船舶海水淡化装置研究

船舶海水淡化装置工作过程参数研究

摘要：海水淡化装置是船舶重要的辅机设备，通过控制工作参数，保证其良好的运行对远洋船舶有重要意义。本文从真空沸腾式海水淡化装置着手，运用理论分析的方法，讨论了主要工作参数对装置工作性能的影响；特别探讨了影响装置淡水制造量、淡水水质、结垢的相关因素，提出了操作管理中应该注意的有关问题和解决问题的对策。旨在提高海水淡化装置的使用性能，保证制淡水的量和质，为船舶正常航行提供有力保障。

关键词：海水淡化；结垢；造水量；水质

Abstract：Seawater desalination devices is the important auxiliary equipment of vessels. Through controling parameters, ensuring its good running is important to ships. This article beginning with the vacuum of boiling water desalination devices , using the method of analyzing theory, discusses the influence of main working parameters on device performance. Particularly discusses the influence of freshwater quantity, freshwater quality, scale ,and put forward the problems that should be paid attention to in operation management and solutions of the problems. To improve the usability of desalination equipment , guarantee the quantity and quality of fresh water, so that it can provide a powerful guarantee for the ship's normal sailing.

Key wprd：sea water desalination；scale；fresh water quantity；fresh water quality

引言

船舶在海上航行时，船舶动力装置需要消耗淡水，用于主机冷却，锅炉给水，蓄电池等，海员生活和饮用也需要大量的淡水，而船舶储水量又十分有限，所以海水淡化装置成为了船舶必备设备。但是海水淡化装置在使用过程中，经常出现故障，通过设置合适参数保证其正常运行十分必要。

1真空沸腾式海水淡化装置介绍

1.1工作原理

真空沸腾式海水淡化装置利用主机冷却水作为加热水，在高真空度的蒸发器内加热海水，海水沸腾产生蒸汽，蒸汽在冷凝器中冷凝成淡水。其内部结构如图1-1所示，主机冷却水由管路7进入蒸发器2，加热海水，产生蒸汽通过汽水分离器进入冷凝器1。舷外海水经管路5进入冷凝器，冷却蒸汽，产生淡水。喷射泵用来抽除空气，保持蒸发器内适当的真空度；也用来及时排出蒸发器内的浓盐水，避免过多的浓盐水对蒸汽品质造成不利影响。

5

1

4

8

图1-1 真空沸腾式海水淡化装置结构图

1—冷凝器2—蒸发器3—汽水分离器4—二次蒸汽5—冷凝海水入6—冷凝海水出

7—加热水入8—加热水出9—补给水10—抽真空11—排盐水

12—淡水13—盐度计

1.2主要部件

1.2.1蒸发器

蒸发器是真空沸腾式海水淡化装置的心脏，海水在蒸发器内被加热、沸腾、产生蒸汽。蒸发器内的真空度要维持在适当的范围，真空度太高则会沸腾过于剧烈，二次蒸汽携带盐水珠增加，影响水质。真空度太低则蒸发温度高，影响产水量，且会加速蒸发器结垢。现在普遍采用板式换热器，传热系数更高，结垢紧凑，清洗更方便。

1.2.2冷凝器

冷凝器位于蒸发器的上部，蒸汽从蒸发器出来后，经过汽水分离器，除去蒸汽中携带的盐水珠，进入冷凝器。冷却水进出冷凝器的温差要控制在合适范围，太高太低都会对造水机制淡水工作造成不利影响。冷却水进出冷凝器的温差过大说明冷却水流量不足，二次蒸汽不能全部被冷凝成淡水，制淡量下降。冷却水不足，蒸发器内真空度会降低，真空度降低又会造成制淡量下降。反之，温差过小，说明冷却水流量太大，会造成真空度升高，加剧海水沸腾，影响水质。

1.2.3喷射泵

喷射泵是靠高压工作流体流经喷嘴后产生的高速射流来引射被吸流体，与之进行动量交换，使被引射流体能量增加而被排送。在真空沸腾式海水淡化装置中喷射泵用来排盐水和抽真空，它的正常工作与否对于海水淡化装置十分重要。

2常见故障与参数分析

2.1产水量不足

2.1.1真空沸腾式海水淡化装置热力计算

为了便于讨论分析，我们作出如下假设：1，忽略蒸发器、冷凝器、喷射泵、管道和环境之间的热交换。2，冷凝后的淡水温度等于海水的蒸发温度。3，水的比热不变。4，液体的流量均匀。5，蒸发器、冷凝器的传热系数恒定。

蒸发器内热量平衡方程： 10122033()()m c t t m c t t m r -=-+ （1） 公式（2）中1m 表示加热水流量，/kg s ，0c 表示水的比热，0/(.)kJ kg C ,1t 表示加热管进口水温，0

C ,2t 表示加热水出口水温，0

C ,2m 表示蒸发器海水给水量，/kg s ，t 表示海水沸腾温度，0

C ,3t 表示冷却水管出口温度，0

C ,3m 表示产水量，/kg s ，r 表示水的汽化潜热，/kJ kg 。

冷凝器热量平衡方程： 40343()m c t t m r ⋅-=⋅ （2） 公式（3）中4m 表示冷却水流量，/kg s ，4t 表示冷却水进口温度，0

C

蒸发器内部加热盘管表面的热量平衡方程： 1012()tm kA m c t t ⋅∆=- （3） 公式（4）中k 表示加热管束的传热系数，20/()kw m C ⋅，A 表示蒸发器内加热管束的面积，2

m ，tm ∆表示对数平均温差，0

C 。 123123

()()ln

tm t t t t t t t t ---∆=

--[1]

（4）

以4t/d 海水淡化装置为例，蒸发器内真空度为9.1a kp 时，海水沸腾温度为440

C ，r 取2396.3/kJ kg ，取1t =780

C ，4t =250

C ，0c =4.180/(.)kJ kg C ，k =2.4520/()kw m C ⋅，模拟计算结果如下图所示：

4.4 4.3 4.2 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 产 水 量 ∕

t

7 8 9 10 11 12 13

蒸发压力∕KPa

图2-1 产水量与蒸发压力关系曲线图

22 24 26 28 30

海水温度∕0

C

图2-2 产水量与海水温度关系曲线图 4.10

4.05

4.00

3.95 3.90

3.85 3.80

产 水 量

∕ t

5.0 4.8 4.6 4.4 4.2 4.0

产 水 量 ∕

t

4.4

4.2 4.0 3.8

3.6

产水量 ∕

t