船舶海水淡化装置课件

船舶海水淡化裝置海水淡化裝置[名詞委審定]漢英航海科技名詞(1996)]seawaterdesaltingplant,freshwatergenerator海水淡化裝置[漢英船舶大詞典]distillingsystem;seawaterdesaltingplantfreshwatergenerator12025-2-3第一節概述船舶每天都需要消耗相當敷量的淡水，以滿足船員，旅客和動力裝置的需要．一般稱為淡水的含鹽量在1000mg/L以下．遠洋船舶為增加載貨噸位，不宜攜帶過多淡水，一般都設有海水淡化裝置(俗稱造水機)，以減少向港口購買淡水的費用，並增強船舶的續航能力．22025-2-3

海水是一種含有80多種鹽類的水溶液，其中含量超過1mg/L

者有11種．海水含鹽量與所在海區的地質、降雨量、入海河流流量和海水蒸發量等有關；

大洋中海水平均含鹽量約為35g/L；某些離河口近，蒸發量小的內海，如波羅的海含鹽量僅為

2～6.7g／L,黑海含鹽量17～18.5g/L；而某些蒸發量大的內海，如紅海、地中梅，含鹽量可高達

40g／L以上。海水的含鹽量不同海域的海水含鹽量雖然不同，但各種主要鹽類所占比例卻基本不變．當海水含鹽量為35g／L時，各種鹽類的含鹽量如表14—1所示，其中含量最多的是NaCl和MgCL2。32025-2-31mg/L(NaCl)相當於0.606mg／L(CI`)42025-2-3

船上淡水主要用作柴油主機冷卻水、鍋爐補給水、洗滌和飲用水等。柴油機冷卻水只要是淡水即可。洗滌水一般要求氯離子濃度不大於200mg／L(Cl‘)，硬度不大於7毫克當量／升。飲用水必須不含有害健康的雜質、病菌和異味，含鹽量不大於500～1000mg／L，氯離子濃度不大於250～500mg／L(Cl`)，pH值為6．5～8．5。造水機生產的蒸餾水所含礦物質太少，也不能殺滅病苗，故作為飲用水時應經過礦化和殺菌處理。對鍋爐補給水的水質要求最高，一般船用海水淡化裝置對所產淡水含鹽量的要求皆以鍋爐補給水標准為依據．我國船用鍋爐給水標準規定補給蒸餾水的含鹽量應小於10mg／L(NaCl)．1mg/L(NaCl)相當於0.606mg／L(CI`)52025-2-3船舶對淡水的需要數量是：生活用水每人約150～250L／d．動力裝置用水以主機功率計：柴油機船每千瓦約需0.2～0.3L／d，汽輪機船每千瓦約儒0.5～1.4L／d，輔鍋爐的補水量可按蒸發量的1％～5％估計，中，高壓鍋爐按蒸發量的1％～3％計．一般主機功率為7500kW左右的柴油機貨輪，造水機容量大多不超過20～25m3／d。62025-2-3海水淡化的方法：蒸餾法電滲析法反滲透法冷凍法船用海水淡化絕大多數採用蒸餾法。72025-2-3一、蒸餾法蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由於技術不斷地改進與發展，該法至今仍占統治地位。蒸餾淡化過程的實質就是水蒸氣的形成過程，其原理如同海水受熱蒸發形成雲，雲在一定條件下遇冷形成雨，而雨是不帶鹹味的。根據設備可分為蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級閃急蒸餾法等。此外，以上方法的組合也日益受到重視。82025-2-3二、電滲析法亦稱換膜電滲析法該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研製。離子交換膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區分為正離子交換膜（陽膜）與負離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個相互獨立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質處理的手段，為污水再利用作出貢獻。此外，這種方法也越來越多地應用於化工、醫藥、食品等行業的濃縮、分離與提純。92025-2-3三、反滲透法通常又稱超過濾法是1953年才開始採用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側，從而使海水一側的液面逐升高，直至一定的高度才停止，這個過程為滲透。此時，海水一側高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側施加一大於海水滲透壓的外壓，那麼海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優點是節能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發達國家先後把發展重轉向反滲透法。102025-2-3第二節船用蒸餾式海水淡化裝置的工作原理真空蒸餾式海水演化裝置分為沸騰式和閃發式兩種。兩者的主要區別是後者海水是在單獨的加熱器裏被加熱，然後再噴人真空容器內‘閃發‘成氣。閃發式裝置雖有結垢少的優點，但經濟性不如沸騰式，船上已基本不用。112025-2-3一閥、三器、四泵

給水閥加熱器、蒸發（餾）器、冷凝器海水泵、真空泵、排鹽泵、凝水泵真空沸騰式造水機組成：給水量w0產水量w排鹽量wB給水量w0＝產水量W+排鹽量WB122025-2-3真空沸騰式造水機組成：真空度大於80％沸騰溫度不高於60℃工作原理板式真空沸騰式造水機操作加熱器豎管內海水達到沸點後即開始汽化，流出豎管後蒸汽從水中逸出稱為二次蒸汽（以區別於某些造水機用來加熱的蒸汽)。132025-2-3

蒸餾器中海水的蒸發和二次蒸汽的冷凝都是在真空狀態下進行的。真空度的建立和維持有賴於真空泵6．真空泵6和排鹽泵5一般採用水噴射泵，其工作水由造水機海水泵2提供。142025-2-3一、影響淡水產量的因素

(1)換熱面髒汙結垢，使蒸發器傳熱係數減小。

(2)加熱側發生“氣塞”，裏面的氣體會影響加熱介質流動而妨礙換熱。可通過放氣旋塞把氣放掉．

(3)蒸發器水位太低，使加熱水與被加熱海水間的實際換熱面積減少，蒸發器內最適當的水位是正好達到上管板的位置．

(4)真空度不足，這會導致海水的沸點提高。

(5)加熱水流量不足或溫度太低，以致加熱水準均溫度降低．

(6)給水量增大(給水倍率加大)或給水溫度降低，會使海水達到沸騰部分的面積相應減小，蒸發量降低，更多的熱量耗於預熱或被鹽水帶走。

(7)凝水回流電磁閥關閉不嚴，使一部分所產淡水漏回蒸餾器．第三節影響真空蒸餾式海水淡化裝置工作的主要因素152025-2-3

二、真空度的建立和保持船用真空蒸餾式海水淡化裝置大都將真空度維持在90％一94％(91．7—95．7kPa)，相應蒸發溫度為45～35℃。也有的海水淡化裝置將真空度設計為80％～90％(81．4～91．7kPa)，相應蒸發溫度為60～45℃。若真空度太低，則沸點增高，產水量就會減少，甚至停產，而真空度過高，則沸點過低，又會導致沸騰過於劇烈，使二次蒸汽攜帶水珠量增加，以致所產淡水的含鹽量增加．162025-2-3

使蒸餾器內保持足夠真空度的條件是：

(1)有足以與蒸發量相適應的冷凝能力。如果冷凝器換熱能力下降(冷卻水溫度升高或流量不足、冷卻水側“氣塞”、冷凝器換熱面髒汙、或凝水水位過高使冷凝換熱面面積減小等)，則會使真空度降低，此外，若因加熱介質流量過大或溫度過高以至使蒸發量過大，也會使真空度降低．在各種影響因素中最主要的擾動是冷卻海水的溫度．

(2)真空泵應具有足夠的抽氣能力。水射真空泵的工作水壓過低或工作水溫過高，排出背壓過高(>8mH2O)，噴咀磨損、堵塞、安裝不當、吸人止回閥卡死等都能使真空泵的抽氣能力下降。

(3)蒸餾裝置要有良好的氣密性。172025-2-3三、影響蒸餾裝置加熱面結垢的因素

(1)海水的沸點。裝置的真空度越低，海水的沸點越高，則難溶鹽的溶解度下降越多，水垢生成的速度就越快．而且，海水溫度的高低還決定了水垢的成分。如圖14·3所示，當水溫不太高時，水垢的主要成分是CaCO3，Mg(OH)2主要呈泥渣沉詫．當水溫超過75℃，Mg(OH),垢的比例就迅速增加，當水溫超過82～83C時，Mg(OH)2)垢就會取代CaCO3而成為水垢的主要成分．因此，蒸餾裝置不加防垢劑時一般不允許鹽水溫度超過75℃。182025-2-3(2)鹽水的含鹽量。在同樣的工作壓力和傳熱溫差下，鹽水的含鹽量越大，難溶鹽的含量就越大，生成的水垢也就越多。鹽水濃度大還表明給水

(3)傳熱溫差。如果加熱介質的溫度過高，加熱器差過大，則加熱面附近的海水就會因汽化而濃縮嚴重，以致結垢量增加，且如圖:192025-2-3給水倍率u＝給水量/產水量u應控制在3～4202025-2-3

應該指出，增大給水倍率u雖可減少鹽水含鹽量，減輕結垢程度，但同時也會因排鹽泵和海水泵流量的增加，使裝置的熱損失和耗電量增加，導致產水量降低：一般認為：船用真空沸騰式淡化裝置適宜的給水倍率u＝3～4。此時的海水濃縮率ξ

＝1．5～1.3，不會生成CaSO4水垢．鹽水含鹽量SB與海水含鹽量S0之比稱為濃縮率ξ.212025-2-3四、影響蒸餾襲置所產淡水含鹽量的因素幹飽和水蒸氣幾乎是不溶有鹽分的。裝置所產淡水的含鹽量SF，取決於進入冷凝器的二次蒸汽的含水量w(％)和蒸發器內鹽水的含鹽量SB(mg／L)，即：由此可見，從管理的角度來看，淡水含鹽量過高的主要原因有：

(1)裝置的負荷(蒸發量)過大：沸騰過於劇烈．這可曲是加熱介質的流量過大，量度過高，或真空度過高。這時應減小冷卻水流量或稍開真空破壞閥．

(2)蒸發器水位太高：對圖14—1所示豎管式蒸發囂而育，蒸發器內水位以達到上管板為宜．蒸發器如設有水位計，這時水位計水位因不含汽泡，約在半高處．水位過高應減小給水量．

(3)鹽水含鹽量太大．這時，應證足夠的捧鹽量和給水倍率．

(4)冷凝器漏泄，使冷卻海水漏入人凝水側．222025-2-3第四節船用海水淡化裝置的實例及其管理

一、帶豎管蒸發器的真空沸騰式海水淡化裝置

1．裝置的組成和工作圖14—5示出帶豎管蒸發器的真空沸騰式海水淡化裝置的系統實例．這種海水淡化裝置在遠洋船上使用較早，現仍在廣泛使用。232025-2-3遠洋船上的海水淡化裝置242025-2-3遠洋船上的海水淡化裝置252025-2-32，裝置的啟用和停用(1)啟用①啟用前的準備

檢查蒸餾器真空破壞閥、底部泄水閥及凝水泵出口閥、給水調節閥和給水流量計旁通閥是否確已關閉。將海水引入冷凝器，再開啟蒸發器加熱淡水進、出閥，將主機缸套冷卻水引入蒸發器，然後開啟冷凝器、蒸發器的放氣閥，直至流出整股水流後關閉，如加熱和冷卻水進口為三通閥，則可在抽真空和給水後再引入加熱、冷卻水．②抽空和給水③供入熱水蒸餾器中的真空度達到要求時，將通向主機淡水冷卻器的旁通閥2關小，使主機冷卻水在蒸發器中通過。④供人冷卻水當開始產汽後，關小冷卻海水旁通閥，增加冷凝器的冷卻水流量，保持合適的真空度．⑤排出凝水當凝水水位達到冷凝器水位計約半高時，即可起動凝水泵，打開其出口閥，向淡水艙供水，同時接通鹽度計的電源262025-2-3(2)停用當船舶駛近港口、河口或寓岸不超過20nmile時，即應使海水淡化裝置停止工作，因為這些地方的海水容墨受到油和細菌的污染，使所產淡水不合衛生要求，並容易污染造水機。裝置停用的一般步驟如下：①停止加熱。為此，應先開大加熱水調節閥，然後關閉蒸發器的熱水進、出口閥．當主機缸套水冷卻器沒有自動調溫裝置時，應同時關小其淡水旁通閥，以免進入缸套的冷卻水溫度升高．②關閉凝水排出閥，停止凝水泵的工作。③關閉給水截止閥，停止海水泵，④停止冷凝器的海水供應。⑤打開真空破壞閥。如果停用時間較長，則還應將蒸餾器中的鹽水經泄水閥放空。272025-2-33．海水淡化裝置的遙控和自動化

近年來，輪機自動化發展迅速．實現了無人機艙的船舶，海水淡化裝置也必須實現遙控和自動調節．圖14—8所示為可以遙控和自動調節的真空沸騰式海水淡化裝置的簡圖，其主要特點如下：282025-2-3(1)在蒸餾器的殼體上裝有一個可由蒸發溫度繼電器l控制的常開式真空調節電磁閥2。運行時，如海水溫度較低，以致使真空度增加到94％(對應的蒸發溫度降到35℃)時，用蒸發溫度繼電器1使電磁閥2斷電而開啟，外界空氣遂得以進人蒸餾器．直至真空度降至正常範圍，對應的蒸發強度上升至調定值(調定幅差值)後，繼電器才重新通電，使電磁閥關閉，從而到自動調節真空度的目的．至於冷卻海水則始終保持額定流量而無需調節．292025-2-3(2)系統裝有壓力繼電器7和液控泄放閥6。當裝置建立起給定的給水壓力後，泄放閥6就會在水壓的作用下自動關閉．在給水系統出現故障，致使蛤水壓力下降至調定值時，繼電器7就會接通報警電路。而在裝置停止工作、海水蔡供水壓力消失後，用閥6就會自動開啟從而將蒸餾器中的存水泄空。(3)裝置的加熱與冷卻系統始終和主機的海、淡水系統串聯(圖中未示出)。這樣，在裝置停用後，雖會使主機的海淡水系統附加一些流動阻力，但卻能在裝置啟，停時省去開、關閥件及放氣等諸多操作。302025-2-34．運行中管理(1)給水倍率的控制

調節給水管路上的調節閥，使給水流量保證給水倍率u為3—4為宜。給水倍率合適且排鹽泵工作正常時，蒸發器內部水位應比上管板稍高，給水倍率太大，也有可能使鹽水水位太高，會使產水含鹽量增大。(2)凝水水位的控制冷凝器凝水水位一般維持在水位計的1／2～1／3高度。凝水水位取決於冷凝器單位時間的凝水量和凝水泵的流量，當二者相等時水位也就穩定。運行中凝水水位如不合適，可通過適當調節凝水泵出口閥的開度來調節凝水泵的流量。312025-2-3(3)真空度的控制船用真空沸騰式淡化裝置的蒸發溫度常控制在35～45℃範圍內，相應真空度為94％一90％。但現在也有的蒸餾裝置將蒸發溫度定為45～60℃，相應真空度為90％～80％。裝置的真空度是通過調節冷凝器的冷卻水流量來控制的。一般冷卻海水流量控制在冷卻海水溫升為5～6℃左右。真空度太低，海水沸點升高，會使結垢加劇，產水量減少；而真空度太高，則沸騰過於劇烈，又會使所產淡水的含鹽量增加。（4）產水量的控制裝置的產水量主要靠調節進入造水機的加熱淡水的流量來控制。如果關小旁通閥2，增大加熱水的流量，則加熱淡水流經蒸發器的溫降減小(平均溫度升高)，產水量提高，反之，則淡水產量降低。通常，加熱淡水流經蒸發器的溫降約為6～9℃．322025-2-3小結：真空沸騰式誨水淡化裝置在運行中的管理：保持適當的給水流量，維持蒸發器水位適宜；調節凝水泵流量使之與淡水產量相適應，以維持適當的凝水水位；控制冷卻海水流量(必要時稍開真空破壞閥，維持適當的真空度；控制加熱水流量，維持適當的淡水產量，注意防止負荷過大、沸騰過於劇烈。只要供水量及排鹽泵工作正常，鹽水的含鹽量一般是會保持在合適的範圍之內的．蒸餾裝置工作中最可能發生的干擾是海水溫度變化，它直接影響到真空度。只要真空度穩定，其他各項參數如產水量、給水量、蒸發器水位和凝水水位不必經常調節。故誨水淡化裝置工作穩定後，一般無需專人看管，而只要定期巡視即可．332025-2-3(1)漏氣及其防止檢查海水淡化裝置的密封性:可將蒸餾器通外界的各閥關閉，然後啟用噴射泵，盡可能將蒸餾器抽至工作所要求的真空度後停止抽氣．如在1h內真空度下降超過10％，即表明密封性不合格。至於具體漏泄處，則可在蒸餾器保持較高真空度的情況下，以燭火或線香沿各接合面慢慢移動，如發現燭火或煙向內偏移，則表明該處漏氣．通常最易漏氣的地方是凝水泵的軸封和閥杆填料等處．固定部件結合處的漏泄，可採用塗油漆、密封膠等辦法堵漏。有些滑縫或漏孔，可先塞上適當的填充物，再在外面塗以油漆、瀝青或環氧樹脂等。342025-2-3(2)漏水及其防止檢驗冷凝器是否漏水，可停用造水機，關閉凝水泵出口閥，繼續供給冷疑器冷卻水．如果凝水水位逐漸升高，則表明冷凝器漏泄，即冷卻海水漏到了凝水一側．這一點可短時間關閉通往淡水櫃的截止閥，啟動凝水泵，檢測鹽度予以證實．為進一步確定漏泄部位，可關閉冷卻水進、出口閥，將冷卻海水泄空後拆下冷凝器端蓋，用前述線香或燭火法查漏．也可通過向冷凝器內壓水(最好是熱水)的方法來查漏．經驗表明，漏泄大多是由於管與管扳的擴接不良所造成．352025-2-3(3)給水處理及蒸發器的清洗與除垢給水處理海水淡化裝置配有給水投藥處理設備水處理劑的作用是：

①使海水中的難溶物質在析出時不形成水垢，而形成很小的