H轮造水机产水量的分析

郑仲金，黄 政

(1.福建船政交通职业学院,福建 福州 350007；2.福建冠海海运有限公司，福建 福州 350005)

H轮造水机产水量的分析

郑仲金1，黄 政2

(1.福建船政交通职业学院,福建 福州 350007；2.福建冠海海运有限公司，福建 福州 350005)

文章结合H轮造水机的产水量异常现象,介绍船舶造水机的工作原理,分析影响产水量的各种因素,提出相应的管理措施。旨在提高造水机的使用性能,保证产水量,为船舶正常航行提供有力保障。

造水机；产水量；管理措施

1 故障现象

H轮真空沸腾式造水机的型号PTE25/10/80。其主要技术参数:加热系统为缸套水加热;产水量10 t/d；残留盐度值(Nacl)4 mg/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%。

笔者在远航期间,遇到造水机效能差的问题,主要表现在产水量上不去,一直徘徊在3 t/d左右。后来经过多次分析,解决了凝水泵进口截止阀阀杆填料密封问题,保证了其所要求的真空度,产水量终于恢复正常。由此,本文总结了产水量不足的成因,以求针对性管理,预防事故发生。

2 产水量分析

真空沸腾式造水机工作时,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,产生不含盐分溶解物的蒸汽。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。

显然,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,不仅是要能够制造淡水,而且还必须考虑淡水的数量问题,即技术参数所标示出的“产水量”。

2.1 蒸馏器中的质量守恒

真空沸腾式造水机的水量平衡如图1所示。

WO-海水量；SO-海水盐度；WB-盐水量；SB-盐水盐度；WF-淡水量；SF-淡水盐度。图1 水量平衡关系示意图

在造水机处于稳定工作状态, 蒸馏器中的各种水位保持稳定时,其进出蒸馏器的水量保持着动态平衡。

WO=WB+WF，

(1)

式中：WO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;凝结的二次蒸汽量就是淡水量。

2.2 蒸馏器中的能量守恒

从蒸馏器中的质量守恒得知,淡水量与海水量(给水量)具有直接的关系,又根据造水机的工作原理可知,淡水量是凝结的二次蒸汽量,而二次蒸汽来源于一次蒸汽,一次蒸汽来源于蒸发器中海水的受热蒸发,那么,从本质上讲,造水机实际上是借助于能量(热量)传递导致部分海水转换为淡水,其淡水量就是传热量在水介质上的具体反映。

蒸发量是蒸发器中的海水被缸套冷却水加热蒸发出来的一次蒸汽量,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。

Q=Qx+Qq，

(2)

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。冷凝量是冷凝器中的二次蒸汽被海水冷却冷凝而产生的淡水量,如果造水机工作正常,那么,冷凝量是与蒸发量相适应。所以,淡水量取决于潜热量，潜热量越大,淡水量越多。

2.3 产水量的影响因素

产水量是凝水泵排出的经盐度计检测合格的淡水量,也就是没有通过回流电磁阀回流的淡水量。

根据蒸馏器中的质量守恒定律和能量守恒定律,产水量与传热量的联系经过如下环节：①传热量减去显热量,就是潜热量,亦是蒸发量;②蒸发量减去汽水分离器分离掉的小水滴,就是二次蒸汽量;③二次蒸汽量被冷凝器完全冷凝出来,就是冷凝量,即淡水量;④没有经过回流电磁阀回流的淡水量,就是产水量。

所以,针对上述4个环节,影响产水量的因素有以下几个方面:传热量、显热量、汽水分离器的分离效果、冷凝器的冷凝能力、回流电磁阀的回流量。

2.3.1 传热量的影响

蒸发器中,海水(给水)吸热量为Q1:

Q1=KA[(T1+T2)/2-T0],

(3)

式中:K为传热系数；A为传热面积；T1为缸套冷却水进口温度；T2为缸套冷却水出口温度；T0为海水(给水)沸点温度。

蒸发器中,缸套冷却水放热量为Q2：

Q2=qv1C1(T1-T2)，

(4)

式中：qv1为缸套冷却水流量；C1为缸套冷却水比热容。

根据热平衡原理,传热量就是缸套冷却水放热量,亦是海水(给水)吸热量。通过公式(3)和(4),得出:

传热量Q=[1/(1/KA+1/2qv1C1)](T1-T0)，

(5)

所以,通过公式(5)导致传热量发生变化的因素有:①导致K变化的是:传热面海水(给水)侧脏污程度，传热面热水侧“气塞”；②导致A变化的是海水(给水)量导致换热管上部“雾状流动”;换热管/板(热水侧)堵塞；③导致qv1变化的是缸套冷却水的流量变化；④导致T1变化的是缸套冷却水进口温度变化;⑤导致T0变化的是装置的真空度变化。

2.3.2 显热量的影响

蒸发器中,海水(给水)吸收的显热量为Qx：

Qx=qv2C2(T0-T3),

(6)

式中：qv2为海水(给水)流量;C2为海水(给水)比热容;T0为海水(给水)沸点温度;T3为海水(给水)温度。

所以,通过公式(6),导致显热量发生变化的因素有:① 导致qv2变化的是海水(给水)的流量变化;②导致T0变化的是装置的真空度变化;③导致T3变化的是海水(给水)温度变化。

2.3.3 汽水分离器分离效果的影响

汽水分离器的结构出现破损,一次蒸汽中的大量含盐小水珠没有去除,导致产水量增加;但是,更关键的是由于汽水分离器分离效果差,直接影响产水盐度(Nacl)不合格(超过10 mg/L),盐度计会控制其回流至蒸发器或舱底。

2.3.4 冷凝器冷凝能力的影响

①传热面海水(冷却水)侧脏污程度和“气塞”;②冷却管/板(冷却水侧)堵塞;③海水(冷却水)的流量变化;④海水(冷却水)进口温度变化。

2.3.5 回流电磁阀回流量的影响

①淡水的盐度不合格(Nacl超过10 mg/L)；②回流电磁阀的阀芯与阀座密封不良。

3 管理措施

从以上分析得知,轮机员在管理造水机产水量的过程中,主要应该遵循以下思路:①保证设备结构的完好性；②保证合适的传热量；③控制合适的显热量；④维持合适的冷凝量。

根据笔者的实际管理经验,船舶造水机的产水量最经常出现3种状况:①产水量突然中断,其主要原因是淡水盐度(Nacl)超过10 mg/L而导致回流电磁阀打开,这个时候往往伴随着声光报警;②产水量突然减少,其主要原因是真空度下降,海水沸点温度升高,导致传热量减少,显热量增多,于是蒸发量急剧减少;③产水量逐渐减少,其主要原因是蒸发器加热面结垢脏污。

所以,轮机员在管理方面主要采取以下措施。

3.1 调节给水倍率

给水倍率太低,盐水浓度高,则产水盐度不合格;给水倍率太高,即给水量过大,显热量过高,盐水带走的热量增加,则产水量降低。

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,给水节流孔板不堵,即可保持适当的给水倍率。真空沸腾式造水机的给水倍率一般保持在3～4。

3.2 调节缸套冷却水流量

缸套冷却水流量太低,传热量减少,则产水量降低;缸套冷却水流量太高,即热负荷过高,海水沸腾过于剧烈,则产水盐度不合格。

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。但是，必须注意的是调节缸套冷却水旁通阀的开度,必须相应地调节缸套冷却水冷却器的海水旁通阀的开度,以保证主机缸套冷却水温度维持不变。

3.3 调节冷却海水流量

冷却海水流量太低,冷凝器的冷凝能力下降,真空度下降,则产水量降低;冷却海水流量太高,冷凝器的冷凝能力上升,真空度过高,海水沸腾过于剧烈,则产水盐度不合格。

在造水机装置中,一般是通过改变冷却海水进出口阀大小来调节进入冷凝器的冷却海水流量。

船舶航行于热带水域时,海水温度较高,冷凝器的冷凝能力下降;而且工作水温高还会降低喷射器的抽气能力,导致装置的真空度下降,此时应该加大冷却海水流量,维持足够的真空度,但冷凝器允许通过的冷却海水最大流量是有限的,不得已时只能适当减少传热量,降低产水量。冬季海水温度较低时,冷凝器的冷凝能力上升,为使真空度不至于太高,可适当减小冷却水流量。一般要求维持真空度在90%～94%,即海水沸点温度为45～35 ℃。

3.4 投药处理

为了有效地防止水垢生成及清除水垢,维持传热系数,保证换热效果,必须及时地投放化学防垢剂和除垢剂进行处理。

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Based on the abnormal phenomena on the distilled water yield of H-vessel fresh water generator,the working priniciple of the marine fresh water generator is described,together with various factors analyzed that affect the distilled water yield and the corresponding management measures put forward in order to improve the usability of the marine fresh water generator,guarantee the quantity of fresh water,which can provide powerful guarantee for the ship's normal sailing.

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郑仲金(1970-)，男，福建福州人，副教授，工学硕士，主要从事轮机管理工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.02.003

2015-06-11