海洋石油944自升式钻井平台上电加热蒸发式造水机的应用分析.pdf

第 4 6 卷 2 0 1 7年 7月 船 海 工 程 S HI P 0C EAN E NG I NEE RI NG Vo 1 46 J u 1 2 O l 7 D O I ： 1 0 3 9 6 3 j is s n 1 6 7 1 7 9 5 3 2 0 1 7 S 1 0 4 0 海 洋石 油 9 4 4自升式 钻井平 台上 电加热蒸 发式造水机 的应用分析 戴鹏程 ， 焦晨 ( 招 商局 重工( 江 苏) 有 限公 司 ， 江苏 海 门 2 2 6 1 1 6 ) 摘要： 造水机是平台的重要辅机设备， 保证其 良好的运行是平台正常工作的重要保证。通过对 比造水 机原理和参数 ， 介绍反渗透式和蒸馏式 2种方法， 分析 H Y $ 9 4 4平台使用电加热蒸发式造水机的必要性 。 关键词： 海洋平台9 4 4 ； 蒸馏式 ； 反渗透式； 造水机 中图分类号 ： U 6 6 4 5 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 - 7 9 5 3 ( 2 0 1 7 ) S 1 - 0 1 4 3 - 0 2 海洋平 台在海上工作周期 内对淡水 的需求量 极高 ， 大洋中海水 的平均含盐量约为 3 5 g L ， 而国 家规定的饮用水含盐量需低于 4 5 0 m g L ， 平 台上 的工艺用水要求更为严格 ， 如锅炉用水 的规定含 盐量应小于 1 0 m g L 。所 以， 平 台上需备有海水 淡化装置 ， 来增加平台的持续工作能力。 1 技 术背景 目前 ， 开发 出的海水 淡化装置 有 2 0多种 ， 所 采用的海水淡化方法主要有蒸馏法 、 电渗析法 、 反 渗透法、 冷冻法和萃取法 ， 等 。在钻井平台上使用 的造水机 ( 海水淡化装置 ) 主要是反 渗透式和蒸 馏式 j 。 1 1 反渗透式造水机 直接将环境 中的海水 ， 经过加药 、 沉淀、 过滤 的预处理 ， 再由高压 泵加压后流经 高脱盐率卷式 膜 ， 把淡水分子和盐分子分开 。因为当 2种不同 质量浓度溶液被半透膜 隔开时 ， 溶剂会 自动从稀 溶液侧通过半透膜渗透到浓溶液侧 ， 直至浓溶液 侧高出稀溶液侧一段高度 ， 达到平衡。 而反渗透正是利用这一原理 ， 在浓溶 液侧 施 加高于渗透压压力 ， 迫使水从浓溶液侧 向稀溶 液 侧移动。当这种反渗透技术用于海水 淡化时， 在 海水侧( 浓溶液) 施加压力 ， 水会通过渗透膜 向淡 水侧 ( 稀溶液 ) 移动 ， 实现海水淡化。 收稿 日期 ： 2 0 1 70 3 0 l 修回 日期 ： 2 0 1 70 32 5 第一作者 ： 戴鹏 程( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 学 士 ， 工程师 研究方向： 热能与动力工程， 船舶动力装置 但此种形式的造水机维护成本较高， 主要是 维护修理更换 高压 泵和反渗 透膜 。特别是 反 渗透膜 ， 需要经常更换 ， 价格昂贵。某型号反渗透 式造水机外观见 图 1 。 图 1 某型号反渗透造水机 1 2蒸馏式造水机 现有蒸馏 式造水机 主要 是废 热蒸馏式 造水 机 ， 现有平台大多数也是采用废热蒸馏式。主要 利用主发 电机 的高温缸套水 ， 通过热交 换器加热 需要处理的海水 ， 根据盐分几乎不溶 于低压蒸汽 的原理 ， 先使海水的温度达到 6 0左右 ， 然后在 抽真空 的蒸发器 内蒸发汽化 ( 海水在低压状态下 沸点较低) ， 再对所产生的蒸汽进行冷凝 ， 从而得 到几乎不含盐分 的蒸馏水 。原理见图 2 。 盐度 计 淡水 泵 图 2 蒸馏 机原理 1 4 3 2 0 7 1 7 月 年 戴鹏程 ， 等： 海洋石油9 4 4自升式钻井平台上电加热蒸发式造水机的应用分析 船海 F 程 第 4 6卷 并且 ， 现有 的造水机还采用多效蒸馏的方法。 其方法是将 2个或者 2个 以上蒸馏器 串联起来 ， 多效利用蒸汽潜热来制取淡水 ， 提高能量利用率。 基本原理是前一效蒸汽通过下 一蒸馏器 ， 对海水 加热二次蒸汽潜热 ， 得到利用蒸汽冷凝成淡水 ， 提 高淡水品质 。 1 3 2种类型造水机对 比 1 3 1 蒸馏式优点 1 ) 蒸馏式能产出高品质淡水 ， 氯离子含量 5 p p m， 而一级反渗透式通常达几百个 p p m， 二级反 渗透式可以降低 ， 但仍达不到蒸馏式的淡水品质。 2 ) 蒸馏式制出的淡水 品质稳定 ， 反渗透式淡 水品质逐渐衰减 。 3 ) 蒸馏式造水机备件成本低 ， 反渗透式需要 定期更换反渗透膜 ， 每年维护费用较高。 4 ) 高品质淡水用途多样 ： 蒸馏 出来 的淡水能 满足工艺用水的要 求 ， 搭配 P H调节矿化 滤器和 紫外线消毒器后 ， 能满足饮用需要 ； 反渗透式只能 满足饮用需要 ， 不能满足工艺用水要求。 1 3 2 反渗透装置的优点 1 ) 反渗透装置可 以不受主机工 作状态 的影 响， 只要有电 ， 随时可以造水。 2 ) 反渗透装置重量体积较小 ， 有利于对空 间利用要求较高的平台使用 。 2 H YS Y 9 4 4使 用电加 热式造 水机 H Y S Y 9 4 4平 台根据实际使用要求 ， 选用蒸馏 式造水机 ， 但废热蒸馏式造水机有一定的局限性 ， 其造水量需要依据主发电机的运行 的台数和功率 而定 ， 使得出水量不稳定 。当发 电机 的高温热 水不足时 ， 温度不够时 ， 则需要配置大功率 电加热 器进行加温 ， 浪费平 台上的电能 。 从主发电机中取 出高温缸套水 ， 也 只是在 瓦 锡兰机型 中运用 比较成 熟。H Y S Y 9 4 4平 台采用 的主机是卡特彼勒型号的 ， 在此类型的主机 上取 缸套水 ， 国内没有厂家利用过这种方式 ， 育目尝试 有一定的风险。 因此 H Y S Y 9 4 4平台采用 电加 热式蒸馏式造 水机 ， 其工作原理与利用废热蒸馏式相似 ， 不同之 处在于加热海水 的能量源不 同。此方式采用的是 电加热式 ， 且设备内部设计了几组热交换器 ， 能充 分利用热能 。此造水机 的产 水量为 5 0 I n d ， 电 功率仅需要 8 0 k W 左右 ， 和一台普通 的电加热水 柜功率差不多。且此设备 的维护成本较低 ， 仅需 要加药清理水垢即可 。 田于造水机所产 的淡水 为蒸馏水 ， 里面不含 矿物质 ， 长时间饮用会对身体健康不利， 所 以配有 矿化装置 ， 使所产淡水矿物质化。 3 结 论 造水机正常运行 与否， 将直接影响船舶 营运 时动力设备的运行状况和船员 的生活条件 。选川 合适的造水机对平 台的运行十分重要 。所 以， 根 据不同类型造水机的特点 ， 以及 H Y S Y 9 4 4自身要 求 ， 选用了电加热式造水机 ， 此种造水机运川 刚 内的钻井平台上属于首创 ， 可为类似项 目提供参 考作用。 参考文献 1 周世昌， 周清， 王志 海水淡化与反渗透技术的发展 形势 J 膜科学与技术， 2 0 0 3 ( 4 ) ： 1 6 2 1 6 5 ， 1 7 1 2 曹式芳 海水淡化技术的发展 J 天津化工， 2 0 0 2 ( 3)： 6 8 3 郑仲金， 王必该 船舶造水机产水 盐度异常的探讨 J 中国修船， 2 0 1 2 ， 2 5 ( 6 ) ： 2 2 2 4 4 刘东 反渗透造水机在平湖油气 田的使用情况 J 中国海 上油气( 工程 ) ， 2 0 0 2 ， 1 4 ( 5 )： 3 8 4 0 5 董庆丰， 陆佳， 唐然 板式蒸馏造水机产水量优化研 究 J 中国修船， 2 0 1 4 ， 2 7 ( 5 ) ： 4 0 41 On Ap p l ica t io n o f t h e El e ct r ica l He a t in g Ev a p o r a t io n W a t e r Ma k e r in HYS Y9 4 4 J a e k u p DAI Pe n g ch e n g，J I A0 Ch e n ( C h i n a Me r ch a n t s H e a v y I n d u s t r y( J i a n g s u )C o ， L t d ， H a im e n J i a n g s u 2 2 6 1 1 6， C h i n a ) Ab s t r a ct ：W a t e r ma k e r is a n imp o r t a n t a u x il ia r y ma ch in e o f d r il l p l a t f o r ms Ke e p in g t h e ma ch in e wo r k s we l l is v e r y imp o r t a n t f o r d r il l p l a tf o r m s n o r ma l o p e r a t io n C o mb in in g w it h t h e w o r k in g p r in cip l e o f wa t e r ma k e r t w o p r o ce s s in g me t h o d s a b o u t r e v e r s e o s mo s is d e s a l in a t io n a n d d is t il l a t io n we r e in t r o d u ce d An d t h e n e ce s s it y o f u s in g e l e ct ri ca l h e a t in g e v a