淺析影響造水機性能的因素

嚴(yán)波 中遠海運船員公司廣州分公司

1.裝置與布置簡介

公司23WVLOC船舶配備的造水機，型號：SONDEX A/S SFD 23，額定造水量30T/d。造水機本體位于機艙中層平臺，離基線12.9m；海水泵位于底層位置，離基線5m，由此可知造水機比海水泵高出8m，造水機海水出水口低于中平臺2.7m，亦即基線上10.3m。壓載工況艉部吃水10.7m，噴射泵出口壓力為零，滿載艉部吃水18.1m，噴射泵出口不超0.6bar，造水機噴射泵出口背壓符合說明書的規(guī)定值。

2.常見故障/問題與分析

2.1 海水泵葉輪易損壞，壽命短

公司共有此類型船舶8艘，造水機海水泵有一通病就是葉輪易于腐蝕，泵殼輕微腐蝕，部分船舶海水泵的葉輪使用壽命只有2年，究其原因是空載時吸入真空度過高，空泡腐蝕造成的（見圖1）?？张莞g產(chǎn)生的主要原因是吸入壓力過低，低于該溫度狀態(tài)下的飽和蒸汽壓力，溶解于水中的空氣析出，形成空泡，葉輪高速轉(zhuǎn)動過程中，壓力能的增加，存在空泡的液體被擠壓，從而高速撞擊葉輪而形成，氣穴破滅區(qū)的金屬因受高頻高壓的液擊而發(fā)生疲勞破壞。具體的機理這里不再贅述。

圖1 葉輪嚴(yán)重空泡腐蝕

而真空度過高的原因應(yīng)是造船時設(shè)計上的缺陷。該輪海水總管材料是銅鎳合金，安裝使用至今已10年，管子完好無損。造水機海水泵的進入管直接連接在海水總管上，管子通徑80mm，因為海水總管材料是銅鎳合金，即使修船進塢也不能在總管上把接口挖大，以免破壞總管材料的防腐性能。從海水總管至造水機海水泵的進口管直徑過小，只有80mm，且管路很長，達9.1m，多次彎曲，沿程阻力損失大，壓降大，且泵前一段管是異徑管，通徑由80mm變?yōu)?00mm，然后與泵連接，水流流經(jīng)此路段時，截面積變大，壓力進一步降低，以致吸入真空度高（空載時特別明顯），排出壓力低，泵的效率低。泵的排量低，雙重影響造水機，冷卻水量不足，引起真空度低，噴射壓力低，抽吸能力低，也導(dǎo)致真空度低，蒸發(fā)溫度高，從而導(dǎo)致造水量低。說明書要求：海水泵吸入壓力不低于0.1bar，出口壓力4.2—5bar，噴射泵前壓力3—3.5bar。滿載時，吸入壓力也不符合要求，排出壓力符合使用要求。

2.2 造水量不足

造水量不足主要是由于蒸發(fā)器、冷凝器的換熱效果差及真空度不夠引起的。

（1）蒸發(fā)方面：造水時，海水溫度達到裝置內(nèi)真空壓力對應(yīng)的飽和溫度時開始在海水內(nèi)部大量汽化，蒸汽汽泡穿過海水從蒸發(fā)器加熱板件之間隙逸出，穿過汽水分離器，除去含有微量鹽分的水珠后進入冷凝器，蒸汽被冷凝為淡水。淡水產(chǎn)量大小，主要取決于對海水的加熱量及傳熱條件，蒸發(fā)器影響產(chǎn)汽量的主要原因是：①加熱用淡水溫度過低或流量不足；②加熱面臟污和結(jié)垢，如果裝置使用時間長，產(chǎn)水量逐漸減少，往往是因為換熱面結(jié)垢與臟污。

那么如何判斷是否臟污、堵塞呢？臟污時，傳熱效果差，加熱水的進出溫差變?。欢氯麜r，加熱面積/流量變小，加熱水的進出溫差變大，兩者均影響到熱交換，令加熱量/熱交換量變小。蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽是否順暢地到達冷凝腔是另一個影響造水量的重要因素，蒸發(fā)器腔與冷凝器腔通過多層濃密的不銹鋼絲網(wǎng)連通，以阻止大顆粒的水蒸汽通過，以免影響含鹽量。表面上觀察，該網(wǎng)積聚的水垢不多，但內(nèi)部情況可不一樣，撬開夾層，內(nèi)部積垢還較嚴(yán)重，鋼絲網(wǎng)內(nèi)部的積垢，影響了水蒸汽的順暢、及時通過，蒸發(fā)器腔的水蒸汽未能及時到達冷凝腔，除了影響真空度，還影響造水量，一方面造水機顯示很高的真空度，另一方面，造水量卻低。正常情況下，真空度高，蒸發(fā)溫度低，有利于海水的蒸發(fā)，那如何判斷該濾網(wǎng)是否堵塞呢？在此情況下，看蒸發(fā)器加溫淡水進出溫差，用旁通閥控制加熱量時，在相同的開度下，進出溫差會變小。觀察冷凝器海水出口溫度，亦會比正常情況下溫升較小。

（2）冷凝方面：冷凝能力要與蒸發(fā)量相適應(yīng)，引起冷凝器換熱能力下降的主要原因有：①冷凝海水溫度升高或流量不足；②換熱面臟堵。如果冷凝器換熱能力下降，除了影響冷凝淡水的量，還會使真空度變小。冷凝器臟污的判斷方法同蒸發(fā)器，堵塞時，除了影響冷卻水的溫差，噴射真空泵工作水壓也會變低。

（3）真空度方面：裝置真空度越高，蒸汽密度越小，蒸汽與水滴的密度差越大，越有利于水滴的分離。真空度不足，導(dǎo)致海水沸點提高，蒸發(fā)溫度升高，相同的加熱量，產(chǎn)氣量變小，同時蒸發(fā)器易于結(jié)垢，造成真空度不足的主要原因有：①冷凝器換熱能力下降；②加熱介質(zhì)流量過大或溫度過高以至使蒸發(fā)量過大，即不恰當(dāng)?shù)丶哟笳舭l(fā)量；③真空泵抽氣能力差，噴射真空泵工作水壓低，背壓過高（>8m H2O），噴嘴磨損、阻塞、安裝不當(dāng)、吸入止回閥卡死等可能使抽氣能力下降。

如何判斷蒸發(fā)量過大？正常情況下，蒸發(fā)溫度與真空度是對應(yīng)的關(guān)系，一定的真空度對應(yīng)相應(yīng)的蒸發(fā)溫度，即飽和蒸汽的溫度，過量的加熱量，蒸發(fā)室溫度超過飽和溫度。噴嘴磨損會導(dǎo)致噴射真空泵工作水壓變低，要依據(jù)冷凝器是否堵及海水泵的排出壓力、真空度等參數(shù)綜合考慮。

綜述：造水機的蒸發(fā)能力與冷凝能力是相互影響、相互作用的，穩(wěn)定時，達到動態(tài)的熱平衡，真空度穩(wěn)定在當(dāng)時的平衡狀態(tài)，即蒸發(fā)能力、冷凝能力、真空度三者是個平衡體。當(dāng)冷凝能力不變，蒸發(fā)器因臟、堵或加熱水溫變低而能力變低，產(chǎn)生的蒸汽量變低，真空度升高，而變高的真空度反過來影響蒸發(fā)溫度，降低了蒸發(fā)溫度，從而增加了蒸發(fā)量，真空度隨之降低，三者在新的狀態(tài)下達到平衡；反之亦然，當(dāng)蒸發(fā)能力不變，冷凝器因臟、堵或冷卻水量變低而能力變低，真空度降低，而變低的真空度反過來影響蒸發(fā)溫度，提高了蒸發(fā)溫度，從而降低了蒸發(fā)量，真空度隨之升高，三者在新的狀態(tài)下又達到了平衡。

3.應(yīng)對措施

3.1 海水泵葉輪易損壞，壽命短的措施

（1）辦法之一：造船時，為了減少吸入管路阻力損失，設(shè)計時應(yīng)盡量減小吸入管路的長度，避免選用太小的管徑和太高的流速，并盡可能減少吸入管路中的彎頭。泵前濾器的通流量足夠，不致產(chǎn)生壓降，運營中注意及時清洗此濾器。

（2）辦法之二：從主海水泵的排出管路引入壓力水到造水機海水泵的吸入管，主海水泵的排出管壓力2—3bar，只需一根較小的連通管，即可大大增加造水機海水泵的吸入海水量，基于此想法，從主海水泵的排出管接駁了一根直徑25mm的水管連接到造水機海水泵。某輪，加裝連通管前，（壓載工況）造水機海水泵的排出壓力2.7bar，吸入壓力-0.7bar，噴射壓力1.4bar，真空度90%，蒸發(fā)溫度48℃，加裝后，排出壓力3.9bar，吸入壓力-0.3bar（接駁口位于吸入壓力表與泵的吸入口之間），噴射壓力2.3bar，真空度95%，蒸發(fā)溫度43℃，滿載工況，泵排出壓力基本達到說明書的要求，但吸入壓力仍是負壓，若補充少量的水，可改善負壓狀態(tài)。造水量比原來提高了5T/d，由原來的19T/d，達到24T/d（無論壓載或滿載）。

此舉有效地降低了海水泵的吸入真空度，減少了空泡腐蝕，從而延長了海水泵葉輪的壽命。同時，因提高了噴射壓力，造水機的真空度提高，顯著地降低了蒸發(fā)溫度，減少冷凝器及加熱器的結(jié)垢，進而減少拆檢冷凝器及加熱器的次數(shù)（見圖2）。

圖2 海水接駁管

（3）辦法之三：從主海水泵吸入濾器上的小蓋板，引出/接駁一條通徑￠80mm的管，即與現(xiàn)存海水管一樣管徑，兩條海水管在泵前匯合，連接到一條通徑￠100mm的管，接到泵的吸入口，加裝此管后，泵的吸入壓力在空載時得到極大的改善，吸入壓力變成0.1bar，排出壓力達4.8bar，噴射壓力達2.7bar。滿載時，注意控制新加裝海水管閥門的開度，因為，如果全開，海水泵的馬達電流過大，會超過額定電流，控制馬達電流不超42A。關(guān)閉該閥，滿載18.1m的吃水，亦即吸入壓頭有13m，理論上，若流量足夠，泵前吸入壓力應(yīng)是1.3bar，實際中，泵的吸入壓力還會出現(xiàn)-0.1～-0.2bar的真空度，印證了前面所述，即吸入管太長，阻力過大，管徑不足，從而導(dǎo)致這一結(jié)果。這里就引申出了一個問題，泵的功率與馬達的功率不匹配，泵的功率大于馬達的功率，葉輪是原廠件，這就解釋了為什么泵的吸入端通徑是￠100mm，安裝的海水管通徑是￠80mm，泵前一段管是異徑管，通徑由80mm變?yōu)?00mm，然后與泵連接。估計是空載與滿載難以兼顧，才如此安排。

3.2 蒸發(fā)器、冷凝器的正確拆裝

（1）蒸發(fā)器、冷凝器的拆裝是常規(guī)性操作，需注意的是板式熱交換器的壓縮量，習(xí)慣性做法是拆前做好記號，裝復(fù)時，上緊到原來的位置/預(yù)緊力。說明書要求：每塊板的壓縮厚度不超3.9mm，若想知道該上緊到什么位置，乘以板的數(shù)量即為總的壓縮長度。如某輪，冷卻器76片（19組），最少長度：296.4mm，實際長度305mm；蒸發(fā)器64片（16組），最少長度：249.6mm，實際長度265mm，說明還未超過最大壓縮量。若過度收緊，不僅會引致?lián)Q熱板變形，也會導(dǎo)致熱交換水量/流量的降低。

（2）換熱板的密封墊片失效則應(yīng)予以更換，新?lián)Q墊片應(yīng)使用專用的密封膠粘好，如果個別換熱板損壞而無備件，可以暫時將與其相鄰的另一塊換熱板一起拆除。按照每片的壓縮厚度，相應(yīng)減少壓縮長度，使之符合要求。

（3）裝復(fù)時，應(yīng)交叉上緊螺母，避免單邊受力，尤其是接近預(yù)定上緊位置，接近上緊位置時需小角度，交叉多次進行，切忌部分螺母受力過大，另外螺母處于受力較松狀態(tài)。

（4）板式換熱片的膠條材料是合成橡膠，化學(xué)品對其幾無影響，可用液態(tài)除垢劑進行浸泡，效果較好，可避免人工除垢而對換熱片的損害。

（5）板式換熱片的表面都有鎳或鈦鍍層，尖銳/堅硬的物件在其表面刮、鏟將導(dǎo)致鍍層被破壞，從而更易結(jié)水垢。

（6）停機前，停止蒸發(fā)器加熱，海水泵繼續(xù)工作2小時以上再停，除了可以充分冷卻造水機，防止蒸發(fā)器腔內(nèi)溫度過高而引起蒸發(fā)器結(jié)垢，還可以利用真空，吸入除垢劑，使整個造水機內(nèi)充滿含有除垢劑的海水，也能有效地除去部分鹽垢。

4.運行管理

4.1 控制投藥量及鹽水水位

（1）蒸發(fā)器加熱面結(jié)垢將影響設(shè)備的正常工作，減少造水量，為了延長其清洗周期，一般都設(shè)有給水投藥系統(tǒng)，對供給蒸發(fā)器的海水連續(xù)投藥，其作用之一是：使海水中的難溶物質(zhì)析出時不易形成水垢，被排鹽泵連續(xù)排出。之二是：含有消泡劑，能消散小汽泡，防止海水飛濺，從面減少所產(chǎn)淡水的含鹽量。投藥的方法：按造水機的額定造水量及化學(xué)品的投藥量要求，計算每天的投藥量，所需投藥量用水稀釋至一定量（視投藥桶的大?。谷胪端幫?，調(diào)節(jié)流量計指示針，控制連續(xù)投入蒸發(fā)器的流量，使化學(xué)品的量滿足造水機的要求。

（2）在蒸發(fā)器側(cè)底板的下方設(shè)有觀察鏡，可以看見鹽水的水位，控制其水位在觀察鏡的1/3～1/2的位置，一般不超1/2，若其水位超過1/2，表明鹽水抽排的流量不足，原因之一：可能是噴射泵工作不正常（水壓過低、背壓過高、噴嘴堵塞或過度磨損、止回閥卡住等），之二：補水閥開度過大（給水量太大）。

4.2 控制好真空度

遠洋船舶航行世界各地，對海水淡化裝置真空度影響較大的因素是海水溫度的變化，對于裝有旁通管路的船舶，通過調(diào)節(jié)冷凝器冷卻水流量來控制裝置的真空度較容易進行。對于無旁通管路的船舶，調(diào)節(jié)、控制海水流量需調(diào)整泵的進出口閥的開度來進行。當(dāng)船舶在熱帶航區(qū)運行時，海水溫度較高，冷凝器的傳熱溫差減小，冷凝能力下降，此時應(yīng)加大冷卻水流量，以使真空度維持在正常范圍內(nèi)。如真空度仍無法達到要求，可適當(dāng)減小加熱水流量，以保持裝置足夠的真空度；而在冬季工況時，冷卻水溫度較低，冷凝能力增大，而蒸發(fā)器則由于海水溫度低，產(chǎn)汽能力相對下降，雙重影響，致使裝置的真空度過高，此時應(yīng)減小冷卻水流量，以使真空度維持在正常范圍內(nèi)，如真空度太高，可稍開真空破壞閥。