某型船用海水淡化裝置故障分析及排除

張新營

(4806工廠，浙江舟山 316000)

1 海水淡化裝置鹽度偏高現(xiàn)象

1.1 海水淡化裝置簡介

船舶每天都要消耗相當(dāng)數(shù)量的淡水以滿足船上人員和動力裝置的需要以及用于制造飲用水和洗滌水的原料水。遠洋船舶、海軍艦艇不宜攜帶過多淡水，一般都設(shè)有海水淡化裝置 (習(xí)慣稱造水機)增加續(xù)航能力。海水淡化就是要大幅度降低海水的含鹽量，目前海軍艦艇海水淡化主要有電滲析、反滲透、熱力蒸餾等方法。以蒸汽為動力的艦艇現(xiàn)都采用熱力蒸餾法獲得鍋爐補給水。船舶對淡水要求最高的是鍋爐補給水，故海水淡化裝置穩(wěn)定可靠造水對船舶的動力系統(tǒng)至關(guān)重要。

某型海水淡化裝置其基本工作原理如圖1所示。首先啟動船用海水泵，海水進入輔冷凝器和主冷凝器，從主冷凝器出來的海水，溫度較低的一部分水用作鹽水噴射器的工作水排至舷外，溫度較高的海水用作蒸發(fā)器的給水。來自飽和蒸汽總管的飽和蒸汽，進入輔冷凝器蒸汽噴射器，抽取海水淡化裝置內(nèi)部真空，當(dāng)真空度達到－0.07 MPa時，打開蒸發(fā)器進汽閥，加熱蒸發(fā)器腔海水，海水蒸發(fā)形成二次蒸汽。二次蒸汽中含有鹽分和各種雜質(zhì)，進入清洗裝置中進行除鹽、排雜后，在主冷凝器中冷凝成新的爐水，經(jīng)爐水泵輸送一部分經(jīng)過節(jié)流裝置到清洗裝置，大部分到用戶。爐水的鹽度通過鹽度計監(jiān)控，在鹽度高于允許值時，排艙底;鹽度低于允許值時，到水柜。

實際上，該型海水淡化裝置的投入運行是通過按鈕進行的，其啟動工作借助程序啟動裝置自動完成。裝置的停機是通過按鈕或者通過裝置保護系統(tǒng)的信號進行。

1.2 故障現(xiàn)象

該船海水淡化裝置在使用一段時間后，發(fā)生新制淡水鹽度增高 (＞5.0 mg/L)，出現(xiàn)無法造水故障。

2 故障分析

造成海水淡化裝置新制淡水鹽度增高的原因很多，主要由蒸發(fā)器內(nèi)海水循環(huán)不通暢、凝水系統(tǒng)密封被破壞、真空度過高、加熱蒸汽壓力過高、蒸發(fā)器加熱盤管內(nèi)凝水排出過量和出現(xiàn)“無水清洗”等原因造成，要找出具體原因還需進一步查找、分析。

圖1 海水淡化裝置系統(tǒng)簡圖

2.1 蒸發(fā)器內(nèi)海水循環(huán)是否通暢

蒸發(fā)器內(nèi)海水循環(huán)不通暢主要可以造成2種后果:首先是蒸發(fā)器內(nèi)水位過高，蒸發(fā)器內(nèi)水位過高會使帶有鹽分的小水滴易被帶入主冷凝器;其次，會使蒸發(fā)器內(nèi)海水鹽度偏高，鹽度高則表面張力大，氣泡生成比較大才能脫離加熱盤管表面，從而引起劇烈沸騰，同樣易使含鹽小水滴進入主冷凝器內(nèi)，這2種結(jié)果都會使主冷凝器內(nèi)的凝水被含鹽小水滴污染，使新制淡水鹽度增高。我們對系統(tǒng)管路及其管路上的閥件、鹽水泵、節(jié)流圈、流量計等進行了檢查，均未發(fā)現(xiàn)工作異常情況，故排除蒸發(fā)器內(nèi)海水循環(huán)不暢是造成此次海水淡化裝置新制淡水鹽度增高故障的原因。

2.2 凝水系統(tǒng)密封是否破壞

若蒸發(fā)器的主冷凝器或真空泵的副冷凝器的管子嵌固處密封破壞或管子本身損壞，將會使冷凝器中用做冷卻的海水進入冷凝器盤管內(nèi)的凝水中(即新制淡水)，從而造成新制淡水鹽度增加。我們對凝水系統(tǒng)進行了泵壓檢查 (泵壓壓力0.525 MPa)，檢查發(fā)現(xiàn)密封情況良好，泵壓壓力保持15 min無下降，故排除了因凝水系統(tǒng)密封破壞導(dǎo)致海水淡化裝置新制淡水鹽度增高的因素。

2.3 真空度是否過高

真空度過高會使沸點降低，海水易沸騰或閃發(fā)過于劇烈，蒸汽中攜帶含鹽小水滴增加，使新制淡水含鹽量增加。該型船用海水淡化裝置采用蒸汽噴射器 (真空泵)來保持系統(tǒng)要求的－0.08～－0.07 MPa的真空度，新蒸汽通過液控截止閥K4后，其中一部分進入抽氣系統(tǒng)，此時蒸汽為壓力2.3 MPa的飽和蒸汽，其通過節(jié)流圈P10(如圖2所示)的減壓(壓力降低為0.52 MPa左右)作用后進入蒸汽噴射器，將主冷凝器上腔的蒸汽、空氣混合物輸往輔冷凝器，在輔冷凝器中蒸汽被冷凝，而冷卻的空氣則通過空氣止回閥被引入空氣清潔系統(tǒng)或排入大氣。節(jié)流圈P10對新蒸汽具有減壓作用，若其節(jié)流通徑過大使進入蒸汽噴射器的蒸汽壓力過高，將造成新制淡水鹽度增加。同時蒸汽噴射器的噴嘴和噴管間距大小，噴嘴和噴管是否有汽蝕、損壞都將對真空度產(chǎn)生影響。我們對裝置的抽氣系統(tǒng)進行現(xiàn)場勘驗時發(fā)現(xiàn)節(jié)流圈P10后工作蒸汽壓力為0.56 MPa，略高于標(biāo)準(zhǔn)值，故對節(jié)流圈P10的通徑進行了調(diào)整，同時換新了蒸汽噴射器的噴嘴和噴管，并在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)調(diào)整了噴嘴和噴管的間距，修理后新制淡水的鹽度略微降低，但其顯然不是造成此次海水淡化裝置新制淡水鹽度增高故障的主要原因。

圖2 節(jié)流圈P10

2.4 加熱蒸汽壓力是否過高

新蒸汽 (2.3 MPa的飽和蒸汽)通過液控截止閥K4后，除進入抽氣系統(tǒng)外，剩余部分將依次通過調(diào)節(jié)閥K6、節(jié)流圈P8、壓力傳感器SP3、節(jié)流圈P11、加濕器X1、安全閥K1、K2和壓力傳感器SP1后進入蒸發(fā)器加熱盤管對海水進行加熱，從而形成二次蒸汽 (如圖3所示)。對于進入蒸發(fā)器加熱盤管的蒸汽參數(shù)是有嚴(yán)格要求的，首先，若加熱蒸汽干度過高，則加熱蒸汽的換熱系數(shù)降低，蒸發(fā)器換熱性能下降，從而使新制淡水產(chǎn)量下降;其次，若進入蒸發(fā)器的加熱蒸汽壓力過高，使加熱蒸汽與蒸發(fā)器內(nèi)海水的溫差過大，則會因劇烈沸騰而易使含鹽小水滴進入主冷凝器，從而使新制淡水鹽度增加。該系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)閥K6和節(jié)流圈P8、P11對進入加熱盤管的蒸汽壓力進行控制的，若壓力傳感器SP3測得節(jié)流圈P8后蒸汽壓力≤0.5 MPa或壓力傳感器SP1測得節(jié)流圈P11后蒸汽壓力≥0.08 MPa，則壓力傳感器—繼電器SP3、SP1控制的三通旋塞電磁閥K3起作用使系統(tǒng)停機。我們對節(jié)流圈P8、P11的節(jié)流孔徑進行了調(diào)整，使進入蒸發(fā)器加熱盤管的蒸汽壓力保持在－0.03～0.05 MPa范圍內(nèi)，調(diào)整后的新制淡水鹽度有了進一步的降低，但其依然不是造成此次海水淡化裝置新制淡水鹽度增高故障的主要原因。

圖3 加熱蒸汽系統(tǒng)圖

2.5 蒸發(fā)器加熱盤管內(nèi)凝水排出是否過量

蒸發(fā)器加熱盤管內(nèi)凝水的排出量是由節(jié)流圈P5控制的，若節(jié)流圈P5的節(jié)流孔徑過大，不僅使凝水迅速排光，加熱蒸汽也跟著排出，造成很大的浪費，而且加熱盤管中凝水少了，加熱蒸汽的傳熱面積相對增大，同時加熱盤管內(nèi)蒸汽流速也增大，其傳熱系數(shù)跟著變大，結(jié)果總傳熱量增加過多，產(chǎn)生劇烈沸騰，使新制淡水鹽度增加。我們對節(jié)流圈P5的節(jié)流孔徑進行了調(diào)整，使排出凝水溫度略低于飽和溫度一定程度。調(diào)整后新制淡水鹽度未見明顯改善，造成此次海水淡化裝置新制淡水鹽度增高故障的主要原因還需進一步尋找。

2.6 是否出現(xiàn)“無水清洗”的情況

該型船用海水淡化裝置與國產(chǎn)同類裝置的主要區(qū)別是采用了清潔系統(tǒng)，清潔系統(tǒng)的作用是從凝水泵出口回流大約10%的凝水 (即新制淡水)對二次蒸汽進行除鹽、排雜清洗，這也是該裝置新制淡水含鹽量遠低于國內(nèi)同類產(chǎn)品的主要原因。凝水從凝水泵引出后通過管路依次經(jīng)過過濾器、節(jié)流圈，最后進入裝置內(nèi)的噴淋裝置形成噴淋狀清潔水，其中噴淋裝置由總管和從總管引出的12組噴頭組成。若清潔系統(tǒng)的管路、過濾器、節(jié)流圈及裝置內(nèi)的噴淋裝置發(fā)生堵塞或密封不良造成清潔水泄漏，則會形成“無水清洗”故障，使新制淡水鹽度增加。我們對清洗系統(tǒng)的管路及其附件和噴淋裝置進行了通暢性和密封性檢查，裝置外的管路、濾器和節(jié)流圈均工作正常，但在泵壓檢查裝置內(nèi)的清洗器時發(fā)現(xiàn)其總管上有一處砂眼，造成清潔水外泄，使噴淋裝置因清潔用水流量不足而降低噴淋清洗效果，致使新制淡水鹽度增加。清潔水泄漏是造成此次海水淡化裝置新制淡水鹽度增高故障的主要原因。

3 故障排除

我們對損壞的清潔裝置總管進行了更換，修理后新制淡水鹽度降低到2.0 mg/L，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)過長時間使用，未出現(xiàn)過類似故障。

4 經(jīng)驗總結(jié)

該型海水制淡裝置是一個較為復(fù)雜的系統(tǒng)，在維修過程中應(yīng)系統(tǒng)、全面的分析故障形成原因，采取科學(xué)有效的方法，有效地維護船舶動力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。