船用造水機故障診斷及處理對策

廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院 林文城

船舶上柴油機和輔機等動力裝置的冷卻、鍋爐的補給以及船員的生活等需要消耗大量的淡水，結(jié)合航運企業(yè)的經(jīng)濟效益來考慮，設(shè)想從平均含鹽量為35 g/L的海水中，提取含鹽量低于10 mg/L的淡水就能滿足上述需求，這就是船舶上配備海水淡化裝置（俗稱造水機）的作用。

圖1所示為阿法拉伐（Alfa Laval）公司生產(chǎn)的JWP-26-C80型造水機系統(tǒng)原理圖，該產(chǎn)品屬于典型的板式換熱器的真空沸騰式裝置。工作時，造水機海水泵從海水箱中抽送海水，作為冷卻水送至冷凝器中去吸收熱量，而后一部分海水作為噴射泵的工作水，抽取系統(tǒng)中的空氣使造水機蒸餾器內(nèi)處于高真空狀態(tài)。另一部分的海水作為被加熱水進入節(jié)流孔板蒸發(fā)器，高真空下低溫汽化成水蒸氣，加熱源來自柴油機（主機）缸套冷卻水的廢熱。加熱產(chǎn)生的水蒸氣在冷凝器放熱冷凝為淡水，經(jīng)過鹽度計檢測，含鹽量符合要求的淡水由淡水泵送至蒸餾水艙（或淡水柜），不合格的淡水經(jīng)過回流電磁閥返回蒸餾器或直接放入艙底。而部分含鹽量較大的鹽水由噴射泵抽出，并與空氣一起排出舷外。該裝置的工作參數(shù)為：蒸發(fā)溫度約為40 ℃（真空度為93%）；加熱水溫度為55~90 ℃；加熱蒸汽壓力為0.3MPa；1m3/h淡水產(chǎn)量平均耗熱量為767~814 kW；所產(chǎn)淡水含鹽量低于1.5 mg/L；淡水產(chǎn)量在20~30 m3/天范圍內(nèi)。

一、船用造水機故障一例

以往返于中東與中國內(nèi)地某貨輪為例，發(fā)現(xiàn)其造水機淡水產(chǎn)量偏低，只有 15 m3/天 左右，沒有達到設(shè)計產(chǎn)量。經(jīng)檢查，淡水流量計正常，同時整個系統(tǒng)并沒有外漏現(xiàn)象。進一步發(fā)現(xiàn)鹽度計沒有報警且顯示所產(chǎn)淡水含鹽量為 1.3 mg/L，排除因含鹽量超標(biāo)導(dǎo)致所產(chǎn)淡水大量回流蒸發(fā)器導(dǎo)致產(chǎn)量下降的可能性，同時也排除冷凝器換熱板密封圈泄漏的可能性。

二、船用造水機故障機理分析

系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，淡水產(chǎn)量還是無法滿足要求，造成該故障常見的原因在于：（1）所產(chǎn)淡水內(nèi)部泄漏；（2）加熱源熱量不足；（3）蒸發(fā)器給水量異常；（4）系統(tǒng)真空度不足；（5）蒸發(fā)器換熱能力下降。

造水機系統(tǒng)發(fā)生故障，遵循“從整體到局部”和“先簡單后復(fù)雜”的原則，根據(jù)采集的參數(shù)數(shù)值判斷其運行狀態(tài)，采用逐一排除的方法，最后確定具體的故障部位或故障原因，再采取針對性的措施進行排除修復(fù)，詳細的故障分析如下：

圖1 帶板式換熱器的真空沸騰式海水淡化裝置系統(tǒng)圖

1.所產(chǎn)淡水內(nèi)部泄漏

凝水泵出口鹽度計故障和回流電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)或無法關(guān)閉等，將造成所產(chǎn)淡水回流蒸發(fā)器而導(dǎo)致產(chǎn)量無法滿足要求。通過檢查鹽度計和回流電磁閥，經(jīng)過試驗沒有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，所以排除所產(chǎn)淡水內(nèi)漏導(dǎo)致產(chǎn)量降低的可能性。

2.加熱源的熱量不足

船舶航行時，利用主機缸套冷卻水的余熱作為造水機的熱源（俗稱加熱水）。正常狀態(tài)下，調(diào)節(jié)加熱水的流量來控制造水機的產(chǎn)水量，加熱水溫度不足或流量不足，則蒸發(fā)量不足，直接造成淡水產(chǎn)量不足。故障時觀察，進出加熱器的加熱水溫度分別為 85.3 ℃和 81.7 ℃，進口溫度高且進出口溫差低于設(shè)計溫差 6~9 ℃，從而排除加熱源熱量不足導(dǎo)致產(chǎn)水量低的可能性。

3.蒸發(fā)器給水量異常

造水機海水泵的水壓不足、減壓閥故障、節(jié)流孔板堵塞或進水通道堵塞等，都將導(dǎo)致蒸發(fā)器給水量不足，使換熱面積減小而造成產(chǎn)氣量的下降，從而降低了淡水產(chǎn)量。

海水泵水壓過大或減壓閥故障將造成蒸發(fā)器的給水量過大，而這樣將使更多的熱量消耗于預(yù)熱或被鹽水帶走，也將降低淡水產(chǎn)量。

通過檢查海水泵和節(jié)流孔板的出口壓力，發(fā)現(xiàn)水壓數(shù)值正常，排除海水泵、減壓閥、節(jié)流孔板和進水管路等故障的可能性，從而排除蒸發(fā)器給水量異常造成淡水產(chǎn)量下降的嫌疑。

4.系統(tǒng)真空度不足

系統(tǒng)真空度不足，直接造成鹽水的沸點升高，蒸發(fā)量減少。在系統(tǒng)密封完好和真空泵正常工作的情況下，考慮到淡水產(chǎn)量不足，即可判斷真空度不足的原因是冷凝器的冷凝能力不足造成的。冷凝器的冷凝能力下降的原因如下：（1）海水溫度升高，導(dǎo)致真空泵抽氣能力和冷凝器吸熱能力下降；（2）海水泵流量不足，引起冷凝器吸熱能力下降；（3）冷凝器換熱面臟污，換熱能力下降；（4）凝水（即所產(chǎn)淡水）水位過高，降低有效換熱面積。

故障時造水機本體的壓力表數(shù)值為-95.1 kPa，即真空度達到94.2%，符合造水機設(shè)計要求，故排除系統(tǒng)真空度不足造成淡水產(chǎn)量低的可能性。

5.蒸發(fā)器換熱能力下降

換熱面臟污結(jié)垢，妨礙換熱，傳熱系數(shù)減小，鹽水的蒸發(fā)量下降，淡水產(chǎn)量隨之下降。結(jié)合以上的故障排除分析，基本上判定蒸發(fā)器換熱板臟污是造成淡水產(chǎn)量不足的主要原因。

三、故障的排除

切斷系統(tǒng)的電源，關(guān)閉造水機所有的截止閥，打開造水機蒸餾器前蓋板（見圖2），測量并記錄蒸發(fā)器換熱板總厚度后，拆下?lián)Q熱板后發(fā)現(xiàn)其鹽水側(cè)結(jié)垢嚴(yán)重，進一步確認(rèn)系統(tǒng)淡水產(chǎn)量不足是蒸發(fā)器換熱板換熱能力下降所造成的。

圖2 造水機蒸餾器構(gòu)造圖

在容器中根據(jù)說明書的要求泡制一定比例的含抑制劑酸性除垢溶液，并控制溶液溫度在40 ℃左右。把拆下的換熱板按照次序放在容器中，浸泡半個小時后，用軟刷進行清洗（見圖3）。在清洗過程中，注意防止換熱板上的密封墊片的脫落和破裂，以免安裝后出現(xiàn)泄漏問題，同時不要劃破換熱板表面的鍍層。若出現(xiàn)某換熱板密封墊片損壞而無備件，可以暫時將與其相鄰的換熱板一起拆除。清洗完換熱板后，按照原來次序進行裝復(fù)，并重新測量換熱器換熱板總厚度，確認(rèn)與記錄的數(shù)值相符合（若拆除個別換熱板，尺寸相應(yīng)減少）。

完成蒸發(fā)器換熱板的清洗和安裝后，打開加熱水和冷卻海水的進出口截止閥，啟動主機缸套冷卻水和造水機海水泵，檢查相關(guān)壓力數(shù)值是否異常并觀察蒸餾器本體內(nèi)是否泄漏，確認(rèn)密封完好后再安裝前蓋板。啟動造水機系統(tǒng)，并讓其正常運轉(zhuǎn)數(shù)天，記錄每天淡水的產(chǎn)量，得到平均淡水產(chǎn)量值達到 26.2 m3/天，符合系統(tǒng)設(shè)計要求，說明系統(tǒng)淡水產(chǎn)量不足的故障已經(jīng)順利排除，造水機運行恢復(fù)正常。

四、故障的防范

造水機使用一段時間后，換熱器（尤其是加熱器換熱板的鹽水側(cè)）結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱能力降低，造成淡水產(chǎn)量減少的情況必定出現(xiàn)，故分析水垢產(chǎn)生的機理和采取正確的管理措施，是保證造水機長期正常運行和延長檢修周期的重要手段。

圖3 蒸發(fā)器換熱板清洗操作圖

冷凝器中采用海水作為冷卻水，而加熱器則直接對海水進行加熱蒸發(fā)最后成高濃度的鹽水。不管是海水還是鹽水，都含有較高的鹽分，雖然造水機采用高真空低沸點的工作原理，但還是會在換熱面上結(jié)成水垢。水垢的主要成分有碳酸鈣、氫氧化鎂和硫酸鈣，其中碳酸鈣主要以泥渣狀存在，大部分隨鹽水排出，而氫氧化鎂和硫酸鈣是硬垢，為保證換熱板的傳熱強度，限制這兩種水垢的生成可以采取以下措施：（1）控制蒸餾器內(nèi)高真空度以維持蒸發(fā)溫度不超過75 ℃。鹽水的溫度較低時，水垢成分以碳酸鈣為主，而水溫達到75 ℃時，氫氧化鎂水垢將生成。（2）控制加熱水的溫度保持低的傳熱溫差。加熱介質(zhì)與鹽水之間的溫差越大，越容易產(chǎn)生氫氧化鎂和硫酸鈣沉淀，故嚴(yán)禁用鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣等高溫介質(zhì)直接作為造水機加熱源。（3）控制鹽水的含鹽量低于海水的1.5倍。因當(dāng)鹽水的含鹽量達到海水的1.5倍時，硫酸鈣水垢將開始產(chǎn)生，而達到3倍時，大量硫酸鈣水垢將生成。采取的措施是保證蒸發(fā)器進口海水的壓力維持在 0.3~0.4 MPa，即可以控制鹽水的含鹽量不超標(biāo)。（4）保證海水投藥系統(tǒng)正常運行。如圖1右側(cè)所示，加藥筒加入專用蒸發(fā)器處理劑（如AMERYORAL），使鹽水中鹽分不形成水垢，而以松散細小晶體存在便于真空泵順利排出舷外。故要控制加藥筒中處理劑制成溶液的質(zhì)量和水位，并通過流量指示計上的調(diào)節(jié)閥控制溶液進入蒸發(fā)器的流量，以減輕加熱面結(jié)垢程度。

五、結(jié)束語

當(dāng)船用造水機發(fā)生故障時，一方面，應(yīng)詳細地分析其工作原理和系統(tǒng)組成，將系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的設(shè)計值進行比較分析，結(jié)合實踐經(jīng)驗，采用先易后難的排除法確定故障產(chǎn)生的準(zhǔn)確部位，并采取恰當(dāng)解決措施進行故障的排除；另一方面，根據(jù)故障的特點和性質(zhì)，在以后的管理維護過程中采取有針對性的防范措施，避免短時間內(nèi)出現(xiàn)類似故障，以保證系統(tǒng)長期安全可靠運行。

[1]費千.船舶輔機[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2005.

[2]林文城,董亮.基于單片機的船用海水淡化裝置故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].造船技術(shù),2009(2):12-16.

[3]張新營.某型船用海水淡化裝置故障分析及排除[J].中國修船,2011(4):21-23.