蒸发式造水机在柴电动力定位船上的使用分析

蓝彬彬，刘炜慧，杨荣锋

(江苏熔盛重工有限公司，江苏 南通226532)

目前海水淡化的方式主要有蒸发式和反渗透式。本文主要是对蒸发式造水机在柴电动力定位船上的使用进行分析，此类工程船舶大多采用中、高速柴油发电机组构建全船电网，并且船舶的工况复杂多变，所以发电机组的负荷变化较剧烈，引起发电机组的缸套水温度波动变化较明显，导致蒸发式造水机不能正常工作。为此，对蒸发式造水机在柴电动力定位船上的使用进行分析。

1 蒸发式造水机的优势

船舶上采用蒸发式造水机，主要是从以下三方面考虑:①可充分利用低温工作工质作为加热热源，从而提升整个船舶动力装置的经济性，如当真空度为93%时，海水的沸点相应为38.66℃，这样，一般柴油机缸套冷却水即可作为加热工质;②保持相对较低的蒸发温度还可以大大减轻蒸发换热面上的结垢;③蒸发式造水机制造出来的淡水，由于是蒸馏水所以品质较高。

2 造水机工作流程

真空蒸发式造水机组成见图1。

图1 蒸发式造水机工作示意

海水经海水泵泵压后经管线1进入造水机上部的冷凝室，经过管式冷凝器换热后分为三路:一路经管路2直接排出舷外;另一路经管线3去喷射泵，作为喷射泵的引流，在其作用下将造水机蒸发室和冷凝室内的真空度升到80%以上;最后一路经管线4经过气动阀和流量计，进入蒸发室，在蒸发室内进行加热蒸发。海水蒸发汽化后的水蒸汽经过汽水分离器，与之前的管式冷凝器进行换热冷凝，冷凝后的淡水经管路5靠重力收集在一个凝水收集柜中，通过凝水泵将合格的淡水直接输送到淡水舱中，不合格的淡水则直接卸放至舱底污水井，蒸发室内的蒸发完饱和海水，经过管线6通过卤水泵直接排出舷外。管线7为主机缸套热水的进、出造水机的蒸发室管路。

3 “海洋石油201”船造水机现状

“海洋石油201”的工况一共分为三种:正常航行模式、DP作业模式以及靠港模式［1］。其中DP作业模式是经常使用的工况，其工况变化最频繁。蒸发式造水机在正常工作时需要相对稳定的外部条件，当蒸发室内负压一定时确保蒸发室内的沸腾温度保持在一个相对稳定的温度区间内，本船使用的是发电机组的缸套热水来提供热源，而发电机组的缸套热水的热量又与发电机组的负载有关系，本船使用的是瓦锡兰12V32型主机，当主机缸套水温度还未达到90℃时(见图2)，它内部的温控三通阀是关闭的，也就是说缸套水在设备内部循环，未打开整个系统。只有当主机的负载达到35%以后，缸套水水温在90℃的情况下，主发电机组内部的温控三通阀打开，此时，主机的整个热水冷却系统将会循环起来，那么进入造水机中的热水温度也会随之上升。当船舶处于DP定位模式时，7台推进器都处于工作状态，全船电站负载是由当时海况来决定的，一旦海况发生变化，发电机组负载亦发生变化，缸套热水的水温也随之发生变化，导致蒸发室内的温度过高或真空度过高，从而破坏了蒸发室内部的平衡，致使所造出的淡水不合格。

在对这一类影响进行研究时发现，“蓝疆号”大型起重铺管船，“海洋石油115”FPSO相似的利用柴油发电机组的缸套水作为热源的造水机也遇到了类似的问题。

图2 主机热水系统管路布置示意

4 问题分析及优化解决方案

4.1 热源问题

常规航行船在航海的过程中主机的功率基本稳定，缸套水的温度也比较稳定，所以造水机利用缸套水加热就没什么问题，而该船主机缸套水的温度波动比较大，原因有两个。

1)该船的主机功率变化比较大，因为该船是动力定位船，如果外部风浪的载荷发生变化的话，为了保持船位置，推进器的功率也会频繁发生变化，这就导致主机功率和缸套水温度波动，另外，本船在各种工况下的负荷不同，比如管子焊接，管子下放，管子回收，起重机吊重物上升、下放和选装等，各个工况相互切换的时候，也会导致主机功率波动。

2)在船舶工作在铺管模式时，主机功率在一个临界值附近，主机缸套水大循环时而打开时而关闭，这时进造水机的缸套水温度会在40～80℃之间来回波动，造水机根本无法正常工作。

以上原因导致造水机能正常工作的时间比较短，利用率比较低。所以设想在主发电机组缸套水进入造水机前安装一个带缓冲功能电加热器，由温度传感器来检测进入造水机的缸套水温度，然后通过控制电加热器的功率来维持进入造水机的缸套水温度恒定，这样就可以大大提高造水机的利用率。该类方案目前在柴电动力的科考船，海监船已被广泛应用。

4.2 真空度控制问题

由4.1问题引出问题，一旦缸套水温度发生骤增，蒸发室内的负压将会急剧上升，这样不但会使沸腾更加剧烈，同时也将使设备内部大量结垢。所以设想在蒸发室上增加一个自动真空破坏阀，当真空度低于一个设定值时，真空破坏阀将自动打开，外部空气进入蒸发室;待蒸发式真空度达到额定值后，真空破坏阀自动关闭，从而保证蒸发室内的真空度恒定。

4.3 各个泵的流量控制问题

造水机在调试过程中，由于蒸发室内部的真空度达到90%左右，发现一旦当冷凝水柜或蒸发室内的液位过低时，凝水泵与卤水泵将空转，有时甚至出现“倒吸”现象，导致造水机不能持续正常工作，所以水柜的液位稳定与否也直接影响到了造水机的工作。本船选用的造水机上，使用的是浮球液位开关，设置有低、高、高高位开关，而这3个液位对应有各自变频泵的不同转速。但是实际运行后发现，由于蒸发室内的海水沸腾原因，浮球液位开关的动作延迟，常常导致液位低，或液位高报警。所以设想可将浮球液位开关改为更为敏感的电子液位传感器，根据液位的高低传输一个4～20 mA的电流信号给变频泵，这样能更准确地控制液位高度了，同时在舱柜的上、下极限位置设置一个报警液位，保证泵体不会空转或出现溢流。

4.4 关于不合格淡水的排放问题

本造水机的淡水由电阻式盐度计进行检测，当淡水含量超过一定值时，气动阀将会自动转换，将不合格的淡水直接泄放至舱底，这样就增加了污水井的污水量和油水分离器的负荷，所以设想将不合格的淡水管路直接连接到冷却海水管路上，与冷却海水一起排出舷外，不过在这之前还需要加一个截止止回阀。

5 结论

铺管船上的蒸发式造水机是作为反渗透造水机的补充，是为充分利用柴油发电机组的废热而设，由于周期及经济等原因，以上的优化方案并未实施，而是采取了限制造水机使用工况的措施，即限制该蒸发式造水机的使用工况为稳定的航行工况，并按该工况进行了调试提交。

但是，即使对该造水机进行降工况使用，其调试过程仍然费时费力。造成这种结果的主要原因是设备的选型及系统的设计未充分考虑实际的使用工况。因此，在以后的设计中，应充分考虑船舶的各种工作工况对设备性能发挥的影响［2-3］，权衡利弊，最终的系统的设计应尽可能使设备在所有工况下都能发挥出最佳性能。

［1］薛爱丽.“海洋石油201”的压载控制和液位遥测系统介绍［J］.船海工程，2012，41(2):84-87.

［2］郑士君，孙永明.船舶辅机教程［M］.大连:大连海事大学出版社，2003.

［3］李之义，胡国梁，胡甫才.船舶辅助机械［M］.北京:人民交通出版社，2001.