海水淡化演示

4．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。
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。
第十四章 船舶海水淡化装臵
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
3）蒸发器水位太低，使加热水与被加热海水间的实际换热 面积减少。蒸发器内最适当的水位是正好达到上管板的位臵； 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。
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。
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。
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
4. 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臵 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10 mg／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!
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）装臵的负荷（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。
多级闪发式海水淡化装置工 作原理图：右下图
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臵真空度皆大于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，提高装臵的经济性； 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。
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冷凝能力 。 2）真空泵应有足够的抽气能力。 3）蒸馏装臵要有良好的气密性。
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？
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
§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。
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。
注意：凝水泵是不允许在无水的情况下运转。
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臵的蒸发温度常控制在35～ 45 ℃范围内，相应真空度为94～90％（有的蒸馏装臵将蒸发 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。
§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
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。
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
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？
2．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。
图 真空式淡化装置系统原理图
（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。
注：
一般认为，船用真空沸腾式淡化装臵适宜的给水倍率 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。
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。
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～ 95.7 kPa），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。
注：蒸馏装臵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。
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。
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 0.23 W／（m· ℃）。应 设法降低所生成水垢中的硫酸钙含量。
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。
真空沸腾式海水淡化装置在运行中的管理的要的点：
加热淡水流经蒸发器的温降约为6～9℃为宜。
注意：蒸馏装置工作中最可能发生的干扰是海水温度变ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，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：
①装臵停止工作后，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 20 n mile时，即应 使海水淡化装臵停止工作。 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。
3．装置的自动化： (以可以自动调节的真空沸腾式海水淡化装臵为例) 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。
二、带板式换热器的真空沸腾式海水淡化装置
§14 – 1
概 述
1. 淡水：含盐量应在 1000 mg／L（ NaCl）以下。
2. 海水含盐量：大洋中海水平均含盐量约为35 g／L。
3. 海水盐的成分：当海水含盐量为35 g／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。
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。
5．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臵的气密性。 ②当装臵工作条件正常，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。有条件的装臵，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应定期维护装臵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。
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。
§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；