鄭仲金，黃 政

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院,福建 福州 350007；2.福建冠海海運(yùn)有限公司，福建 福州 350005)

H輪造水機(jī)產(chǎn)水量的分析

鄭仲金1，黃 政2

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院,福建 福州 350007；2.福建冠海海運(yùn)有限公司，福建 福州 350005)

文章結(jié)合H輪造水機(jī)的產(chǎn)水量異?，F(xiàn)象,介紹船舶造水機(jī)的工作原理,分析影響產(chǎn)水量的各種因素,提出相應(yīng)的管理措施。旨在提高造水機(jī)的使用性能,保證產(chǎn)水量,為船舶正常航行提供有力保障。

造水機(jī)；產(chǎn)水量；管理措施

1 故障現(xiàn)象

H輪真空沸騰式造水機(jī)的型號(hào)PTE25/10/80。其主要技術(shù)參數(shù):加熱系統(tǒng)為缸套水加熱;產(chǎn)水量10 t/d；殘留鹽度值(Nacl)4 mg/L;熱水進(jìn)口溫度80 ℃,出口溫度70 ℃;耗熱量326 kW;海水進(jìn)口溫度32 ℃,出口溫度42 ℃;真空度93.3%。

筆者在遠(yuǎn)航期間,遇到造水機(jī)效能差的問(wèn)題,主要表現(xiàn)在產(chǎn)水量上不去,一直徘徊在3 t/d左右。后來(lái)經(jīng)過(guò)多次分析,解決了凝水泵進(jìn)口截止閥閥桿填料密封問(wèn)題,保證了其所要求的真空度,產(chǎn)水量終于恢復(fù)正常。由此,本文總結(jié)了產(chǎn)水量不足的成因,以求針對(duì)性管理,預(yù)防事故發(fā)生。

2 產(chǎn)水量分析

真空沸騰式造水機(jī)工作時(shí),真空泵從蒸餾器中抽除氣體以保持適合的真空度。海水泵所供海水的一部分經(jīng)給水調(diào)節(jié)閥流向蒸餾器下部的蒸發(fā)器。缸套冷卻水作為加熱水進(jìn)入蒸發(fā)器對(duì)海水加熱,海水受熱沸騰汽化,產(chǎn)生不含鹽分溶解物的蒸汽。蒸汽經(jīng)汽水分離器去除小水滴后進(jìn)入蒸餾器上部的冷凝器被冷卻水冷凝成淡水。凝水泵把經(jīng)鹽度計(jì)檢測(cè)合格的淡水送至淡水艙。

顯然,產(chǎn)水是造水機(jī)工作的外在體現(xiàn),淡水就是造水機(jī)的“產(chǎn)品”。但是,不僅是要能夠制造淡水,而且還必須考慮淡水的數(shù)量問(wèn)題,即技術(shù)參數(shù)所標(biāo)示出的“產(chǎn)水量”。

2.1 蒸餾器中的質(zhì)量守恒

真空沸騰式造水機(jī)的水量平衡如圖1所示。

WO-海水量；SO-海水鹽度；WB-鹽水量；SB-鹽水鹽度；WF-淡水量；SF-淡水鹽度。圖1 水量平衡關(guān)系示意圖

在造水機(jī)處于穩(wěn)定工作狀態(tài), 蒸餾器中的各種水位保持穩(wěn)定時(shí),其進(jìn)出蒸餾器的水量保持著動(dòng)態(tài)平衡。

WO=WB+WF，

(1)

式中：WO海水量；WB為鹽水量；WF為淡水量。

如圖1所示,一次蒸汽是蒸餾器下部的蒸發(fā)器的蒸發(fā)產(chǎn)物,是氣、汽、液混合物);二次蒸汽是經(jīng)過(guò)汽水分離器去除的大量含鹽小水珠和真空泵抽除的空氣后一次蒸汽剩下的產(chǎn)物,包括干飽和水蒸氣和少量含鹽小水珠;凝結(jié)的二次蒸汽量就是淡水量。

2.2 蒸餾器中的能量守恒

從蒸餾器中的質(zhì)量守恒得知,淡水量與海水量(給水量)具有直接的關(guān)系,又根據(jù)造水機(jī)的工作原理可知,淡水量是凝結(jié)的二次蒸汽量,而二次蒸汽來(lái)源于一次蒸汽,一次蒸汽來(lái)源于蒸發(fā)器中海水的受熱蒸發(fā),那么,從本質(zhì)上講,造水機(jī)實(shí)際上是借助于能量(熱量)傳遞導(dǎo)致部分海水轉(zhuǎn)換為淡水,其淡水量就是傳熱量在水介質(zhì)上的具體反映。

蒸發(fā)量是蒸發(fā)器中的海水被缸套冷卻水加熱蒸發(fā)出來(lái)的一次蒸汽量,傳熱量首先必須滿(mǎn)足海水從常溫到達(dá)沸點(diǎn)溫度,接著才能滿(mǎn)足海水蒸發(fā)汽化為一次蒸汽,其中,海水升溫所需要的傳熱量叫做顯熱量,海水汽化所需要的傳熱量叫做潛熱量。

Q=Qx+Qq，

(2)

式中：Q為傳熱量；Qx為顯熱量；Qq為潛熱量。

顯然,潛熱量表現(xiàn)在蒸發(fā)器的蒸發(fā)量上,潛熱量越大,意味著蒸發(fā)量越多。冷凝量是冷凝器中的二次蒸汽被海水冷卻冷凝而產(chǎn)生的淡水量,如果造水機(jī)工作正常,那么,冷凝量是與蒸發(fā)量相適應(yīng)。所以,淡水量取決于潛熱量，潛熱量越大,淡水量越多。

2.3 產(chǎn)水量的影響因素

產(chǎn)水量是凝水泵排出的經(jīng)鹽度計(jì)檢測(cè)合格的淡水量,也就是沒(méi)有通過(guò)回流電磁閥回流的淡水量。

根據(jù)蒸餾器中的質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律,產(chǎn)水量與傳熱量的聯(lián)系經(jīng)過(guò)如下環(huán)節(jié)：①傳熱量減去顯熱量,就是潛熱量,亦是蒸發(fā)量;②蒸發(fā)量減去汽水分離器分離掉的小水滴,就是二次蒸汽量;③二次蒸汽量被冷凝器完全冷凝出來(lái),就是冷凝量,即淡水量;④沒(méi)有經(jīng)過(guò)回流電磁閥回流的淡水量,就是產(chǎn)水量。

所以,針對(duì)上述4個(gè)環(huán)節(jié),影響產(chǎn)水量的因素有以下幾個(gè)方面:傳熱量、顯熱量、汽水分離器的分離效果、冷凝器的冷凝能力、回流電磁閥的回流量。

2.3.1 傳熱量的影響

蒸發(fā)器中,海水(給水)吸熱量為Q1:

Q1=KA[(T1+T2)/2-T0],

(3)

式中:K為傳熱系數(shù)；A為傳熱面積；T1為缸套冷卻水進(jìn)口溫度；T2為缸套冷卻水出口溫度；T0為海水(給水)沸點(diǎn)溫度。

蒸發(fā)器中,缸套冷卻水放熱量為Q2：

Q2=qv1C1(T1-T2)，

(4)

式中：qv1為缸套冷卻水流量；C1為缸套冷卻水比熱容。

根據(jù)熱平衡原理,傳熱量就是缸套冷卻水放熱量,亦是海水(給水)吸熱量。通過(guò)公式(3)和(4),得出:

傳熱量Q=[1/(1/KA+1/2qv1C1)](T1-T0)，

(5)

所以,通過(guò)公式(5)導(dǎo)致傳熱量發(fā)生變化的因素有:①導(dǎo)致K變化的是:傳熱面海水(給水)側(cè)臟污程度，傳熱面熱水側(cè)“氣塞”；②導(dǎo)致A變化的是海水(給水)量導(dǎo)致?lián)Q熱管上部“霧狀流動(dòng)”;換熱管/板(熱水側(cè))堵塞；③導(dǎo)致qv1變化的是缸套冷卻水的流量變化；④導(dǎo)致T1變化的是缸套冷卻水進(jìn)口溫度變化;⑤導(dǎo)致T0變化的是裝置的真空度變化。

2.3.2 顯熱量的影響

蒸發(fā)器中,海水(給水)吸收的顯熱量為Qx：

Qx=qv2C2(T0-T3),

(6)

式中：qv2為海水(給水)流量;C2為海水(給水)比熱容;T0為海水(給水)沸點(diǎn)溫度;T3為海水(給水)溫度。

所以,通過(guò)公式(6),導(dǎo)致顯熱量發(fā)生變化的因素有:① 導(dǎo)致qv2變化的是海水(給水)的流量變化;②導(dǎo)致T0變化的是裝置的真空度變化;③導(dǎo)致T3變化的是海水(給水)溫度變化。

2.3.3 汽水分離器分離效果的影響

汽水分離器的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破損,一次蒸汽中的大量含鹽小水珠沒(méi)有去除,導(dǎo)致產(chǎn)水量增加;但是,更關(guān)鍵的是由于汽水分離器分離效果差,直接影響產(chǎn)水鹽度(Nacl)不合格(超過(guò)10 mg/L),鹽度計(jì)會(huì)控制其回流至蒸發(fā)器或艙底。

2.3.4 冷凝器冷凝能力的影響

①傳熱面海水(冷卻水)側(cè)臟污程度和“氣塞”;②冷卻管/板(冷卻水側(cè))堵塞;③海水(冷卻水)的流量變化;④海水(冷卻水)進(jìn)口溫度變化。

2.3.5 回流電磁閥回流量的影響

①淡水的鹽度不合格(Nacl超過(guò)10 mg/L)；②回流電磁閥的閥芯與閥座密封不良。

3 管理措施

從以上分析得知,輪機(jī)員在管理造水機(jī)產(chǎn)水量的過(guò)程中,主要應(yīng)該遵循以下思路:①保證設(shè)備結(jié)構(gòu)的完好性；②保證合適的傳熱量；③控制合適的顯熱量；④維持合適的冷凝量。

根據(jù)筆者的實(shí)際管理經(jīng)驗(yàn),船舶造水機(jī)的產(chǎn)水量最經(jīng)常出現(xiàn)3種狀況:①產(chǎn)水量突然中斷,其主要原因是淡水鹽度(Nacl)超過(guò)10 mg/L而導(dǎo)致回流電磁閥打開(kāi),這個(gè)時(shí)候往往伴隨著聲光報(bào)警;②產(chǎn)水量突然減少,其主要原因是真空度下降,海水沸點(diǎn)溫度升高,導(dǎo)致傳熱量減少,顯熱量增多,于是蒸發(fā)量急劇減少;③產(chǎn)水量逐漸減少,其主要原因是蒸發(fā)器加熱面結(jié)垢臟污。

所以,輪機(jī)員在管理方面主要采取以下措施。

3.1 調(diào)節(jié)給水倍率

給水倍率太低,鹽水濃度高,則產(chǎn)水鹽度不合格;給水倍率太高,即給水量過(guò)大,顯熱量過(guò)高,鹽水帶走的熱量增加,則產(chǎn)水量降低。

在造水機(jī)裝置中,一般是通過(guò)調(diào)節(jié)減壓閥,只要給水壓力保持在0.3～0.4 MPa正常范圍內(nèi),給水節(jié)流孔板不堵,即可保持適當(dāng)?shù)慕o水倍率。真空沸騰式造水機(jī)的給水倍率一般保持在3～4。

3.2 調(diào)節(jié)缸套冷卻水流量

缸套冷卻水流量太低,傳熱量減少,則產(chǎn)水量降低;缸套冷卻水流量太高,即熱負(fù)荷過(guò)高,海水沸騰過(guò)于劇烈,則產(chǎn)水鹽度不合格。

在造水機(jī)裝置中,一般是通過(guò)改變缸套冷卻水旁通閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸餾器的缸套冷卻水流量。但是，必須注意的是調(diào)節(jié)缸套冷卻水旁通閥的開(kāi)度,必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)缸套冷卻水冷卻器的海水旁通閥的開(kāi)度,以保證主機(jī)缸套冷卻水溫度維持不變。

3.3 調(diào)節(jié)冷卻海水流量

冷卻海水流量太低,冷凝器的冷凝能力下降,真空度下降,則產(chǎn)水量降低;冷卻海水流量太高,冷凝器的冷凝能力上升,真空度過(guò)高,海水沸騰過(guò)于劇烈,則產(chǎn)水鹽度不合格。

在造水機(jī)裝置中,一般是通過(guò)改變冷卻海水進(jìn)出口閥大小來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入冷凝器的冷卻海水流量。

船舶航行于熱帶水域時(shí),海水溫度較高,冷凝器的冷凝能力下降;而且工作水溫高還會(huì)降低噴射器的抽氣能力,導(dǎo)致裝置的真空度下降,此時(shí)應(yīng)該加大冷卻海水流量,維持足夠的真空度,但冷凝器允許通過(guò)的冷卻海水最大流量是有限的,不得已時(shí)只能適當(dāng)減少傳熱量,降低產(chǎn)水量。冬季海水溫度較低時(shí),冷凝器的冷凝能力上升,為使真空度不至于太高,可適當(dāng)減小冷卻水流量。一般要求維持真空度在90%～94%,即海水沸點(diǎn)溫度為45～35 ℃。

3.4 投藥處理

為了有效地防止水垢生成及清除水垢,維持傳熱系數(shù),保證換熱效果,必須及時(shí)地投放化學(xué)防垢劑和除垢劑進(jìn)行處理。

樹(shù) 木 擁 有 綠 色

地 球 才 有 脈 博

Based on the abnormal phenomena on the distilled water yield of H-vessel fresh water generator,the working priniciple of the marine fresh water generator is described,together with various factors analyzed that affect the distilled water yield and the corresponding management measures put forward in order to improve the usability of the marine fresh water generator,guarantee the quantity of fresh water,which can provide powerful guarantee for the ship's normal sailing.

fresh water generator;distilled water yield;management measure

鄭仲金(1970-)，男，福建福州人，副教授，工學(xué)碩士，主要從事輪機(jī)管理工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.02.003

2015-06-11