海水淡化装置分析课件

船舶海水淡化装置船舶海水淡化装置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：影响蒸馏式淡化装置工作的主要因素

一、影响淡水产量的因素二、建立和保持真空度三、影响蒸馏装置加热面结垢的因素四、影响蒸馏装置所产淡水含盐量的因素

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二、带板式换热器的真空沸腾式海水淡化装置海水淡化装置分析课件2§14–1概述1.淡水：含盐量应在1000mg／L（NaCl）以下。2.海水含盐量：大洋中海水平均含盐量约为35g／L。

3.海水盐的成分：当海水含盐量为35g／L时，各种盐类的含盐量如下表所示，其中含量最多的是NaCl和MgCl。§14–1概述34.船舶对淡水水质的要求：

船上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（NaCI）。5.海水淡化的方法：主要有蒸馏法、电渗析法（见后图）、反渗透法（见后图）和冷冻法等。

船用海水淡化绝大多数采用蒸馏法!4.船舶对淡水水质的要求：4海水淡化装置分析课件5§14–2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类：沸腾式和闪发式两种。真空沸腾式海水淡化装置工作原理图：下图主要设备：

蒸馏器（加热器、汽水分离器、冷凝器）、海水泵、凝水泵、真空泵、排盐泵、盐度计等。§14–2船用蒸馏式海水淡化装置的工作原理主要设备6

真空闪发式海水淡化装置工作原理图：右上图

真空闪发式海水淡化的特点：

结构紧凑、不易结垢、可提高加热温度，但效率较低。采用多级的效率提高显著。

多级闪发式海水淡化装置工作原理图：右下图真空闪发式海水淡化装置工作原理图：右上图7海水淡化装置的给水倍率μ：稳定工作时（蒸馏器内的水位稳定）应：

给水量Wo=产水量W＋排盐量WB

给水倍率μ：给水倍率μ=给水量Wo/产水量W蒸馏式海水淡化装置采用真空式的特点：

1）船用蒸馏式海水淡化装置真空度皆大于80％，沸点不高于60℃，可利用柴油机的缸套冷却水作加热介质，以舷外海水作冷却介质使产生的蒸汽冷凝，提高装置的经济性；2）保持较低的加热温度能使蒸发器换热面上的结垢减少和便于清除。海水淡化装置的给水倍率μ：蒸馏式海水淡化装置采用真空式的特8§14–3影响蒸馏式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：保持额定的产水量；所产淡水的含盐量符合要求。一、影响淡水产量的因素（从管理角度来分析造成淡水产量降低的原因）1）换热面脏污结垢，使蒸发器传热系数减小；2）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；§14–3影响蒸馏式淡化装置工作的主要因素1）换93）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；4）真空度不足，导致海水的沸点提高；5）加热水流量不足或温度太低，以致加热水平均温度降低；6）给水量增大（给水倍率加大）或给水温度降低，蒸发量降低，更多的热量耗于预热或被盐水带走；7）凝水回流电磁阀关闭不严，使一部分所产淡水漏回蒸馏器。日常管理中影响造水机产水量的最大因素：能否建立和保持合适的真空度。造水机使用日久后产水量会逐渐减少的主要原因：主要是加热面脏污和结垢所致。3）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10二、建立和保持真空度

真空蒸馏式淡化装置工作真空度：维持在90～94％（91.7～95.7kPa），相应蒸发温度为45～35℃。[现在也有的将真空度设计为80％～90％（81.4～91.7kPa），相应蒸发温度为60～45℃]

真空度太低—沸点增高，产水量就会减少，甚至停产。

真空度过高—沸点过低，导致沸腾过于剧烈，二次蒸汽携带水珠量增加，致使所产淡水的含盐量增加。

真空度的建立和维持：

1）真空泵建立起工作所需的真空度，并不断地抽吸；

2）冷凝器及时冷凝二次蒸汽；

3）凝水泵及时将凝结的淡水不断地抽出。二、建立和保持真空度11维持足够真空度的条件：

1）有足以与蒸发量相适应的冷凝能力。

2）真空泵应有足够的抽气能力。

3）蒸馏装置要有良好的气密性。思考题：

①冷凝能力不足有哪些原因？

②抽气能力不足有哪些原因？壳管式冷凝器结构：维持足够真空度的条件：

1）有足以与蒸发量相适应的12三、影响蒸馏装置加热面结垢的因素水垢的主要成分：

碳酸钙CaCO3、氢氧化镁Mg（OH）2和硫酸钙CaSO4海水中这些溶解度较低的盐类沉积在加热面上，它们在海水中的溶解度都很低，且随温度的升高而降低，所以在海水被加热，特别是在加热面上因形成汽泡而使海水浓缩时，就很易结晶析出，沉积形成水垢。注：CaSO4能形成难以消除的硬垢，导热能力也比不含硫酸钙的水垢要低90％，导热系数大约仅为0.23W／（m·℃）。应设法降低所生成水垢中的硫酸钙含量。氢氧化镁Mg（OH）2水垢特别是它的干垢也较难清除，不希望它在水垢中的含量变多。海水中含量较多的氯化钠NaCl、氯化镁MgCl2和硫酸镁MgSO4，它们的溶解度高，且溶解度还随温度的上升而增加，一般是不会结垢的。三、影响蒸馏装置加热面结垢的因素注：CaSO4能形成难以消除13

加热面水垢生成的速度和成分取决于：海水的沸点；盐水的含盐量；加热介质的温差。

1）海水的沸点：真空度越低，海水的沸点越高，难溶盐的溶解度下降越多，水垢生成的速度就越快。下图注：蒸馏装置不加防垢剂时一般不允许盐水温度超过75℃（以蒸汽作加热工质时要注意）。2）盐水的含盐量：

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。盐水浓度还与给水倍率、盐水流经加热器的时间长短有关。加热面水垢生成的速度和成分取决于：海水的沸点；盐水的含盐14

对蒸发器中盐水含盐量的限制：

盐水含盐量一般不允许超过海水的1.5倍。即：海水的浓缩率ξ＜1.5。控制盐水含盐量的方法：控制给水倍率。给水倍率μ=给水量Wo/产水量W海水浓缩率ξ：盐水含盐量SB与海水含盐量S0之比。如略去蒸汽携出的微量盐分，则：

给水流量W0×给水的含盐量S0=盐水的流量WB×盐水的含盐量SB

ξ=盐水含盐量SB/海水含盐量S0=1＋1/（μ－1）

给水倍率越大，海水的浓缩率就越小，所以要使浓缩率ξ＜1.5，给水倍率μ应大于3。对蒸发器中盐水含盐量的限制：

盐水含盐量一般不允15注：

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。原因：CaSO4因其在海水中的含量不大（约1200mg／L），仅占总含盐量的3.4％左右，在传热温差不大的情况下，只有在盐水的含盐量达到海水的1.5倍时CaSO4才开始析出，而在达到3倍时将会大量析出。

3）温差

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导致结垢量增加，易生成Mg（OH）2和CaSO4水垢。所以以蒸汽为加热介质时，一般是以蒸汽加热淡水，再用热淡水作为造水机加热介质。为了能更有效地防止水垢生成及清除水垢，国际市场上还有各种化学防垢剂和除垢剂出售。注：一般认为，船用真空沸腾式淡化装置适宜的给水倍率μ=316四、影响蒸馏装置所产淡水含盐量的因素

淡化装置所产淡水的含盐量SF取决于：

1）进入冷凝器的二次蒸汽的含盐水量W盐水（％）

2）蒸发器内盐水的含盐量SB（mg／L），即：

淡水的含盐量SF=W盐水SB

mg／L淡水含盐量过高的主要原因：（从管理的角度来看）

1）装置的负荷（蒸发量）过大，沸腾过于剧烈。

2）蒸发器水位太高。

3）盐水含盐量太大。

4）冷凝器漏泄，使冷却海水漏入凝水侧。四、影响蒸馏装置所产淡水含盐量的因素17§14–4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图带竖管蒸发器的真空式淡化装置系统原理图1.装置的组成：

供水系统；加热系统；冷却系统；排盐系统；抽气系统；凝水系统；盐度监控系统。§14–4船用海水淡化装置的实例及其管理图带18图带竖管蒸发器的真空式淡化装置系统原理图图带竖管蒸发器的真空式淡化装置系统原理图19盐度传感器：盐度传感器是一对测量电极，用导线与盐度计相连接。利用水的电阻系数随含盐量的增加而降低这一原理。盐度计指示仪表的刻度单位是PPm。下左图SL—30型盐度计外型下右图思考题：

如何使用和检查盐度计读数是否正常？盐度传感器：盐度传感器是一对测量电极，用导线与盐度计相连202．装置的启用和停用

（1）启用

①启用前的检查；

②抽空和给水；

③供入热水；

④供入冷却水；

⑤排出凝水。（2）停用

（停用的一般步骤）

①停止加热

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。如果停用时间较长应将蒸馏器中的盐水经泄水阀放空。图真空式淡化装置系统原理图2．装置的启用和停用图真空式淡化装置系统原理图21注意：①装置停止工作后，应防止加热水和海水漏入蒸馏器，以免引起结垢和锈蚀．甚至使蒸发器的竖管被盐垢堵塞。②当船舶驶近港口、河口或离岸不超过20nmile时，即应使海水淡化装置停止工作。

原因：这些地方的海水容易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。注意：223．装置的自动化：

(以可以自动调节的真空沸腾式海水淡化装置为例)

自动化功能块：自动起动程序；工作时自动调节程序；自动停止程序。3．装置的自动化：

(以可以自动调节的真空沸腾式234．运行中管理

1）给水流量和蒸发器水位的控制：调节给水管路上的调节阀，使给水流量保证给水倍率为3～4为宜。

给水倍率太高太低的危害：

给水倍率太低—结垢量增加；

给水倍率太大—产水量减小。

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销高。

盐水水位太高太低的危害：

盐水水位太低—会使产水量减少；

盐水水位太高—会使产水含盐量增大。4．运行中管理242）凝水泵流量和凝水水位的控制：凝水水位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。

凝水水位高低的危害：

凝水水位太高—冷凝器中被凝水浸设的管束过多，

会减少冷凝能力。

凝水水位过低—凝水泵会因流注吸高大小而可能

产生气穴现象，甚至失吸。

冷凝器凝水水位一般维持在水位计的1／2～1／3高度。注意：凝水泵是不允许在无水的情况下运转。2）凝水泵流量和凝水水位的控制：凝水水位可通过适当调节凝水253）冷却水流量和真空度的控制：通过调节冷凝器的冷却水流量来控制真空度。真空度高低的危害：

真空度太低—海水沸点升高，会使结垢加剧，产水量减少。

真空度太高—沸腾过于剧烈，使所产淡水的含盐量增加。注：

1）船用真空沸腾式海水淡化装置的蒸发温度常控制在35～45℃范围内，相应真空度为94～90％（有的蒸馏装置将蒸发温度定为45～60℃，相应真空度为90～80％）。

2）一般冷却海水流量控制在冷却海水温升为5～6℃左右。4）加热水流量和产水量的控制：

主要靠调节进入造水机的加热淡水的流量来控制产水量。加热淡水流经蒸发器的温降约为6～9℃为宜。3）冷却水流量和真空度的控制：通过调节冷凝器的冷却水流量26注意：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。

海水温度在30℃以上时应注意什么问题？①加大冷却水流量以保持足够的真空度。

原因：海水温度达30℃以上时，冷凝器的传热温差减小，冷凝能力下降；而且工作水温度升高还会降低真空泵的抽气能力，这些都会使蒸馏器的真空度下降。②减小加热水流量，降低淡水产量，以免沸点过高，结垢加剧。

原因：当冷凝器管内的水流速超过2m／s时，会严重影响管的使用寿命，故冷却水的流量一般不宜超过额定流量的130％，冷却水流经冷凝器的温升一般不宜小于4℃。如采取以上措施后真空度仍太低，必要时应减小加热水流量，降低淡水产量，以免沸点过高，结垢加剧注意：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27海水温度较低时应注意什么问题？

①减小冷却水流量。

②稍开真空破坏阀。原因：海水温度较低时，真空度会过高，以致造成盐水沸腾过于剧烈，汽流上升速度过快，致使所产淡水含盐量过高。减小冷却水流量，或稍开真空破坏阀可降低真空度。注：海水温度较低时不宜加大加热水流量使淡水产量超过设计值。海水温度较低时应注意什么问题？28真空沸腾式海水淡化装置在运行中的管理的要的点：

①保持适当的给水流量，维持蒸发器水位适宜；②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应；③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。真空沸腾式海水淡化装置在运行中的管理的要的点：295．造水装置的主要养护工作：

①适时地清洗冷凝器水侧，以免污垢堵塞冷却水管和污染换热面，妨碍传热；同时要注意检查和保持装置的气密性。②当装置工作条件正常，只是因使用过久而淡水产量逐渐减小时，应及时对蒸发器进行除垢。有条件的装置，可对给水进行连续投药处理以预防结垢，同时还可以减小所产淡水含盐量。③当所产淡水含盐量过高而又非出自于操作方面的原因时，则应检查和消除冷凝器漏泄的可能性。④应定期维护装置所用水泵及盐度检测报警设备的工作正常。盐度传感器每使用一个月左右即应拆出清洁一次，以免电极粘附污垢后，反映的电阻值不准。清洁时应在热淡水中浸洗，勿用硬物刮刷，以免损坏电极表面的铂铑镀层。

⑤应每年检查冷凝器和蒸发器中的防蚀锌板，当其耗蚀过半时取下予以换新。5．造水装置的主要养护工作：306.造水装置的漏气、漏水、清洗与除垢及给水处理的方法：

1）漏气的检查与维修：

漏气检查：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lh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。

维修：固定部件结合处的漏泄，可采用涂油漆、密封胶等办法堵漏。有些漏缝或漏孔，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。6.造水装置的漏气、漏水、清洗与除垢及给水处理的方法：31

2）漏水的检查与维修：

漏水检查：停用造水机，关闭凝水泵出口阀，继续供给冷凝器冷却水。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板的扩接不良所造成。维修：用扩管法、焊补、铁水泥修补等方法。2）漏水的检查与维修：323）给水处理

水处理剂的作用：①使海水中的难溶物质在析出时不形成水垢，而形成很小的形状不规则的松散易脱落的晶体，从而被排盐泵连续排走。②含有消泡沫剂，能消散小汽泡，防止海水飞溅，从而减少所产淡水的含盐量，便于加大蒸发率。

常用水处理剂种类：

德鲁（Drew）船用化学品公司的AMEROYAL蒸发器处理剂；

碧浪灵（Perolin）船用化学品公司的FORMET343；

马力达（Magnus）船用化学药品公司的HI－LO－VAP；

加美合（Gamlen）化工产品公司的GAMAVAP等。3）给水处理33给水投药方法及投入药量计算方法：①先按药剂说明书查出每天应投的药剂量。通常都是按每天的淡水产量计，一般约为24～30mL/（t·d），有的还要求按盐水密度作出修正；②流量指示器所用单位是mL／min，在指示器的工作范围内可任选一个数值，例如100mL／min，然后计算每日流过的容积（L）；

L=100×60×24/1000=144L/d给水投药方法及投入药量计算方法：L=100×34③将按①求出的每日投药量倒入容积约200L的贮液桶，并用海水或淡水将药剂稀释到144L；④海水淡化装置开始工作时，打开贮液桶的出口阀，将流量指示器调节到预选的100mL／min处，即可实现连续处理；⑤每24h加配药水一次。注意：这些药剂大多对眼睛、皮肤有刺激性，必须密封贮存，操作时应载手套和护目镜，万一接触皮肤或溅入眼睛要及时用清水冲洗。③将按①求出的每日投药量倒入容积约200L的贮液桶，并用354）蒸发器的清洗与除垢

管子内侧水垢的清洗：

①人工刷除。

（用钢丝刷等工具）

②化学除垢法清除。

化学除垢法的除垢剂（多数是酸性物质）：干酸粉、柠檬酸和乙醇酸钠等。

干酸粉化学除垢法：

（主要成分为氨基磺酸，并拌有缓蚀剂和指示剂）只需在每升水中溶入0.1kg的干酸粉并将注入蒸发器中即可。溶液的浓度可根据积垢情况适当增减。如能将溶液加热（温度不高于70℃），并使其经蒸发器循环流动，则更可加快除垢的速度。当水垢已被溶解而药剂已耗去85％以上时，干酸粉溶液的颜色就会由红色转为橙黄，这时即应将其放出，然后再重新换入新的溶液，直至水