蒸發式造水機在柴電動力定位船上的使用分析

藍彬彬，劉煒慧，楊榮鋒

(江蘇熔盛重工有限公司，江蘇 南通226532)

目前海水淡化的方式主要有蒸發式和反滲透式。本文主要是對蒸發式造水機在柴電動力定位船上的使用進行分析，此類工程船舶大多采用中、高速柴油發電機組構建全船電網，并且船舶的工況復雜多變，所以發電機組的負荷變化較劇烈，引起發電機組的缸套水溫度波動變化較明顯，導致蒸發式造水機不能正常工作。為此，對蒸發式造水機在柴電動力定位船上的使用進行分析。

1 蒸發式造水機的優勢

船舶上采用蒸發式造水機，主要是從以下三方面考慮:①可充分利用低溫工作工質作為加熱熱源，從而提升整個船舶動力裝置的經濟性，如當真空度為93%時，海水的沸點相應為38.66℃，這樣，一般柴油機缸套冷卻水即可作為加熱工質;②保持相對較低的蒸發溫度還可以大大減輕蒸發換熱面上的結垢;③蒸發式造水機制造出來的淡水，由于是蒸餾水所以品質較高。

2 造水機工作流程

真空蒸發式造水機組成見圖1。

圖1 蒸發式造水機工作示意

海水經海水泵泵壓后經管線1進入造水機上部的冷凝室，經過管式冷凝器換熱后分為三路:一路經管路2直接排出舷外;另一路經管線3去噴射泵，作為噴射泵的引流，在其作用下將造水機蒸發室和冷凝室內的真空度升到80%以上;最后一路經管線4經過氣動閥和流量計，進入蒸發室，在蒸發室內進行加熱蒸發。海水蒸發汽化后的水蒸汽經過汽水分離器，與之前的管式冷凝器進行換熱冷凝，冷凝后的淡水經管路5靠重力收集在一個凝水收集柜中，通過凝水泵將合格的淡水直接輸送到淡水艙中，不合格的淡水則直接卸放至艙底污水井，蒸發室內的蒸發完飽和海水，經過管線6通過鹵水泵直接排出舷外。管線7為主機缸套熱水的進、出造水機的蒸發室管路。

3 “海洋石油201”船造水機現狀

“海洋石油201”的工況一共分為三種:正常航行模式、DP作業模式以及靠港模式［1］。其中DP作業模式是經常使用的工況，其工況變化最頻繁。蒸發式造水機在正常工作時需要相對穩定的外部條件，當蒸發室內負壓一定時確保蒸發室內的沸騰溫度保持在一個相對穩定的溫度區間內，本船使用的是發電機組的缸套熱水來提供熱源，而發電機組的缸套熱水的熱量又與發電機組的負載有關系，本船使用的是瓦錫蘭12V32型主機，當主機缸套水溫度還未達到90℃時(見圖2)，它內部的溫控三通閥是關閉的，也就是說缸套水在設備內部循環，未打開整個系統。只有當主機的負載達到35%以后，缸套水水溫在90℃的情況下，主發電機組內部的溫控三通閥打開，此時，主機的整個熱水冷卻系統將會循環起來，那么進入造水機中的熱水溫度也會隨之上升。當船舶處于DP定位模式時，7臺推進器都處于工作狀態，全船電站負載是由當時海況來決定的，一旦海況發生變化，發電機組負載亦發生變化，缸套熱水的水溫也隨之發生變化，導致蒸發室內的溫度過高或真空度過高，從而破壞了蒸發室內部的平衡，致使所造出的淡水不合格。

在對這一類影響進行研究時發現，“藍疆號”大型起重鋪管船，“海洋石油115”FPSO相似的利用柴油發電機組的缸套水作為熱源的造水機也遇到了類似的問題。

圖2 主機熱水系統管路布置示意

4 問題分析及優化解決方案

4.1 熱源問題

常規航行船在航海的過程中主機的功率基本穩定，缸套水的溫度也比較穩定，所以造水機利用缸套水加熱就沒什么問題，而該船主機缸套水的溫度波動比較大，原因有兩個。

1)該船的主機功率變化比較大，因為該船是動力定位船，如果外部風浪的載荷發生變化的話，為了保持船位置，推進器的功率也會頻繁發生變化，這就導致主機功率和缸套水溫度波動，另外，本船在各種工況下的負荷不同，比如管子焊接，管子下放，管子回收，起重機吊重物上升、下放和選裝等，各個工況相互切換的時候，也會導致主機功率波動。

2)在船舶工作在鋪管模式時，主機功率在一個臨界值附近，主機缸套水大循環時而打開時而關閉，這時進造水機的缸套水溫度會在40～80℃之間來回波動，造水機根本無法正常工作。

以上原因導致造水機能正常工作的時間比較短，利用率比較低。所以設想在主發電機組缸套水進入造水機前安裝一個帶緩沖功能電加熱器，由溫度傳感器來檢測進入造水機的缸套水溫度，然后通過控制電加熱器的功率來維持進入造水機的缸套水溫度恒定，這樣就可以大大提高造水機的利用率。該類方案目前在柴電動力的科考船，海監船已被廣泛應用。

4.2 真空度控制問題

由4.1問題引出問題，一旦缸套水溫度發生驟增，蒸發室內的負壓將會急劇上升，這樣不但會使沸騰更加劇烈，同時也將使設備內部大量結垢。所以設想在蒸發室上增加一個自動真空破壞閥，當真空度低于一個設定值時，真空破壞閥將自動打開，外部空氣進入蒸發室;待蒸發式真空度達到額定值后，真空破壞閥自動關閉，從而保證蒸發室內的真空度恒定。

4.3 各個泵的流量控制問題

造水機在調試過程中，由于蒸發室內部的真空度達到90%左右，發現一旦當冷凝水柜或蒸發室內的液位過低時，凝水泵與鹵水泵將空轉，有時甚至出現“倒吸”現象，導致造水機不能持續正常工作，所以水柜的液位穩定與否也直接影響到了造水機的工作。本船選用的造水機上，使用的是浮球液位開關，設置有低、高、高高位開關，而這3個液位對應有各自變頻泵的不同轉速。但是實際運行后發現，由于蒸發室內的海水沸騰原因，浮球液位開關的動作延遲，常常導致液位低，或液位高報警。所以設想可將浮球液位開關改為更為敏感的電子液位傳感器，根據液位的高低傳輸一個4～20 mA的電流信號給變頻泵，這樣能更準確地控制液位高度了，同時在艙柜的上、下極限位置設置一個報警液位，保證泵體不會空轉或出現溢流。

4.4 關于不合格淡水的排放問題

本造水機的淡水由電阻式鹽度計進行檢測，當淡水含量超過一定值時，氣動閥將會自動轉換，將不合格的淡水直接泄放至艙底，這樣就增加了污水井的污水量和油水分離器的負荷，所以設想將不合格的淡水管路直接連接到冷卻海水管路上，與冷卻海水一起排出舷外，不過在這之前還需要加一個截止止回閥。

5 結論

鋪管船上的蒸發式造水機是作為反滲透造水機的補充，是為充分利用柴油發電機組的廢熱而設，由于周期及經濟等原因，以上的優化方案并未實施，而是采取了限制造水機使用工況的措施，即限制該蒸發式造水機的使用工況為穩定的航行工況，并按該工況進行了調試提交。

但是，即使對該造水機進行降工況使用，其調試過程仍然費時費力。造成這種結果的主要原因是設備的選型及系統的設計未充分考慮實際的使用工況。因此，在以后的設計中，應充分考慮船舶的各種工作工況對設備性能發揮的影響［2-3］，權衡利弊，最終的系統的設計應盡可能使設備在所有工況下都能發揮出最佳性能。

［1］薛愛麗.“海洋石油201”的壓載控制和液位遙測系統介紹［J］.船海工程，2012，41(2):84-87.

［2］鄭士君，孫永明.船舶輔機教程［M］.大連:大連海事大學出版社，2003.

［3］李之義，胡國梁，胡甫才.船舶輔助機械［M］.北京:人民交通出版社，2001.