船用造水機故障診斷及處理對策

廈門海洋職業技術學院 林文城

船舶上柴油機和輔機等動力裝置的冷卻、鍋爐的補給以及船員的生活等需要消耗大量的淡水，結合航運企業的經濟效益來考慮，設想從平均含鹽量為35 g/L的海水中，提取含鹽量低于10 mg/L的淡水就能滿足上述需求，這就是船舶上配備海水淡化裝置（俗稱造水機）的作用。

圖1所示為阿法拉伐（Alfa Laval）公司生產的JWP-26-C80型造水機系統原理圖，該產品屬于典型的板式換熱器的真空沸騰式裝置。工作時，造水機海水泵從海水箱中抽送海水，作為冷卻水送至冷凝器中去吸收熱量，而后一部分海水作為噴射泵的工作水，抽取系統中的空氣使造水機蒸餾器內處于高真空狀態。另一部分的海水作為被加熱水進入節流孔板蒸發器，高真空下低溫汽化成水蒸氣，加熱源來自柴油機（主機）缸套冷卻水的廢熱。加熱產生的水蒸氣在冷凝器放熱冷凝為淡水，經過鹽度計檢測，含鹽量符合要求的淡水由淡水泵送至蒸餾水艙（或淡水柜），不合格的淡水經過回流電磁閥返回蒸餾器或直接放入艙底。而部分含鹽量較大的鹽水由噴射泵抽出，并與空氣一起排出舷外。該裝置的工作參數為：蒸發溫度約為40 ℃（真空度為93%）；加熱水溫度為55~90 ℃；加熱蒸汽壓力為0.3MPa；1m3/h淡水產量平均耗熱量為767~814 kW；所產淡水含鹽量低于1.5 mg/L；淡水產量在20~30 m3/天范圍內。

一、船用造水機故障一例

以往返于中東與中國內地某貨輪為例，發現其造水機淡水產量偏低，只有 15 m3/天 左右，沒有達到設計產量。經檢查，淡水流量計正常，同時整個系統并沒有外漏現象。進一步發現鹽度計沒有報警且顯示所產淡水含鹽量為 1.3 mg/L，排除因含鹽量超標導致所產淡水大量回流蒸發器導致產量下降的可能性，同時也排除冷凝器換熱板密封圈泄漏的可能性。

二、船用造水機故障機理分析

系統正常運轉，淡水產量還是無法滿足要求，造成該故障常見的原因在于：（1）所產淡水內部泄漏；（2）加熱源熱量不足；（3）蒸發器給水量異常；（4）系統真空度不足；（5）蒸發器換熱能力下降。

造水機系統發生故障，遵循“從整體到局部”和“先簡單后復雜”的原則，根據采集的參數數值判斷其運行狀態，采用逐一排除的方法，最后確定具體的故障部位或故障原因，再采取針對性的措施進行排除修復，詳細的故障分析如下：

圖1 帶板式換熱器的真空沸騰式海水淡化裝置系統圖

1.所產淡水內部泄漏

凝水泵出口鹽度計故障和回流電磁閥關閉不嚴或無法關閉等，將造成所產淡水回流蒸發器而導致產量無法滿足要求。通過檢查鹽度計和回流電磁閥，經過試驗沒有發現異常現象，所以排除所產淡水內漏導致產量降低的可能性。

2.加熱源的熱量不足

船舶航行時，利用主機缸套冷卻水的余熱作為造水機的熱源（俗稱加熱水）。正常狀態下，調節加熱水的流量來控制造水機的產水量，加熱水溫度不足或流量不足，則蒸發量不足，直接造成淡水產量不足。故障時觀察，進出加熱器的加熱水溫度分別為 85.3 ℃和 81.7 ℃，進口溫度高且進出口溫差低于設計溫差 6~9 ℃，從而排除加熱源熱量不足導致產水量低的可能性。

3.蒸發器給水量異常

造水機海水泵的水壓不足、減壓閥故障、節流孔板堵塞或進水通道堵塞等，都將導致蒸發器給水量不足，使換熱面積減小而造成產氣量的下降，從而降低了淡水產量。

海水泵水壓過大或減壓閥故障將造成蒸發器的給水量過大，而這樣將使更多的熱量消耗于預熱或被鹽水帶走，也將降低淡水產量。

通過檢查海水泵和節流孔板的出口壓力，發現水壓數值正常，排除海水泵、減壓閥、節流孔板和進水管路等故障的可能性，從而排除蒸發器給水量異常造成淡水產量下降的嫌疑。

4.系統真空度不足

系統真空度不足，直接造成鹽水的沸點升高，蒸發量減少。在系統密封完好和真空泵正常工作的情況下，考慮到淡水產量不足，即可判斷真空度不足的原因是冷凝器的冷凝能力不足造成的。冷凝器的冷凝能力下降的原因如下：（1）海水溫度升高，導致真空泵抽氣能力和冷凝器吸熱能力下降；（2）海水泵流量不足，引起冷凝器吸熱能力下降；（3）冷凝器換熱面臟污，換熱能力下降；（4）凝水（即所產淡水）水位過高，降低有效換熱面積。

故障時造水機本體的壓力表數值為-95.1 kPa，即真空度達到94.2%，符合造水機設計要求，故排除系統真空度不足造成淡水產量低的可能性。

5.蒸發器換熱能力下降

換熱面臟污結垢，妨礙換熱，傳熱系數減小，鹽水的蒸發量下降，淡水產量隨之下降。結合以上的故障排除分析，基本上判定蒸發器換熱板臟污是造成淡水產量不足的主要原因。

三、故障的排除

切斷系統的電源，關閉造水機所有的截止閥，打開造水機蒸餾器前蓋板（見圖2），測量并記錄蒸發器換熱板總厚度后，拆下換熱板后發現其鹽水側結垢嚴重，進一步確認系統淡水產量不足是蒸發器換熱板換熱能力下降所造成的。

圖2 造水機蒸餾器構造圖

在容器中根據說明書的要求泡制一定比例的含抑制劑酸性除垢溶液，并控制溶液溫度在40 ℃左右。把拆下的換熱板按照次序放在容器中，浸泡半個小時后，用軟刷進行清洗（見圖3）。在清洗過程中，注意防止換熱板上的密封墊片的脫落和破裂，以免安裝后出現泄漏問題，同時不要劃破換熱板表面的鍍層。若出現某換熱板密封墊片損壞而無備件，可以暫時將與其相鄰的換熱板一起拆除。清洗完換熱板后，按照原來次序進行裝復，并重新測量換熱器換熱板總厚度，確認與記錄的數值相符合（若拆除個別換熱板，尺寸相應減少）。

完成蒸發器換熱板的清洗和安裝后，打開加熱水和冷卻海水的進出口截止閥，啟動主機缸套冷卻水和造水機海水泵，檢查相關壓力數值是否異常并觀察蒸餾器本體內是否泄漏，確認密封完好后再安裝前蓋板。啟動造水機系統，并讓其正常運轉數天，記錄每天淡水的產量，得到平均淡水產量值達到 26.2 m3/天，符合系統設計要求，說明系統淡水產量不足的故障已經順利排除，造水機運行恢復正常。

四、故障的防范

造水機使用一段時間后，換熱器（尤其是加熱器換熱板的鹽水側）結垢導致換熱能力降低，造成淡水產量減少的情況必定出現，故分析水垢產生的機理和采取正確的管理措施，是保證造水機長期正常運行和延長檢修周期的重要手段。

圖3 蒸發器換熱板清洗操作圖

冷凝器中采用海水作為冷卻水，而加熱器則直接對海水進行加熱蒸發最后成高濃度的鹽水。不管是海水還是鹽水，都含有較高的鹽分，雖然造水機采用高真空低沸點的工作原理，但還是會在換熱面上結成水垢。水垢的主要成分有碳酸鈣、氫氧化鎂和硫酸鈣，其中碳酸鈣主要以泥渣狀存在，大部分隨鹽水排出，而氫氧化鎂和硫酸鈣是硬垢，為保證換熱板的傳熱強度，限制這兩種水垢的生成可以采取以下措施：（1）控制蒸餾器內高真空度以維持蒸發溫度不超過75 ℃。鹽水的溫度較低時，水垢成分以碳酸鈣為主，而水溫達到75 ℃時，氫氧化鎂水垢將生成。（2）控制加熱水的溫度保持低的傳熱溫差。加熱介質與鹽水之間的溫差越大，越容易產生氫氧化鎂和硫酸鈣沉淀，故嚴禁用鍋爐產生的水蒸氣等高溫介質直接作為造水機加熱源。（3）控制鹽水的含鹽量低于海水的1.5倍。因當鹽水的含鹽量達到海水的1.5倍時，硫酸鈣水垢將開始產生，而達到3倍時，大量硫酸鈣水垢將生成。采取的措施是保證蒸發器進口海水的壓力維持在 0.3~0.4 MPa，即可以控制鹽水的含鹽量不超標。（4）保證海水投藥系統正常運行。如圖1右側所示，加藥筒加入專用蒸發器處理劑（如AMERYORAL），使鹽水中鹽分不形成水垢，而以松散細小晶體存在便于真空泵順利排出舷外。故要控制加藥筒中處理劑制成溶液的質量和水位，并通過流量指示計上的調節閥控制溶液進入蒸發器的流量，以減輕加熱面結垢程度。

五、結束語

當船用造水機發生故障時，一方面，應詳細地分析其工作原理和系統組成，將系統實時采集的數據與系統的設計值進行比較分析，結合實踐經驗，采用先易后難的排除法確定故障產生的準確部位，并采取恰當解決措施進行故障的排除；另一方面，根據故障的特點和性質，在以后的管理維護過程中采取有針對性的防范措施，避免短時間內出現類似故障，以保證系統長期安全可靠運行。

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