范围内，相应真空度为94％一90％。但现在也有的蒸馏装置将蒸发温度定为45～60℃，相应真空度为90％～80％。装置的真空度是通过调节冷凝器的冷却水流量来控制的。一般冷却海水流量控制在冷却海水温升为5～6℃左右。真空度太低，海水沸点升高，会使结垢加剧，产水量减少；而真空度太高，则沸腾过于剧烈，又会使所产淡水的含盐量增加。（4）产水量的控制装置的产水量主要靠调节进入造水机的加热淡水的流量来控制。如果关小旁通阀2，增大加热水的流量，则加热淡水流经蒸发器的温降减小(平均温度升高)，产水量提高，反之，则淡水产量降低。通常，加热淡水流经蒸发器的温降约为6～9℃．2/1/202331小结：真空沸腾式诲水淡化装置在运行中的管理：保持适当的给水流量，维持蒸发器水位适宜；调节凝水泵流量使之与淡水产量相适应，以维持适当的凝水水位；控制冷却海水流量(必要时稍开真空破坏阀，维持适当的真空度；控制加热水流量，维持适当的淡水产量，注意防止负荷过大、沸腾过于剧烈。只要供水量及排盐泵工作正常，盐水的含盐量一般是会保持在合适的范围之内的．蒸馏装置工作中最可能发生的干扰是海水温度变化，它直接影响到真空度。只要真空度稳定，其它各项参数如产水量、给水量、蒸发器水位和凝水水位不必经常调节。故诲水淡化装置工作稳定后，一般无需专人看管，而只要定期巡视即可．2/1/202332

(1)漏气及其防止检查海水淡化装置的密封性:可将蒸馏器通外界的各阀关闭，然后启用喷射泵，尽可能将蒸馏器抽至工作所要求的真空度后停止抽气．如在1h内真空度下降超过10％，即表明密封性不合格。至于具体漏泄处，则可在蒸馏器保持较高真空度的情况下，以烛火或线香沿各接合面慢慢移动，如发现烛火或烟向内偏移，则表明该处漏气．通常最易漏气的地方是凝水泵的轴封和阀杆填料等处．固定部件结合处的漏泄，可采用涂油漆、密封胶等办法堵漏。有些滑缝或漏孔，可先塞上适当的填充物，再在外面涂以油漆、沥青或环氧树脂等。2/1/202333(2)漏水及其防止检验冷凝器是否漏水，可停用造水机，关闭凝水泵出口阀，继续供给冷疑器冷却水．如果凝水水位逐渐升高，则表明冷凝器漏泄，即冷却海水漏到了凝水一侧．这一点可短时间关闭通往淡水柜的截止阀，启动凝水泵，检测盐度予以证实．为进一步确定漏泄部位，可关闭冷却水进、出口阀，将冷却海水泄空后拆下冷凝器端盖，用前述线香或烛火法查漏．也可通过向冷凝器内压水(最好是热水)的方法来查漏．经验表明，漏泄大多是由于管与管扳的扩接不良所造成．2/1/202334

(3)给水处理及蒸发器的清洗与除垢给水处理海水淡化装