海水淡化演示

船舶海水淡化装置 第十四章船舶海水淡化装置 14 1概述淡水 含盐量应在1000mg L NaCl 以下 海水含盐量 大洋中海水平均含盐量约为35g L 海水盐的成分 当海水含盐量为35g L时 各种盐类的含盐量如表14 1所示 其中含量最多的是NaCl和MgCl 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置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10mg 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 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 图1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 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 给水倍率 给水量Wo 产水量W 真空闪发式海水淡化装置工作原理图 附图多级闪发式海水淡化装置工作原理图 附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 蒸馏式海水淡化装置采用真空式的优点 船用蒸馏式海水淡化装置真空度皆大于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 提高装置的经济性 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 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 从管理角度来看 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 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置 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 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 7kPa 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 真空泵建立起工作所需的真空度 并不断地抽吸 冷凝器及时冷凝二次蒸汽 凝水泵及时将凝结的淡水不断地抽出 壳管式冷凝器结构 图14 2 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 蒸馏装置要有良好的气密性 思考题 冷凝能力不足有哪些原因 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 海水中某些溶解度较低的盐类 碳酸钙CaCO3 氢氧化镁Mg OH 2和硫酸钙CaSO4 沉积在加热面上而形成的 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1 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 23W m 应设法降低所生成水垢中的硫酸钙含量 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 注2 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 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 图3蒸馏装置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 一般不允许超过海水的1 5倍 控制盐水含盐量的方法 控制给水倍率 见图4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浓缩率 盐水含盐量SB与海水含盐量S0之比 盐水含盐量SB 海水含盐量S0 1 1 1 给水倍率越大 海水的浓缩率就越小 所以要使 1 5 给水倍率 应大于3 一般认为 船用真空沸腾式淡化装置适宜的给水倍率 3 4 此时的海水浓缩率 1 5 1 3 不会生成CaSO4水垢 为什么 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 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 进入冷凝器的二次蒸汽的含盐水量W盐水 和蒸发器内盐水的含盐量SB mg L 即淡水的含盐量SF W盐水SBmg L淡水含盐量过高的主要原因 从管理的角度来看 1 装置的负荷 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 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 加热 冷却 排盐 抽气和凝水 淡水 盐度监控等系统组成 图14 5图14 6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 见图盐度计指示仪表的刻度单位是PPm HS10 MI型盐度计能监测的含盐量范围是0 19 9PPm 当含盐量超过19 9PPm时 将显示1PPm 盐度计外型SL 30型盐度计外型见图思考题 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 参见图14 5 1 启用 启用前的准备 抽空和给水 供入热水 供入冷却水 排出凝水 2 停用 停用的一般步骤 停止加热 关闭凝水排出阀 停止凝水泵的工作 关闭给水截止阀 停止海水泵 停止冷凝器的海水供应 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 注意 装置停止工作后 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 当船舶驶近港口 河口或离岸不超过20nmile时 即应使海水淡化装置停止工作 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置为例图14 8 工作时自动调节程序 自动起动程序 自动停止程序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 注意 凝水泵是不允许在无水的情况下运转 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 3 冷却水流量和真空度的控制船用真空沸腾式海水淡化装置的蒸发温度常控制在35 45 范围内 相应真空度为94 90 有的蒸馏装置将蒸发温度定为45 60 相应真空度为90 80 真空度的调节 通过调节冷凝器的冷却水流量来控制的 一般冷却海水流量控制在冷却海水温升为5 6 左右 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 4 加热水流量和产水量的控制产水量的调节 主要靠调节进入造水机的加热淡水的流量来控制 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化 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 答案 海水温度较低时应注意什么问题 答案 真空沸腾式海水淡化装置在运行中的管理主要是 保持适当的给水流量 维持蒸发器水位适宜 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 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 造水装置的养护养护工作主要有 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置的气密性 当装置工作条件正常 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 有条件的装置 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 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 应定期维护装置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 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 漏气 漏水 清洗与除垢及给水处理的方法 1 漏气的检查与维修 漏气检查 将蒸馏器通外界的各阀关闭 然后启用喷射泵 尽可能将蒸馏器抽至工作所要求的真空度后停止抽气 如在lh内真空度下降超过10 即表明密封性不合格 至于具体漏泄处 则可在蒸馏器保持较高真空度的情况下 以烛火或线香沿各接合面慢慢移动 如发现烛火或烟向内偏移 则表明该处漏气 通常最易漏气的地方是凝水泵的轴封和阀杆填料等处 维修 固定部件结合处的漏泄 可采用涂油漆 密封胶等办法堵漏 有些漏缝或漏孔 可先塞上适当的填充物 再在外面涂以油漆 沥青或环氧树脂等 2 漏水的检查与维修 漏水检查 停用造水机 关闭凝水泵出口阀 继续供给冷凝器冷却水 如果凝水水位逐渐升高 则表明冷凝器漏泄 即冷却海水漏到了凝水一侧 这一点可短时间关闭通往淡水柜的截止阀 启动凝水泵 检测盐度予以证实 为进一步确定漏泄部位 可关闭冷却水进 出口阀 将冷却海水泄空后拆下冷凝器端盖 用前述线香或烛火法查漏 也可通过向冷凝器内压水 最好是热水 的方法来查漏 经验表明漏泄大多是由于管与管板的扩接不良所造成 维修 用扩管法 焊补 铁水泥修补等方法 3 给水处理水处理剂的作用 使海水中的难溶物质在析出时不形成水垢 而形成很小的形状不规则的松散易脱落的晶体 从而被排盐泵连续排走 含有消泡沫剂 能消散小汽泡 防止海水飞溅 从而减少所产淡水的含盐量 便于加大蒸发率 给水投药方法 图14 9水处理剂种类 德鲁 Drew 船用化学品公司的AMEROYAL蒸发器处理剂 碧浪灵 Perolin 船用化学品公司的FORMET343 马力达 Magnus 船用化学药品公司的HI LO VAP 加美合 Gamlen 化工产品公司的GAMAVAP等 药剂的投入量计算方法 先按药剂说明书查出每天应投的药剂量 通常都是按每天的淡水产量计 一般约为24 30mL t d 有的还要求按盐水密度作出修正 流量指示器所用单位是mL min 在指示器的工作范围内可任选一个数值 例如100mL min 然后计算每日流过的容积 L L 100 60 24 1000 144L d 将按 求出的每日投药量倒入容积约200L的贮液桶 并用海水或淡水将药剂稀释到144L 海水淡化装置开始工作时 打开贮液桶的出口阀 将流量指示器调节到预选的100mL min处 即可实现连续处理 每24h加配药水一次 注意 这些药剂大多对眼睛 皮肤有刺激性 必须密封贮存 操作时应载手套和护目镜 万一接触皮肤或溅入眼睛要及时用清水冲洗 4 蒸发器的清洗与除垢管子内侧水垢的清洗 人工刷除 用钢丝刷等工具 化学除垢法清除 化学除垢法的除垢剂 多数是酸性物质 干酸粉 柠檬酸和乙醇酸钠等 干酸粉化学除垢法 干酸粉主要成分为氨基磺酸 并拌有缓蚀剂和指示剂 如何清洗 其它化学除垢法 船上还常使用GAMLENXD和ATLASH400等药剂除垢 其清洗方法与上述类同 至于溶液的浓度 则按说明书配制 对难清除的CaSO4水垢 则可用15 重量 的乙醇酸钠溶液再添加适量的缓蚀剂PodineN0466 使其经管束循环约24h 就可有效地加以清洗 管外壁脏污的清洗 蒸发器竖管外壁的脏污 常用碳酸钠煮洗 碳酸钠水溶液的浓度宜保持在1 左右 碱煮时间持续8h 二 带板式换热器的真空沸腾式海水淡化装置以尼莱克斯 Nirex 型 型号为JW S P 36 125型海水淡化装置为例加以说明 图14 10技术数据 见表14 2主要特点 采用板式换热器 蒸馏器的结构比较轻小 维修也方便 可利用缸套水加热 也可以用蒸汽加热 可以通过孔板严格控制给水量 给水通过蒸发器的时间很短 减少换热面上的结垢 装置的启用和停用 与带竖管蒸发器的真空沸腾式海水淡化装置的启用和停用基本相同 缸套水加热换用蒸汽加热的步骤 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 图14 5带竖管蒸发器的真空式淡化装置系统原理图 14页 15页 海水温度达30 32 或更高时 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 这时可加大冷却水流量 以保持足够的真空度