船舶造水机产水盐度异常的探讨

郑仲金，王必该

(福建船政交通职业学院，福建福州 350007)

1 故障现象

某轮真空沸腾式造水机的型号PTE25/10/80。其主要技术参数如下:加热系统为缸套水加热;产水量10 m3/24 h;残留盐度值4 mg(Nacl)/L;热水进口温度80℃，出口温度70℃;耗热量326 kW;海水进口温度32℃，出口温度42℃;真空度93.3%。

某日值班期间，造水机盐度计突然报警，同时通往淡水舱管路上的流量计没有动作，而盐水位和凝水位无明显异常，加热水和冷却水的水温表的读数基本正常。后来经过分析检查，发现是冷却水进口管有一微小的洞，少量冷却海水漏进蒸馏器，导致淡水盐度超过设定值。处理后恢复正常。

2 造水机工作原理

真空沸腾式造水机是利用盐分几乎不溶于低压蒸汽的特性，借助于真空的条件下加热海水使之沸腾汽化并冷凝其二次蒸汽的过程，达到获得淡水的目的。

当造水机工作时，真空泵从蒸馏器中抽除气体以保持适合的真空度。海水泵所供海水的一部分经给水调节阀流向蒸馏器下部的蒸发器。缸套冷却水作为加热水进入蒸发器对海水加热，海水受热沸腾汽化，产生不含溶解物的蒸汽。蒸汽经汽水分离器去除小水滴后进入蒸馏器上部的冷凝器被冷却水冷凝成淡水。凝水泵把经盐度计检测合格的淡水送至淡水舱。排盐泵将蒸发器内浓缩的海水 (盐水)排出舷外，不断循环进行，获得所需的淡水。

3 产水盐度分析

造水机的工作原理说明，产水是造水机工作的外在体现，淡水就是造水机的“产品”。但是，除了要能够制造淡水，还必须考虑淡水的“质和量”问题——其“量”，即是淡水的数量，就是“产水量”;其“质”，即是淡水的品质，就是“产水盐度”。下面阐述造水机是如何制造出合乎盐度要求的淡水。

3.1 蒸馏器中的质量守恒

真空沸腾式造水机的水量盐量平衡如图1所示［1］。

在造水机处于稳定工作状态，蒸馏器中的盐水位和凝水位保持稳定时，其进出蒸馏器的水量和盐量保持着动态平衡。

图1 水量、盐量平衡关系

3.1.1 水量平衡关系

式中:WO为海水量;WB为盐水量;WF为淡水量。

如图1所示，一次蒸汽是蒸馏器下部的蒸发器的蒸发产物，是气汽液混合物;二次蒸汽是经过汽水分离器去除的大量含盐小水珠和真空泵抽除的空气后一次蒸汽剩下的产物，包括干饱和水蒸气和少量含盐小水珠W＇;凝结的二次蒸汽量就是淡水量。

3.1.2 盐量平衡关系

式中:SF为产水盐度;SB为蒸发器的盐水盐度;S0为海水 (给水)盐度。

理论上的淡水是盐量WFSF等于0，但实际上，由于二次蒸汽是含有少量含盐小水珠W＇，其盐量不等于0，只是小水珠的数量太少了，盐量极少，近似等于0。

3.2 产水盐度的影响因素

根据蒸馏器中的质量守恒关系，产水盐度是淡水盐量与淡水量的比值，即:

式中:ω为冷凝器的湿度;W＇为含盐小水珠质量。

3.2.1 湿度ω过高的原因

1)造水机热负荷太大。

造水机热负荷太大，会使海水 (给水)沸腾过于剧烈，蒸汽上升速度过大，携带水滴增加，造成湿度过高。

一次蒸汽是蒸发器中的海水 (给水)被缸套冷却水加热蒸发出来的。传热量首先必须满足海水从常温到达沸点温度，接着才能满足海水蒸发汽化为一次蒸汽，其中，海水升温所需要的传热量叫做显热量，海水汽化所需要的传热量叫做潜热量。因此:

式中:Q为传热量;Qx为显热量;Qq为潜热量。

显然，潜热量表现在蒸发器的蒸发量上，潜热量越大，意味着蒸发量越多，即一次蒸汽量越多。

因此:

式中:K为传热系数;A为传热面积;qv1为缸套冷却水流量;C1为缸套冷却水比热容;qv2为海水(给水)流量;C2为海水 (给水)比热容;T0为海水沸点温度;T1为缸套冷却水进口温度;T3为海水 (给水)温度。

通过上面公式，结合实际情况，除了保证传热系数和传热面积之外，可以导致潜热量增加的因素有:海水 (给水)的流量过少;缸套冷却水的流量过多;装置的真空度过大。

2)蒸发器水位过高。

对竖管式蒸发器而言，水位过高，汽水分离高度减小，意味着一次蒸汽中水滴的重力分离作用越弱，这样，二次蒸汽含水量增加，即湿度过高。当然，也不是说分离高度越大越好，当分离高度超过0.5～0.6 m之后［2］，足够细小的水滴受汽流推动产生的升力和浮力之和已超过其重力，分离高度再大也无济于事。

3)汽水分离器破损。

无法再进行重力分离的一次蒸汽，其中的小水滴需要经过汽水分离器再次分离，这样才能成为合格品质的二次蒸汽。如果汽水分离器的滤芯损坏，分离效果变差甚至失去作用，那么，具有高盐度的细小盐水珠就大量混杂在二次蒸汽中，导致湿度过高。

3.2.2 盐水盐度SB的影响

给水量过少，在同样的产水量下，意味着给水倍率μ过小。根据公式:

浓缩率ξ会过大，在海水 (给水)盐度SO既定时，盐水盐度SB上升，导致产水盐度直接提高。

3.2.3 其他因素的影响

如果二次蒸汽是合格的，即少量含盐小水珠的质量符合要求，在合适的冷凝器的冷凝能力作用下，所产生的淡水盐度应该是合格的。但是，冷凝器的冷凝能力是由海水来实现的，而海水对换热器具有较强的腐蚀性，一旦维护措施不到位，海水漏入凝水侧，高盐度的海水混入淡水中，淡水盐度会急剧升高。当淡水盐度超过10 mg(NaCl)/L，盐度计会通过回流电磁阀控制其回流至蒸发器或舱底，这样造水机就不能产水了。

4 管理措施

4.1 控制给水倍率

给水倍率太低，海水 (给水)的流量过少，导致盐水盐度过高;同时，潜热量过大，造水机热负荷太大，造成湿度过高。

给水倍率太高，即给水量过大，蒸发器水位过高，导致冷凝器湿度过高。

显然，在给水倍率太低或者太高，均会造成产水盐度上升，给水倍率要保持在一个合适的范围。真空沸腾式造水机的给水倍率一般保持在3～4，即浓缩率为1.5～1.3。

在造水机装置中，一般是通过调节减压阀，只要给水压力保持在0.3～0.4 MPa正常范围内［3］，给水节流孔板不堵，即可保持适当的给水倍率。

4.2 控制盐水水位

盐水水位过高，导致产水盐度上升;盐水水位过低，影响产水量。

一般地，盐水水位控制在盐水水位计1/2处，此时，蒸发器内海水 (给水)因含有气泡而使水位达到上管板，使换热面积得以保证。

在造水机装置中，一般是通过节流孔板孔径(或调节给水阀)和排盐泵工作水调节阀来控制，调节水位时要注意给水倍率。

4.3 调节缸套冷却水流量

在造水机装置中，一般是通过改变缸套冷却水旁通阀的开度来调节进入蒸馏器的缸套冷却水流量，旁通阀开大，缸套冷却水流量减小。

4.4 调节冷却海水流量

在造水机装置中，一般是通过改变冷却海水进出口阀开度来调节进入冷凝器的冷却海水流量?进出口关小，冷却海水流量减小，维持合适的真空度。

4.5 预防冷凝器漏水

为了有效地保证冷凝器密封性问题，要经常检查冷凝器换热板的密封垫片是否失效，检查防腐电极 (锌块)，是否蚀耗。必要时对冷凝器进行水压试验，判断其是否漏泄，试验压力是0.6 MPa。

5 结束语

综上所述，通过船舶造水机的产水盐度异常现象总结了产水盐度不合格的成因并进行简要分析，以求针对性管理，有的放矢，预防故障发生。

［1］郑仲金.船舶辅机 ［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］陈立军.船舶辅机 ［M］.大连:大连海事大学出版社，2007.

［3］费千.船舶辅机［M］.大连:大连海事大学出版社，2008.