《船舶辅机安装与调试》-7项目七

任务海水淡化装置安装与调试一、船舶淡水的主要作用及需求量船上淡水主要用作柴油主机冷却水、锅炉补给水、洗涤和饮用水等。柴油机冷却水只要是淡水即可。洗涤水一般要求氯离子浓度不大于200mg/L,碳酸钙含量不大于7mg/L。饮用水必须不含有害健康的杂质、病菌和异味,含盐量为500~1000mg/L,氯离子浓度为250~500mg/L,pH为6.5~8.5。造水机生产的蒸馏水所含矿物质太少,也不能杀灭病菌,故作为饮用水时应经过矿化和杀菌处理。对锅炉补给水的水质要求最高,因此,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的标准为依据。我国船用锅炉给水标准规定,补给蒸馏水的含盐(NaCl)量应小于10mg/L。下一页返回任务海水淡化装置安装与调试船舶对淡水的需要数量是:生活用水每人150~250L/d。动力装置用水以主机功率计,柴油机船每千瓦需0.2~0.3L/d;汽轮机船每千瓦需0.5~1.4L/d。辅助锅炉的补水量可按蒸发量的1%~5%估计;中、高压锅炉按蒸发量的1%~3%估计。一般主机功率为7500kW左右的柴油机货船,造水机容量大多为20~25m3/d。二、海水淡化的方法海水是一种含有80多种盐类的水溶液,其中含量超过1mg/L的盐有11种。海水含盐量与所在海区的地质、降雨量、入海河流流量和海水的蒸发量等有关,各海域海水含盐量不尽相同,但各种主要盐类所占比例基本相同。海水淡化就是要大幅度降低海水的含盐量,目前采用的方法主要有蒸馏法、电渗析法、反渗透法和冷冻法。绝大多数船舶的海水淡化装置采用蒸馏法。上一页下一页返回任务海水淡化装置安装与调试现在的船用海水蒸馏装置一般都是在高真空条件下工作的,可分为真空沸腾式和真空闪发式两种。前者海水的加热和蒸发都在同一个高真空的蒸发器内进行;后者海水先在加热器内被加热,再经喷雾器减压喷洒到具有一定真空度的蒸发器内,部分海水迅速闪发汽化,产生蒸汽。真空闪发式海水淡化装置虽能显著减少加热面结垢,但造价高,效率低(耗热量大),船上已基本不采用。三、真空沸腾式海水淡化装置的工作原理蒸馏法淡化海水,是利用盐分几乎不容于低压水蒸气的特性,使海水受热汽化,然后将海水产生的水蒸气冷凝,获得含盐量很少的淡水,即蒸馏水。所以海水淡化装置又称蒸馏装置。上一页下一页返回任务海水淡化装置安装与调试船用海水蒸馏装置一般都采用真空式,目的是利用温度不太高的柴油机缸套冷却水作热源,提高经济性。例如,当真空度为93%时,对应的海水沸点为38.6℃,而一般柴油机缸套的冷却水为60℃~65℃,足够用作真空式蒸馏装置的热源。第二是保持较低的加热温度能使蒸发器换热面上的结垢明显减少,便于清洗。第三是有利于蒸汽净化,提高淡水品质。装置真空度越高,蒸汽密度越小,蒸汽与水滴的密度差越大,越有利于汽水分离。下面以采用壳管式换热器的真空沸腾式海水淡化装置为例,说明真空沸腾式海水淡化装置的工作原理,图7-1为壳管式换热器真空沸腾式海水淡化装置的工作原理图。真空沸腾式海水淡化装置本体的主要部分是蒸馏器1,海水的加热和沸腾汽化都在下部竖管式蒸发器内进行,而蒸汽的凝结则在上部横管式冷凝器内完成。上一页下一页返回任务海水淡化装置安装与调试此种结构的造水机工作时,海水泵2首先将泵送的部分海水送入真空泵6,作为真空泵6的工作流体。真空泵6先将蒸馏器1抽真空,海水泵2将泵送的部分海水经给水调节阀3进入蒸发器的竖管内,自下向上流过。加热介质(主机缸套冷却水)在竖管外自上而下横向往复多次流过,对海水进行加热,被加热的海水达到沸点后开始汽化,产生的蒸汽(称为二次蒸汽,以区别于某些装置加热用的蒸汽)逸出后,绕过横置在蒸发器上方的汽水分离器,从冷凝器壳体上部的开口进入冷凝器。冷却用海水在冷凝器管内流过,将管外的蒸汽冷凝,凝水(淡水)集聚在冷凝器底部,由凝水泵4抽送至淡水舱。在蒸发器内,部分汽化后剩下的盐度相对较高的海水(又称盐水)由排盐泵5连续泵送至舷外。蒸馏器中真空度的建立和维持主要由真空泵6和冷凝器共同完成。真空泵6和排盐泵5通常为喷射泵,其工作水由造水机海水泵2提供,通常冷凝器中的冷却用海水也是由海水泵2提供,海水泵2通常为离心泵。上一页下一页返回任务海水淡化装置安装与调试在蒸发器稳定工作,水位保持稳定时,装置的给水量W0应等于装置的产水量W和排盐量WB之和,而给水量W0与产水量W之比称为给水倍率着。四、真空沸腾式海水淡化装置系统图7-2是一种应用最广的真空沸腾式海水淡化装置系统原理图,其中包括加热系统、给水系统、冷却水系统、凝水系统、排污系统、真空抽气系统六大部分,核心设备是蒸发器和冷凝器。1.加热系统装置工作时,60℃~65℃的主机缸套水经进、出口阀28进入蒸发器作为加热工质,流量可由加热水调节阀2调节。上一页下一页返回任务海水淡化装置安装与调试2.给水系统给水由海水泵10经弹簧稳压阀14、浮子流量计13、给水调节阀15,从底部进入蒸发器。流量由阀15调节。3.冷却水系统冷凝器的冷却海水由主机海水泵7供给,经海水进、出口阀27进入冷凝器,流量可用阀8进行调节。4.凝水系统凝水由冷凝器壳体底部的集液管引出,由凝水泵16经淡水排出阀30和流量计21泵入淡水舱,与凝水泵并联的是盐度检测回路,盐度传感器19将凝水盐度变化的信号送至盐度计18,随时检测凝水的盐度,一旦凝水盐度超过规定标准,盐度计便会发出声光警报,同时打开回流电磁阀20,使不合格的凝水回到蒸发器,此时因凝水泵排压降低,阀30关闭,凝水输出自动停止。上一页下一页返回任务海水淡化装置安装与调试盐度计是通过测量凝水导电率来测量含盐量的,除含盐量外,凝水温度也将影响其导电率,在实际使用中可通过温度修正旋钮进行修正。5.排污系统排盐喷射泵11从蒸发器上部吸入盐水,经止回阀排出舷外。进口止回阀为防止泵失压、海水倒灌而设。出口止回阀为防止舷外风浪造成海水倒灌而设。6.真空抽气系统真空喷射泵12经止回阀从冷凝器中部的出口不断抽气,为蒸发冷凝器组保持适宜的真空度。喷射泵11和12的工作水由海水泵10提供,海水泵排压应为0.35~0.4MPa。上一页下一页返回任务海水淡化装置安装与调试喷射泵(亦称射流泵)不同于容积式泵和叶轮式泵,是靠高压的工作流体流经喷嘴后产生的高速射流来引射被吸流体,并与之进行动量交换,使被引射流体能量增加而被排送的泵。喷射泵常用的工作流体有水、蒸汽和空气,被引射流体可以是气体、液体或可以流动的固体及固液混合物。通常将工作流体和被引射流体至少有一种是气体的喷射泵称为喷射器。五、水喷射泵的结构和工作原理船上较常见的是以水为工作流体来引射水的水喷射泵,如图7-3所示,由喷嘴1、吸入室2、混合室3和扩压室4组成。上一页下一页返回任务海水淡化装置安装与调试喷嘴的作用是将工作水的压力能转变为动能。水喷射泵的喷嘴是由一段流线型或圆锥形的收缩流道和一小段圆柱形管道构成。工作水一般由离心泵供应,工作压力为pp,通常为0.33~1.5MPa,经喷嘴射入吸入室时,由于喷嘴流道急剧收缩,流速迅速增加,出口流速v1通常可达25~50m/s,而压力则相应下降到吸入压力ps。如图7-3中的压力曲线所示。由于流束质点的横向紊流和扩散,工作射流在吸入室中与周围介质进行动量交换并将其带走,使吸入室中形成低压,从而将被引射流体吸入。流束离开喷嘴后,流速为vN的核心区逐渐缩小以至消失,而紊流边界层逐渐扩大,形成一个扩张的圆锥体,当其与混合室壁面相遇时,流束的引射作用便结束。上一页下一页返回任务海水淡化装置安装与调试混合室入口处的流速很不均匀。混合室使流束中的流体充分进行动量交换,使出口流速尽可能趋于均匀。实验表明,进入扩压室的流体速度越均匀,在扩压室中能量的损失就越少。混合室通常做成圆柱形或者是圆锥形与圆柱形组合的形式。当混合室进口部分做成圆锥形时,其进口能量损失较小。混合室的长度lk通常为其喉部直径d3的6~10倍,过短会使出口速度不均,扩压室中的流动损失较大;过长则会使摩擦损失增加。扩压室为一段扩张锥管,使液流在其中的流速降低,将动能转换为压力能。实验证明,扩压室的扩张角为8°~10°时,扩压过程的能量损失最小。上一页下一页返回任务海水淡化装置安装与调试图7-3中的压力曲线显示,混合室圆柱段进口截面B—B处压力最低,该截面后,随着速度渐趋均匀,压力也随之升高。在扩压管中压力进一步逐渐增大。从上述结构和工作原理可以看出,水喷射泵在工作中存在大量水力损