海洋真空蒸馏造水机蒸发器结垢分析

海洋真空蒸馏造水机蒸发器结垢分析

0真空蒸馏造水机运行工况在航行中，外国船舶每天消耗大量淡水，以满足船只动力设备的运营和船员的生活需求。由于船用锅炉及燃油分油机等设备工作环境的特殊性,其工作用水对含盐量有严格的要求,而真空蒸馏造水机产水质量高,能完全满足上述设备用水的苛刻要求,因此,船用真空蒸馏造水机运行工况好坏直接关系到船舶远洋航行的安全性。某型远洋船舶共有2台ALFA-LAVAL真空蒸馏造水机,额定造水量20t/天,2008年开始正常运行,如表1、表2所示。2010年初2台真空蒸馏造水机均出现产水量下降的现象,1#、2#板式造水机产水量分别从额定20t/天减小到12t/天和9t/天,这给船舶设备工作用水保障带来了很大的困难,由于真空蒸馏式造水机是在真空环境下蒸发、冷凝海水产生淡水,因此蒸发器结垢是其造水量下降的主要原因,经过后期的分析,2台造水机产水量减小的原因均为造水机结垢,所以分析结垢的原因,总结结垢的处理方法对远洋船舶的用水保障具有重要意义。1真空蒸发收水机的工作原理1.1从热媒水蒸发制水至产水ALFA-LAVAL真空蒸馏造水机的主要部件有:壳体、蒸发器、冷凝器、海水泵、淡水泵、喷射泵等。海水通过海水泵抽入壳体,再由喷射泵抽出形成真空,当真空度达到90%以上后,将热媒水管路打开,热媒水进入蒸发器内,因为此时的真空度较大,大量的海水在瞬间蒸发,蒸汽向上进入冷凝器冷凝形成淡水,产出的淡水由淡水泵抽出。在淡水泵出口有盐度计,当出水盐度大于8μg/g时,出水不进舱,回造水机继续循环产水。出水盐度小于8μg/g时,产出的淡水被注入淡水舱。1.2水机出机至水机如图1所示,ALFA-LAVAL真空蒸馏造水机以主机高温淡水作为热媒水,主机高温淡水出机后,经过91℃恒温阀到达水机进口。在高温淡水系统管路上,板式造水机与一个手动碟阀相并联,起旁通作用,通过调节该阀的开度,来控制进入板式造水机的高温水量,从而调节板式造水机的盐度和产水量。2影响真空蒸发造水机产量的主要因素是真空蒸发1水机内部水温①热媒水流量过高。热媒水流量过高,造成板式造水机蒸发器的温度相对过高,蒸发器中海水蒸发速度加快,水蒸气温度太高,大大提高板式造水机内部温度,影响冷凝速度,从而影响产水量。同时长时间在过高温度下运行的蒸发器容易结垢,影响热传递,蒸发量大大降低,使产水量大大降低。热媒水温度过高还可造成海水过度饱和蒸发,部分盐离子随着蒸汽进入冷凝器,使产水盐度升高,严重时可影响产水量。②热媒水流量过低。热媒水流量过低,造成板式造水机蒸发器的温度相对过低,蒸发器中海水的蒸发速度大大降低,进入冷凝器的蒸汽变少,产水量也大大降低。2蒸发器的空过度板式造水机真空度的正常值应大于90%,如果真空度过低,相对的海水汽化温度将大幅提高,在同样的热媒水条件下,蒸发器中海水的蒸发速度大大降低,进入冷凝器的蒸汽变少,产水量也大大降低。3冷凝器泄漏冷凝器的海水侧脏堵,将影响冷凝效果,产水量将变小。冷凝器发生泄漏会导致海水渗入到冷凝侧,混杂在产出的淡水中,产出的淡水会因为盐度过高,而回流至板式造水机内部,重新循环,直接造成产水量变为0。4蒸发器的蒸发长时间使用板式造水机后,蒸发器容易产生水垢,附着在蒸发器表面的大量污垢影响了热传导,造成蒸发器中海水的蒸发速度大大降低,进入冷凝器的蒸汽变少,产水量也大大降低。板式造水机故障的统计数据表明,蒸发器结垢发生次数较多,因此,下文将重点阐述真空蒸馏造水机结垢的原因及处理方法。3蒸发式海水淡化法水垢的导热系数远比金属小,当换热面结垢后,传热系数就会大大减小,换热量严重下降,装置造水能力显著降低,严重时甚至被迫停机以清除水垢。水垢一旦形成,其粘附力很强,很难清除,严重影响了设备的正常运转,增加了维修费用。如图2,海水中含有多种盐分,如氯化钠、氯化镁、硫酸钙和硫酸镁等。水垢主要是由海水中某些溶解度较低的盐类沉积在加热面上形成的。海水中含量较多的氯化钠(NaCl),氯化镁(MgCl2)和硫酸镁(MgSO4),由于他们的溶解度高,且溶解度还随温度的上升而增加,一般是不易结垢的。蒸馏式海水淡化装置中水垢的主要成分是碳酸钙(CaCO3)、氢氧化镁(Mg(OH)2)和硫酸钙(CaSO4)。他们在水中的溶解度都很低,且随温度的升高而降低。特别是当海水在加热面上沸腾形成大量的气泡时,水蒸发成汽后,水中盐分全部结晶沉淀,所以,气泡所在的加热面上有一圆环形盐结晶,汽泡越大则圆环形盐结晶越大越厚。汽泡脱离加热面后,水只能把圆环形盐结晶中容易溶解的盐分再溶解一部分,这样每生成一个汽泡便产生盐垢,加热面上不断产生汽泡,就堆积形成了一层水垢。4加热温度和盐水对结垢的影响海水中上述盐类是否结垢以及水垢的增长速度,主要取决于3个因素,分别是海水的加热温度、盐水的浓度、蒸发器加热温差。1)海水的加热温度。海水的蒸发温度越高,蒸馏式海水淡化装置的工作压力也越高,加热面上的水垢的增长速度就越快。如图3所示,随着温度的提高,海水中上述几种盐类的溶解度都将降低,水中的水垢数量也就随之增加。海水加热温度不仅影响结垢速度,同时也决定着水垢的成分。实验表明,在温度低于75～77℃时,水垢的主要成分是CaCO3,化学方程式为:2HCO−3→CO2−3+CO2+H2OCO2−3+Ca2+→CaCO32ΗCΟ3-→CΟ32-+CΟ2+Η2ΟCΟ32-+Ca2+→CaCΟ3当温度高于80℃时,水中的CO2−332-开始使水分解产生OH-,它与Mg2+结合就会产生Mg(OH)2水垢,化学方程式为:CO2−3+H2O→CO2+2OH−CΟ32-+Η2Ο→CΟ2+2ΟΗ-Mg2++2OH−→Mg(OH)2Μg2++2ΟΗ-→Μg(ΟΗ)22)盐水浓度。盐水对结垢的数量和水垢的成分有较大影响,在同样的工作压力和传热温差下,盐水的浓度越大,难溶盐含量超过溶解度就越多,生成的水垢也越多。3)蒸发器加热温差。加热温差应尽可能小,否则将会使受热面附近局部的盐水浓度过高,这不仅会使结垢数量增加,还容易生成Mg(OH)2和CaCO3硬垢。综上所述,在使用管理上,应降低被加热盐水的温度、降低盐水的浓度、减小传热温差,以减少水垢的生成。5清除结垢会导致结垢水下降随着装置的使用时间增长,水垢肯定会出现,由于结垢会导致加热器传热量减小,使板式造水装置造水量下降,因此应及时清除水垢。经实践证明,清除水垢比较有效的方法主要有以下几种。1多次热胀冷缩和裂解压缩冷冲除垢法是应用热胀冷缩的原理进行除垢。由于水垢和换热板片的膨胀系数不一样,使加热管一热一冷反复多次,在多次热胀冷缩的过程中加热管外表面的水垢便可分裂成许多碎块而脱落下来,随着水流排出装置。2化学洗脱法化学除垢剂也有不少种类,价格比较低廉和腐蚀性较弱的乙醇酸钠溶液,此溶液对硫酸钙水垢有效。3及时对板式造水机壳体进行安装机械除垢法,虽然繁琐,但是最直接有效,其主要操作步骤如下。①关闭海水泵进出口阀。注意要点:因为该板式造水机位置较低,为避免海水由舷外压入壳体,还要关闭海水排舷外阀。②将板式造水机壳体打开。注意要点:拆卸密封垫片时,要注意不要用力不均而使其变形。③拆卸蒸发器板片。根据结垢原因分析及拆装实践可知,海水经过的换热面主要存在于蒸发器,水垢主要存在于蒸发器换热面,因此只需拆卸蒸发器板片。在拆卸的过程中要注意:拆卸前要对板片螺丝的密封螺纹进行记录,防止在安装时改变原有密封性;在拆卸的同时还要对各板片进行编号,防止安装时出现错位。④对板片表面结垢进行清除。在清除水垢的过程中应注意:用钢丝球、钢刷对板片表面垢体进行清除,为提高清除效率,可将板片在白醋中浸泡半小时后再清除;观察壳体内防腐锌块的腐蚀情况,如果腐蚀过重则需及时更换。⑤安装板式造水机壳体