船舶造水機產水鹽度異常的探討

鄭仲金，王必該

(福建船政交通職業學院，福建福州 350007)

1 故障現象

某輪真空沸騰式造水機的型號PTE25/10/80。其主要技術參數如下:加熱系統為缸套水加熱;產水量10 m3/24 h;殘留鹽度值4 mg(Nacl)/L;熱水進口溫度80℃，出口溫度70℃;耗熱量326 kW;海水進口溫度32℃，出口溫度42℃;真空度93.3%。

某日值班期間，造水機鹽度計突然報警，同時通往淡水艙管路上的流量計沒有動作，而鹽水位和凝水位無明顯異常，加熱水和冷卻水的水溫表的讀數基本正常。后來經過分析檢查，發現是冷卻水進口管有一微小的洞，少量冷卻海水漏進蒸餾器，導致淡水鹽度超過設定值。處理后恢復正常。

2 造水機工作原理

真空沸騰式造水機是利用鹽分幾乎不溶于低壓蒸汽的特性，借助于真空的條件下加熱海水使之沸騰汽化并冷凝其二次蒸汽的過程，達到獲得淡水的目的。

當造水機工作時，真空泵從蒸餾器中抽除氣體以保持適合的真空度。海水泵所供海水的一部分經給水調節閥流向蒸餾器下部的蒸發器。缸套冷卻水作為加熱水進入蒸發器對海水加熱，海水受熱沸騰汽化，產生不含溶解物的蒸汽。蒸汽經汽水分離器去除小水滴后進入蒸餾器上部的冷凝器被冷卻水冷凝成淡水。凝水泵把經鹽度計檢測合格的淡水送至淡水艙。排鹽泵將蒸發器內濃縮的海水 (鹽水)排出舷外，不斷循環進行，獲得所需的淡水。

3 產水鹽度分析

造水機的工作原理說明，產水是造水機工作的外在體現，淡水就是造水機的“產品”。但是，除了要能夠制造淡水，還必須考慮淡水的“質和量”問題——其“量”，即是淡水的數量，就是“產水量”;其“質”，即是淡水的品質，就是“產水鹽度”。下面闡述造水機是如何制造出合乎鹽度要求的淡水。

3.1 蒸餾器中的質量守恒

真空沸騰式造水機的水量鹽量平衡如圖1所示［1］。

在造水機處于穩定工作狀態，蒸餾器中的鹽水位和凝水位保持穩定時，其進出蒸餾器的水量和鹽量保持著動態平衡。

圖1 水量、鹽量平衡關系

3.1.1 水量平衡關系

式中:WO為海水量;WB為鹽水量;WF為淡水量。

如圖1所示，一次蒸汽是蒸餾器下部的蒸發器的蒸發產物，是氣汽液混合物;二次蒸汽是經過汽水分離器去除的大量含鹽小水珠和真空泵抽除的空氣后一次蒸汽剩下的產物，包括干飽和水蒸氣和少量含鹽小水珠W＇;凝結的二次蒸汽量就是淡水量。

3.1.2 鹽量平衡關系

式中:SF為產水鹽度;SB為蒸發器的鹽水鹽度;S0為海水 (給水)鹽度。

理論上的淡水是鹽量WFSF等于0，但實際上，由于二次蒸汽是含有少量含鹽小水珠W＇，其鹽量不等于0，只是小水珠的數量太少了，鹽量極少，近似等于0。

3.2 產水鹽度的影響因素

根據蒸餾器中的質量守恒關系，產水鹽度是淡水鹽量與淡水量的比值，即:

式中:ω為冷凝器的濕度;W＇為含鹽小水珠質量。

3.2.1 濕度ω過高的原因

1)造水機熱負荷太大。

造水機熱負荷太大，會使海水 (給水)沸騰過于劇烈，蒸汽上升速度過大，攜帶水滴增加，造成濕度過高。

一次蒸汽是蒸發器中的海水 (給水)被缸套冷卻水加熱蒸發出來的。傳熱量首先必須滿足海水從常溫到達沸點溫度，接著才能滿足海水蒸發汽化為一次蒸汽，其中，海水升溫所需要的傳熱量叫做顯熱量，海水汽化所需要的傳熱量叫做潛熱量。因此:

式中:Q為傳熱量;Qx為顯熱量;Qq為潛熱量。

顯然，潛熱量表現在蒸發器的蒸發量上，潛熱量越大，意味著蒸發量越多，即一次蒸汽量越多。

因此:

式中:K為傳熱系數;A為傳熱面積;qv1為缸套冷卻水流量;C1為缸套冷卻水比熱容;qv2為海水(給水)流量;C2為海水 (給水)比熱容;T0為海水沸點溫度;T1為缸套冷卻水進口溫度;T3為海水 (給水)溫度。

通過上面公式，結合實際情況，除了保證傳熱系數和傳熱面積之外，可以導致潛熱量增加的因素有:海水 (給水)的流量過少;缸套冷卻水的流量過多;裝置的真空度過大。

2)蒸發器水位過高。

對豎管式蒸發器而言，水位過高，汽水分離高度減小，意味著一次蒸汽中水滴的重力分離作用越弱，這樣，二次蒸汽含水量增加，即濕度過高。當然，也不是說分離高度越大越好，當分離高度超過0.5～0.6 m之后［2］，足夠細小的水滴受汽流推動產生的升力和浮力之和已超過其重力，分離高度再大也無濟于事。

3)汽水分離器破損。

無法再進行重力分離的一次蒸汽，其中的小水滴需要經過汽水分離器再次分離，這樣才能成為合格品質的二次蒸汽。如果汽水分離器的濾芯損壞，分離效果變差甚至失去作用，那么，具有高鹽度的細小鹽水珠就大量混雜在二次蒸汽中，導致濕度過高。

3.2.2 鹽水鹽度SB的影響

給水量過少，在同樣的產水量下，意味著給水倍率μ過小。根據公式:

濃縮率ξ會過大，在海水 (給水)鹽度SO既定時，鹽水鹽度SB上升，導致產水鹽度直接提高。

3.2.3 其他因素的影響

如果二次蒸汽是合格的，即少量含鹽小水珠的質量符合要求，在合適的冷凝器的冷凝能力作用下，所產生的淡水鹽度應該是合格的。但是，冷凝器的冷凝能力是由海水來實現的，而海水對換熱器具有較強的腐蝕性，一旦維護措施不到位，海水漏入凝水側，高鹽度的海水混入淡水中，淡水鹽度會急劇升高。當淡水鹽度超過10 mg(NaCl)/L，鹽度計會通過回流電磁閥控制其回流至蒸發器或艙底，這樣造水機就不能產水了。

4 管理措施

4.1 控制給水倍率

給水倍率太低，海水 (給水)的流量過少，導致鹽水鹽度過高;同時，潛熱量過大，造水機熱負荷太大，造成濕度過高。

給水倍率太高，即給水量過大，蒸發器水位過高，導致冷凝器濕度過高。

顯然，在給水倍率太低或者太高，均會造成產水鹽度上升，給水倍率要保持在一個合適的范圍。真空沸騰式造水機的給水倍率一般保持在3～4，即濃縮率為1.5～1.3。

在造水機裝置中，一般是通過調節減壓閥，只要給水壓力保持在0.3～0.4 MPa正常范圍內［3］，給水節流孔板不堵，即可保持適當的給水倍率。

4.2 控制鹽水水位

鹽水水位過高，導致產水鹽度上升;鹽水水位過低，影響產水量。

一般地，鹽水水位控制在鹽水水位計1/2處，此時，蒸發器內海水 (給水)因含有氣泡而使水位達到上管板，使換熱面積得以保證。

在造水機裝置中，一般是通過節流孔板孔徑(或調節給水閥)和排鹽泵工作水調節閥來控制，調節水位時要注意給水倍率。

4.3 調節缸套冷卻水流量

在造水機裝置中，一般是通過改變缸套冷卻水旁通閥的開度來調節進入蒸餾器的缸套冷卻水流量，旁通閥開大，缸套冷卻水流量減小。

4.4 調節冷卻海水流量

在造水機裝置中，一般是通過改變冷卻海水進出口閥開度來調節進入冷凝器的冷卻海水流量?進出口關小，冷卻海水流量減小，維持合適的真空度。

4.5 預防冷凝器漏水

為了有效地保證冷凝器密封性問題，要經常檢查冷凝器換熱板的密封墊片是否失效，檢查防腐電極 (鋅塊)，是否蝕耗。必要時對冷凝器進行水壓試驗，判斷其是否漏泄，試驗壓力是0.6 MPa。

5 結束語

綜上所述，通過船舶造水機的產水鹽度異常現象總結了產水鹽度不合格的成因并進行簡要分析，以求針對性管理，有的放矢，預防故障發生。

［1］鄭仲金.船舶輔機 ［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］陳立軍.船舶輔機 ［M］.大連:大連海事大學出版社，2007.

［3］費千.船舶輔機［M］.大連:大連海事大學出版社，2008.