浅析影响造水机性能的因素

严波 中远海运船员公司广州分公司

1.装置与布置简介

公司23WVLOC船舶配备的造水机，型号：SONDEX A/S SFD 23，额定造水量30T/d。造水机本体位于机舱中层平台，离基线12.9m；海水泵位于底层位置，离基线5m，由此可知造水机比海水泵高出8m，造水机海水出水口低于中平台2.7m，亦即基线上10.3m。压载工况艉部吃水10.7m，喷射泵出口压力为零，满载艉部吃水18.1m，喷射泵出口不超0.6bar，造水机喷射泵出口背压符合说明书的规定值。

2.常见故障/问题与分析

2.1 海水泵叶轮易损坏，寿命短

公司共有此类型船舶8艘，造水机海水泵有一通病就是叶轮易于腐蚀，泵壳轻微腐蚀，部分船舶海水泵的叶轮使用寿命只有2年，究其原因是空载时吸入真空度过高，空泡腐蚀造成的（见图1）。空泡腐蚀产生的主要原因是吸入压力过低，低于该温度状态下的饱和蒸汽压力，溶解于水中的空气析出，形成空泡，叶轮高速转动过程中，压力能的增加，存在空泡的液体被挤压，从而高速撞击叶轮而形成，气穴破灭区的金属因受高频高压的液击而发生疲劳破坏。具体的机理这里不再赘述。

图1 叶轮严重空泡腐蚀

而真空度过高的原因应是造船时设计上的缺陷。该轮海水总管材料是铜镍合金，安装使用至今已10年，管子完好无损。造水机海水泵的进入管直接连接在海水总管上，管子通径80mm，因为海水总管材料是铜镍合金，即使修船进坞也不能在总管上把接口挖大，以免破坏总管材料的防腐性能。从海水总管至造水机海水泵的进口管直径过小，只有80mm，且管路很长，达9.1m，多次弯曲，沿程阻力损失大，压降大，且泵前一段管是异径管，通径由80mm变为100mm，然后与泵连接，水流流经此路段时，截面积变大，压力进一步降低，以致吸入真空度高（空载时特别明显），排出压力低，泵的效率低。泵的排量低，双重影响造水机，冷却水量不足，引起真空度低，喷射压力低，抽吸能力低，也导致真空度低，蒸发温度高，从而导致造水量低。说明书要求：海水泵吸入压力不低于0.1bar，出口压力4.2—5bar，喷射泵前压力3—3.5bar。满载时，吸入压力也不符合要求，排出压力符合使用要求。

2.2 造水量不足

造水量不足主要是由于蒸发器、冷凝器的换热效果差及真空度不够引起的。

（1）蒸发方面：造水时，海水温度达到装置内真空压力对应的饱和温度时开始在海水内部大量汽化，蒸汽汽泡穿过海水从蒸发器加热板件之间隙逸出，穿过汽水分离器，除去含有微量盐分的水珠后进入冷凝器，蒸汽被冷凝为淡水。淡水产量大小，主要取决于对海水的加热量及传热条件，蒸发器影响产汽量的主要原因是：①加热用淡水温度过低或流量不足；②加热面脏污和结垢，如果装置使用时间长，产水量逐渐减少，往往是因为换热面结垢与脏污。

那么如何判断是否脏污、堵塞呢？脏污时，传热效果差，加热水的进出温差变小；堵塞时，加热面积/流量变小，加热水的进出温差变大，两者均影响到热交换，令加热量/热交换量变小。蒸发器产生的蒸汽是否顺畅地到达冷凝腔是另一个影响造水量的重要因素，蒸发器腔与冷凝器腔通过多层浓密的不锈钢丝网连通，以阻止大颗粒的水蒸汽通过，以免影响含盐量。表面上观察，该网积聚的水垢不多，但内部情况可不一样，撬开夹层，内部积垢还较严重，钢丝网内部的积垢，影响了水蒸汽的顺畅、及时通过，蒸发器腔的水蒸汽未能及时到达冷凝腔，除了影响真空度，还影响造水量，一方面造水机显示很高的真空度，另一方面，造水量却低。正常情况下，真空度高，蒸发温度低，有利于海水的蒸发，那如何判断该滤网是否堵塞呢？在此情况下，看蒸发器加温淡水进出温差，用旁通阀控制加热量时，在相同的开度下，进出温差会变小。观察冷凝器海水出口温度，亦会比正常情况下温升较小。

（2）冷凝方面：冷凝能力要与蒸发量相适应，引起冷凝器换热能力下降的主要原因有：①冷凝海水温度升高或流量不足；②换热面脏堵。如果冷凝器换热能力下降，除了影响冷凝淡水的量，还会使真空度变小。冷凝器脏污的判断方法同蒸发器，堵塞时，除了影响冷却水的温差，喷射真空泵工作水压也会变低。

（3）真空度方面：装置真空度越高，蒸汽密度越小，蒸汽与水滴的密度差越大，越有利于水滴的分离。真空度不足，导致海水沸点提高，蒸发温度升高，相同的加热量，产气量变小，同时蒸发器易于结垢，造成真空度不足的主要原因有：①冷凝器换热能力下降；②加热介质流量过大或温度过高以至使蒸发量过大，即不恰当地加大蒸发量；③真空泵抽气能力差，喷射真空泵工作水压低，背压过高（>8m H2O），喷嘴磨损、阻塞、安装不当、吸入止回阀卡死等可能使抽气能力下降。

如何判断蒸发量过大？正常情况下，蒸发温度与真空度是对应的关系，一定的真空度对应相应的蒸发温度，即饱和蒸汽的温度，过量的加热量，蒸发室温度超过饱和温度。喷嘴磨损会导致喷射真空泵工作水压变低，要依据冷凝器是否堵及海水泵的排出压力、真空度等参数综合考虑。

综述：造水机的蒸发能力与冷凝能力是相互影响、相互作用的，稳定时，达到动态的热平衡，真空度稳定在当时的平衡状态，即蒸发能力、冷凝能力、真空度三者是个平衡体。当冷凝能力不变，蒸发器因脏、堵或加热水温变低而能力变低，产生的蒸汽量变低，真空度升高，而变高的真空度反过来影响蒸发温度，降低了蒸发温度，从而增加了蒸发量，真空度随之降低，三者在新的状态下达到平衡；反之亦然，当蒸发能力不变，冷凝器因脏、堵或冷却水量变低而能力变低，真空度降低，而变低的真空度反过来影响蒸发温度，提高了蒸发温度，从而降低了蒸发量，真空度随之升高，三者在新的状态下又达到了平衡。

3.应对措施

3.1 海水泵叶轮易损坏，寿命短的措施

（1）办法之一：造船时，为了减少吸入管路阻力损失，设计时应尽量减小吸入管路的长度，避免选用太小的管径和太高的流速，并尽可能减少吸入管路中的弯头。泵前滤器的通流量足够，不致产生压降，运营中注意及时清洗此滤器。

（2）办法之二：从主海水泵的排出管路引入压力水到造水机海水泵的吸入管，主海水泵的排出管压力2—3bar，只需一根较小的连通管，即可大大增加造水机海水泵的吸入海水量，基于此想法，从主海水泵的排出管接驳了一根直径25mm的水管连接到造水机海水泵。某轮，加装连通管前，（压载工况）造水机海水泵的排出压力2.7bar，吸入压力-0.7bar，喷射压力1.4bar，真空度90%，蒸发温度48℃，加装后，排出压力3.9bar，吸入压力-0.3bar（接驳口位于吸入压力表与泵的吸入口之间），喷射压力2.3bar，真空度95%，蒸发温度43℃，满载工况，泵排出压力基本达到说明书的要求，但吸入压力仍是负压，若补充少量的水，可改善负压状态。造水量比原来提高了5T/d，由原来的19T/d，达到24T/d（无论压载或满载）。

此举有效地降低了海水泵的吸入真空度，减少了空泡腐蚀，从而延长了海水泵叶轮的寿命。同时，因提高了喷射压力，造水机的真空度提高，显著地降低了蒸发温度，减少冷凝器及加热器的结垢，进而减少拆检冷凝器及加热器的次数（见图2）。

图2 海水接驳管

（3）办法之三：从主海水泵吸入滤器上的小盖板，引出/接驳一条通径￠80mm的管，即与现存海水管一样管径，两条海水管在泵前汇合，连接到一条通径￠100mm的管，接到泵的吸入口，加装此管后，泵的吸入压力在空载时得到极大的改善，吸入压力变成0.1bar，排出压力达4.8bar，喷射压力达2.7bar。满载时，注意控制新加装海水管阀门的开度，因为，如果全开，海水泵的马达电流过大，会超过额定电流，控制马达电流不超42A。关闭该阀，满载18.1m的吃水，亦即吸入压头有13m，理论上，若流量足够，泵前吸入压力应是1.3bar，实际中，泵的吸入压力还会出现-0.1～-0.2bar的真空度，印证了前面所述，即吸入管太长，阻力过大，管径不足，从而导致这一结果。这里就引申出了一个问题，泵的功率与马达的功率不匹配，泵的功率大于马达的功率，叶轮是原厂件，这就解释了为什么泵的吸入端通径是￠100mm，安装的海水管通径是￠80mm，泵前一段管是异径管，通径由80mm变为100mm，然后与泵连接。估计是空载与满载难以兼顾，才如此安排。

3.2 蒸发器、冷凝器的正确拆装

（1）蒸发器、冷凝器的拆装是常规性操作，需注意的是板式热交换器的压缩量，习惯性做法是拆前做好记号，装复时，上紧到原来的位置/预紧力。说明书要求：每块板的压缩厚度不超3.9mm，若想知道该上紧到什么位置，乘以板的数量即为总的压缩长度。如某轮，冷却器76片（19组），最少长度：296.4mm，实际长度305mm；蒸发器64片（16组），最少长度：249.6mm，实际长度265mm，说明还未超过最大压缩量。若过度收紧，不仅会引致换热板变形，也会导致热交换水量/流量的降低。

（2）换热板的密封垫片失效则应予以更换，新换垫片应使用专用的密封胶粘好，如果个别换热板损坏而无备件，可以暂时将与其相邻的另一块换热板一起拆除。按照每片的压缩厚度，相应减少压缩长度，使之符合要求。

（3）装复时，应交叉上紧螺母，避免单边受力，尤其是接近预定上紧位置，接近上紧位置时需小角度，交叉多次进行，切忌部分螺母受力过大，另外螺母处于受力较松状态。

（4）板式换热片的胶条材料是合成橡胶，化学品对其几无影响，可用液态除垢剂进行浸泡，效果较好，可避免人工除垢而对换热片的损害。

（5）板式换热片的表面都有镍或钛镀层，尖锐/坚硬的物件在其表面刮、铲将导致镀层被破坏，从而更易结水垢。

（6）停机前，停止蒸发器加热，海水泵继续工作2小时以上再停，除了可以充分冷却造水机，防止蒸发器腔内温度过高而引起蒸发器结垢，还可以利用真空，吸入除垢剂，使整个造水机内充满含有除垢剂的海水，也能有效地除去部分盐垢。

4.运行管理

4.1 控制投药量及盐水水位

（1）蒸发器加热面结垢将影响设备的正常工作，减少造水量，为了延长其清洗周期，一般都设有给水投药系统，对供给蒸发器的海水连续投药，其作用之一是：使海水中的难溶物质析出时不易形成水垢，被排盐泵连续排出。之二是：含有消泡剂，能消散小汽泡，防止海水飞溅，从面减少所产淡水的含盐量。投药的方法：按造水机的额定造水量及化学品的投药量要求，计算每天的投药量，所需投药量用水稀释至一定量（视投药桶的大小），倒入投药桶，调节流量计指示针，控制连续投入蒸发器的流量，使化学品的量满足造水机的要求。

（2）在蒸发器侧底板的下方设有观察镜，可以看见盐水的水位，控制其水位在观察镜的1/3～1/2的位置，一般不超1/2，若其水位超过1/2，表明盐水抽排的流量不足，原因之一：可能是喷射泵工作不正常（水压过低、背压过高、喷嘴堵塞或过度磨损、止回阀卡住等），之二：补水阀开度过大（给水量太大）。

4.2 控制好真空度

远洋船舶航行世界各地，对海水淡化装置真空度影响较大的因素是海水温度的变化，对于装有旁通管路的船舶，通过调节冷凝器冷却水流量来控制装置的真空度较容易进行。对于无旁通管路的船舶，调节、控制海水流量需调整泵的进出口阀的开度来进行。当船舶在热带航区运行时，海水温度较高，冷凝器的传热温差减小，冷凝能力下降，此时应加大冷却水流量，以使真空度维持在正常范围内。如真空度仍无法达到要求，可适当减小加热水流量，以保持装置足够的真空度；而在冬季工况时，冷却水温度较低，冷凝能力增大，而蒸发器则由于海水温度低，产汽能力相对下降，双重影响，致使装置的真空度过高，此时应减小冷却水流量，以使真空度维持在正常范围内，如真空度太高，可稍开真空破坏阀。