某型板式造水機故障案例分析

馬田鈺哲 韓景星 張明敏

摘 要：對阿法拉伐品牌的JWSP-26-C80型板式造水機在使用過程中出現的產水量下降的典型故障進行了闡述和分析，介紹了排查和解決故障問題的過程，并提出了相應的預防措施。

關鍵詞：板式造水機;產水量下降;故障分析;預防措施

0 ? ?引言

伴隨著經濟的快速發展，船舶作為海上交通的重要工具，人們對其經濟性和續航力的要求日趨提高，這其中，海水淡化裝置是關鍵的一點。使用蒸餾法造水的板式造水機因其傳熱系數高，便于維修，逐漸成為各個船舶鍋爐供水的首選。本文以阿法拉伐品牌的JWSP-26-C80型板式造水機為例，介紹一起典型故障案例及其分析和解決的方法，為其他類似故障維修提供指導。

1 ? ?板式造水機基本原理

蒸餾法，是根據海水鹽分難溶于低壓水蒸氣的原理，將海水加熱汽化，再將水蒸氣冷凝，得到較為純凈的蒸餾水?，F在的船用海水蒸餾裝置一般使用的都是真空沸騰式海水淡化裝置。之所以讓海水的蒸發和蒸汽的冷凝都在真空下進行，首先是因為真空度越高，海水沸點越低，可以采用溫度較低的工質作為熱源（例如船舶柴油機缸套冷卻水）來提高船舶裝置的經濟性;其次，蒸發溫度和加熱溫度低，則蒸發器的熱交換面結垢較慢，且不會產生難以清除的硬垢。板式造水機原理圖如圖1所示。

板式造水機裝置本體主要部分是蒸餾器，海水的加熱和沸騰汽化都在其下半部分的蒸發器板片內進行，而后水蒸氣上升至上半部分的冷凝器板片，凝結成水。

該造水機工作時，先由海水泵將海水送入冷凝器作為冷卻海水用，然后將一部分海水送入噴射泵，噴射泵利用流速越高壓強越小的原理將蒸餾器抽至真空;另一部分海水經過給水調節閥進入蒸發器內作為造水水源，蒸發器的板片互相緊密貼合，熱源缸套水和作為水源的海水各自按照紋路在板片兩側流動，保證接觸面積最大，從而進行最充分的熱交換。海水受熱至沸點汽化成水蒸氣，繞過橫置在蒸發器上方的汽水分離器，從上半部分殼體的上部開口進入冷凝器，與先前的冷卻海水進行熱交換冷凝，凝水（即淡水造水）聚集在冷凝器底部，經過鹽度計，由淡水泵進行駁運。淡水泵出口分為兩路，一路經過電磁閥回到水源海水處，另一路經過背壓閥進入淡水艙。只有當鹽度計監測合格時，電磁閥才會關閉，造水才能產出，否則造水會被吸回水源處并產生鹽度報警。在蒸發器內，海水汽化后剩余的濃水由噴射泵抽出，在冷凝器下方也有管路連接至噴射泵用于抽出多余的產水。

2 ? ?故障現象的發現及分析

2020年9月29日，某船崗位人員巡視時發現船舶的1#板式造水機在運行過程中出現產水量下降的情況，確定不是人為誤操作后，崗位人員遂立即進行停機檢查。

對故障現象進行分析后發現，板式造水機所產淡水來自于海水受熱蒸發而產生的蒸汽，造水機產水量下降，也可以理解為產汽量下降，其原因主要有以下幾種可能：

2.1 ? ?蒸發器板片臟堵結垢，換熱效率變小

海水中大部分鹽類，如氯化鎂、氯化鈣等溶解度較高，且其溶解度隨溫度升高而增大，但還有少部分的鹽，如碳酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鎂等，其本身的溶解度較低，且隨溫度升高而減小，這類鹽在蒸發器內部遇熱就會從海水中飽和析出，在板片表面沉積粘附形成水垢。

水垢的主要成分中，碳酸鈣、氫氧化鎂等主要呈泥渣狀沉淀，大部分能隨鹽水一起排走，而硫酸鈣成分則會在板片表面形成難以清除的硬垢。這種硬垢的導熱率很小，因此蒸餾式造水機在使用管理的過程中要盡量避免和減少硫酸鈣水垢的形成。

根據水垢形成的特點，導致蒸發器板片大量結垢的原因主要有以下幾種：

（1）蒸發溫度過高。造水機中的真空度越低，蒸發器中海水的蒸發溫度就越高，難溶鹽的溶解度下降得越多，水垢生成速度也越快，不僅如此，不同海水蒸發溫度所產生的水垢成分也不一樣。水溫較低時，水垢的主要成分是泥狀的碳酸鈣，氫氧化鎂呈渣狀沉淀;當水溫超過75 ℃時，氫氧化鎂的比例迅速增加;當水溫超過83 ℃時，氫氧化鎂就會取代碳酸鈣成為水垢的主要成分。因此，蒸發溫度一般不得超過75 ℃，如果超過則必須添加防垢劑。

（2）熱交換溫差過大。熱源與受熱海水間溫差過大，板片附近的海水就會因快速汽化而高度濃縮，從而導致結垢量增加，易生成氫氧化鎂和硫酸鈣水垢。因此，以蒸汽作為熱源時，應用淡水作為間接導熱媒介。

（3）剩余濃鹽水濃度過高。濃鹽水的濃度不只與海水本身的濃度有關，還與給水倍率有關（供給海水量與產水量之比為給水倍率）。同等條件下，剩余濃鹽水濃度越高，難溶鹽含量越大，生成的水垢也越多。濃鹽水濃度高，也說明給水倍率小，海水在蒸發器中停留的時間長，鹽也更容易析出結垢;反之，給水倍率大，海水流經時間短，即使有難溶鹽也不易沉積在板片上。此外，水垢的成分與鹽水濃度有直接關系，當鹽水濃度為海水的1.5倍時，硫酸鈣才開始析出;3倍時，硫酸鈣才會大量析出。因此，要通過增大給水倍率來減小產生的濃鹽水的濃度，一般需保證鹽水濃度不超過海水的1.5倍。

2.2 ? ?機器真空度不足，蒸發器內海水沸點過高

真空度過低，海水沸點高，蒸發器換熱溫差小，產汽量降低，產水量也隨之降低。

板式造水機剛啟用時，真空度的建立是靠噴射泵抽除裝置內的空氣來實現的;通入熱源產生水蒸氣后，主要是靠噴射泵、冷凝器以及淡水泵共同作用來維持的。

實際工作中，導致真空度不足的常見原因有：（1）系統密封性不良。（2）冷凝器效果不佳，產汽量高于冷凝量。（3）噴射泵損壞。（4）噴射泵出口背壓過大，抽吸能力不足。

2.3 ? ?蒸發器熱源供熱不足

蒸發器供熱不足，供汽量下降，導致熱源熱量低的原因如下：（1）主機缸套水溫度過低或流量不足。（2）缸套水管路處氣塞，妨礙換熱。（3）蒸發器海水溫度過低或供水量過大，熱源供給熱量被多余海水帶走。

2.4 ? ?蒸發器海水供水量不足

產生蒸汽的水源變少，供汽量也會相應下降，海水供水量一般與海水泵的流量和蒸發器前的背壓閥有關。

2.5 ? ?淡水泵出口處回流電磁閥故障關閉不緊

回流電磁閥關閉不緊導致產水大量回流而不經過流量表，降低產水量。

2.6 ? ?冷凝器冷凝海水供水不足，冷卻效果差

冷卻效果差直接降低了凝水產水量，還間接影響真空度，冷凝水供水不足的一般原因有：（1）海水泵流量不足。（2）冷卻水管路污垢嚴重。（3）冷卻水管路氣塞。

3 ? ?故障排查及解決

（1）檢查海水泵出口壓力運行狀態均正常，排除海水泵故障。

（2）用壓縮空氣和肥皂水檢查裝置氣密性，氣密性良好。

（3）檢查淡水泵運行狀態及鹽度計和回流電磁閥功能，均正常。

（4）檢查主機缸套水管路閥件開啟和水流量情況，正常。

（5）拆解板式造水機蒸發器，發現板片大量結垢。

崗位人員先對板片位置順序進行標號，隨后用白醋浸泡、洗刷、清洗，風干后再按標號進行組裝。

上述故障處理完畢后，板式造水機試運行，又出現了本機真空度上升緩慢，機體冷凝器產水溫度高于正常額定溫度（49～55 ℃）的現象。

在造水機海水進口和出口各裝一個壓力表觀察壓差，壓力表顯示進口壓力為0.38 mPa，出口壓力為0.17 mPa，壓差超過0.2 mPa。據此可以判斷是冷凝器內部臟堵。

崗位人員對冷凝器進行拆解后發現冷凝器進口處有大量垃圾，同時拆解了噴射泵，也發現了大量堵塞物。堵塞物清理完畢后，試運行，造水機恢復正常。

4 ? ?故障預防措施

板片結垢與造水機長時間的使用維護有密切聯系，當船舶行駛在污染物較多的海域時，臟堵故障經常發生。為降低此類故障的發生率，建議采取下列措施：

（1）使用板式造水機時，蒸發器應采用流量計持續定量添加除垢劑，且必要時可以增大除垢劑的流量和濃度。

（2）定期對海底門濾器進行檢查和清潔，防止垃圾吸入設備內部。

（3）在造水機海水進口加裝濾網，并定期清潔。

（4）造水機海水進出口可添加壓力表，便于巡視時及時發現問題。

5 ? ?結語

造水機作為船舶航行必備的設備，有著極其重要的作用，因此減小造水機的故障率具有重要意義。本文對JWSP-

26-C80型板式造水機產水量下降的典型故障進行了闡述和分析，介紹了排查和解決故障問題的過程，并提出了相應的預防措施，有效達到了解決故障的目的，也為船舶工作者提供了有利信息。

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收稿日期：2020-12-14

作者簡介：馬田鈺哲（1997—），男，天津人，助理工程師，研究方向：船舶主、輔機設備故障分析，性能優化，安全管理等。