1、摘要海水淡化装置是远洋船舶一个比较重要的装置，当今蒸馏式海水淡化装置在船上应用比较普遍，而反渗透海水淡化装置随着反渗透膜技术的进步，最近几年在船上也逐渐被采用。本文以“育鲲”轮上真空沸腾式海水淡化装置和反渗透海水淡化装置为基础，主要介绍了两种海水淡化装置的工作原理、主要部件、系统流程、操作步骤、故障排除等相关内容。在此基础上又通过实际操作记录相关参数，经计算得出真空沸腾式海水淡化装置产水量小于设计值的原因。其次对影响反渗透海水淡化装置产水量和含盐量的因素做了分析。最后，对两种海水淡化装置进行多方面的对比，并提出了若干建议。关键词：船舶 海水淡化装置 真空沸腾 反渗透ABSTRACTThe se
2、awater desalination plant is a relatively important device in ships. Nowadays, distillation is widely used in ships as seawater desalination. But with the development of reverse osmosis membrane technology, reverse osmosis seawater desalination is gradually applied in recent years on ships.With the
3、basic of vacuum boiling seawater desalination and reverse osmosis seawater desalination in the ship of “Yukun”, this paper mainly introduces working principle, main components, flowing process, operating procedures, trouble-shooting and so on. By recording relative parameters and calculation I concl
4、ude the reason of vacuum boiling seawater desalination production below the designed value. Then I analyse factors which affect yield product water and total dissolved slat of reverse osmosis seawater desalination. At last, comparing many ways of tow seawater desalination plants and give some advise
5、s.Keywords ：ship seawater desalination vacuum boiling reverse osmosis目 录绪论 11 真空沸腾式海水淡化装置 .11.1 工作原理 .11.2 主要部件及其作用 .11.3 技术参数 .21.4 系统流程 .31.4.1 海水流程 .41.4.2 高温淡水流程 .41.4.3 产水流程 .41.4.4 海水投药流程 .41.5 操作步骤与注意事项 .51.5.1 启动 51.5.2 停止 51.6 数据处理与分析 61.7 常见故障及解决方法 72 反渗透海水淡化装置 82.1 工作原理 .82.2 主要部件及其作用 .82
6、.3 技术参数 112.4 系统流程 122.4.1 海水供给系统 132.4.2 制淡水及盐水系统 132.4.3 冲洗水系统 132.4.4 化学清洗系统 132.5 操作规程 142.5.1 初次启动 142.5.2 常规启动和停止 142.5.3 低压淡水冲洗 152.5.4 反渗透膜的化学清洗 152.6 影响产水量与含盐量的主要因素 162.7 常见故障及解决方法 163 两种海水淡化装置对比 174 总结 171“育鲲”轮海水淡化装置浅析绪论远洋船舶每天都需要消耗大量的淡水，主要用作船舶主柴油机和发电机柴油机的冷却水、锅炉给水、冲洗甲板和船员生活用水等。这些用水可以设置单独的水舱
7、进行存储，但是出于经济性的考虑，为了增压载货吨位，船舶不宜携带大量淡水，而且长期储存的淡水作为船员生活用水对船员身体也有不利影响。针对以上问题，远洋船舶几乎都采用海水淡化装置。这种设备只需要很小的体积就能产出大量的淡水。一般含盐量h） ，则会引起高浓度溶液中的溶剂通过半透膜进入低浓度溶液，这就是我们所说的反渗透。其原理如图 2 所示。海水反渗透脱盐过程是一个膜分离过程，该膜只允许小分子通过，大分子则被挡在膜的另一侧被挡在膜的另一侧。在这个过程中，水分子从被加压的海水被迫通过人工半透膜离开它溶解的盐，其产物被称作脱盐物质，剩下的浓缩物返回到当地海域。由于没有加热和相变发生，耗费的主要能量是加压供
8、水过程。 半 透 膜高 浓 度 溶 液 低 浓 度 溶 液渗 透 半 透 膜高 浓 度 溶 液 低 浓 度 溶 液渗 透 平 衡 半 透 膜高 浓 度 溶 液 低 浓 度 溶 液反 渗 透图 2 渗透及反渗透工作原理2.2 主要部件及其作用（1）增压泵增压泵为高增压柱塞泵，它为给供给海水增压使其达到操作压力，通常为 4800-6900kPa。其结构如图 3 所示，外观如图 4 所示。10图 3 高压柱塞泵结构图1.曲轴箱 ；2.油尺 ；3.轴承 ；4.曲轴 ；5.连杆； 6.柱塞杆 ；7.密封环 ； 8.柱塞 ；9.歧管； 10.密封圈；11.吸入阀和排出阀 ；12.高压密封圈图 4 高压柱塞
9、泵外观图（2）供给泵供给泵从舷外吸入海水供入多媒介滤器。（3）多媒介滤器多媒介滤器作为系统的初级滤器，让供给海水从上到下流过，从而过滤掉海水中的颗粒杂质。其外观如图 5 所示。图 5 多媒介滤器外观图11（4）反渗透膜反渗透膜一般为四层，无纺布为基层，其上为聚砜支撑层，实际就是一层超滤膜，再上为脱盐层，材料为芳香族聚酰胺，最上层为功能层，比如说抗污染，抗氧化材料等。作为系统的核心部件，反渗透膜只允许水分子通过，从而把海水转化成符合要求的淡水。为满足产水量， “育鲲”轮采用双反渗透膜串联的形式，其详细参数如表 4 所示。表 4 反渗透膜技术参数类型 TFC-SS 型半透膜脱氯量 99.75%工作
10、压力范围 51576555kPa最高工作温度 45最高工作压力 8275 kPa图 6 反渗透膜尺寸图A 为 1016mm B 为 203.2mm C 为 28.6mm（5）总固体溶量（简称 TDS）检测器总固体容量检测器连续监测产水含固体量，如果总固体溶解量超过设定值，则将产水泄放舱底。（6）压力调节阀压力调节阀用来维持系统压力稳定，它可以控制启动压力、运行压力和清洁压力。（7）触摸式人机交互屏通过人机交互屏操作者可以操作水分离系统，此外它还能显示报警并为操作者提供更改参数界面。2.3 技术参数“育鲲”轮反渗透造水机的技术参数较多，其主要参数如表 5 所示。表 5“育鲲”轮 AQUA-SEP
11、 3525103-J380 型反渗透式造水机技术参数制淡水产量 35 m3/d给水压力 140 kPa 140-415 kPa总耗功 15.5 kW2.4 系统流程“育鲲”轮反渗透海水淡化装置系统分为以下四个流程，其系统流程如图 7 所示。12图 7 “育鲲”轮 AQUA-SEP 型反渗透海水淡化装置系统流程图2.4.1 海水供给系统高盐度的海水经粗滤器（海底滤器）的过滤后被供给泵（离心泵）吸入，供给泵可将海水加压至 140kPa 左右。加压后的海水又依次通过多媒介滤器和细滤器，并经手动三通阀BV1 被增压泵（高压柱塞泵）吸入，增压泵可将海水加压至 6515kPa 左右。2.4.2 制淡水及盐
12、水系统经增压泵加压后，高速、高压的海水进入反渗透膜腔，又经反渗透膜作用后，分别产生制淡水（标定工况下的浓度为 84ppm）和高浓度盐水。制淡水经手动三通阀 BV3 进入淡水流量计进行计量，然后又经电磁阀 SV1 和相关管路进入制淡水舱。高浓度的盐水经手动三通阀 BV2、调压阀 NV1 进入盐水流量计，并经舷侧的出海阀排出舷外。盐度传感器用于检测制淡水的盐度，符合要求时，电磁阀 SV1 开启，SV2 关闭，制淡水可送至制淡水舱；当盐度超标时，电磁阀 SV1 关闭，制淡水则经电磁阀 SV2 进入盐水系统并被排出舷外。调压阀 NV1 用于调整压力表 A 处的工作压力，使其保持在 6515kPa 左右
13、，以便造水装置时刻处于在最佳工作状态。2.4.3 冲洗水系统冲洗水系统包括多媒介滤器的反冲洗和反渗透膜的淡水冲洗。多媒介滤器中含有多种耐久的过滤材料，可滤出海水中的颗粒和少量油滴。工作一段时间后，便需要对多媒介滤器进行反冲洗。多媒介滤器顶部设置有反冲洗控制器，可实现定时（正常情况下每天一次）反冲；在定时反冲洗程序被激活之前，若滤器进出口压差超过了压差开关 DPS 的设定值，则会激活压差反冲洗程序。反冲洗海水经泄放管路泄放至舱底。在系统要长期停用或需要化学清洗时，需要用淡水对管路和反渗透膜进行冲洗，以避免系统腐蚀和反渗透膜脏污。淡水冲洗程序需要在控制面板上手动激活，此时，电磁阀SV3 开启，来自
14、淡水压力柜的冲洗淡水便会经冲洗水滤器和增压泵进入反渗透膜，并经相关管路排往舷外。132.4.4 化学清洗系统系统中设置有粗滤器、多媒介滤器和细滤器等多级滤器，用于保持反渗透膜的足够清洁，但在长期使用后，仍需要对反渗透膜进行化学清洗。一般情况下，当制淡水产量相对初始产量显著下降或盐分显著增加时,需对系统进行化学清洗。清洗水柜中的清洗液经阀 BV1 进入增压泵，然后进入反渗透膜，分别从制淡水出口和盐水出口流出。制淡水管路中的清洗液经阀 BV3 流回清洗水柜；盐水管路中的清洗液经阀BV2 和清洗滤器流回清洗水柜。如此，可对反渗透膜进行循环清洗及浸泡。2.5 操作规程2.5.1 初次启动 检查增压泵的
15、油位和转向，打开海水进装置阀和出海阀； 确保调压阀 NV1 全开； 确保手动三通阀 BV1、BV2、BV3 均处在 OPERATE 位置； 将控制箱主电源开关打开，在控制面板上选择手动操作模式（HAND MODE） ； 起动海水供给泵，允许其运行 5-10min，观察盐水流量计的流量，直到看不到气泡为止； 起动增压泵，观察盐水流量计的流量，直到看不到气泡为止； 缓慢顺时针转动调压阀 NV1，直到操作压力表指示接近 6515 kPa； 运行 1 小时观察系统无异常后，可将产出的水收集到制淡水舱，记录初始操作的各项参数以备以后参考； 每周记录并对比各项参数。淡水产量和海水温度、操作压力及给水盐分有
16、关，任一参数的变化都会影响淡水产量。2.5.2 常规启动和停止反渗透装置完成初次启动并记录下各项参数后，系统以后的操作可按如下步骤进行： 确保多媒介滤器控制阀在 SERVICE 位置； 确保阀 BV1 在 OPERATE 位置，BV2 在 CLEAN 位置，BV3 在 OPERATE 位置； 保持调压阀 NV1 在初次启动中预设的位置； 将控制箱主电源开关打开，在控制面板上选择手动操作模式（HAND MODE） ；14 在控制面板上依次起动供给泵和增压泵，并允许系统在低压下运行 5min； 缓慢转动阀 BV2 到 OPERATE 位置，操作压力将迅速升高到初次启动中预设的操作压力 6515 k
17、Pa； 观察系统运行状态，对比以前的各参数，系统进入正常操作模式； 造水工作结束后，将阀 BV2 缓慢转到 CLEAN 位置，释放系统压力； 在控制面板上先后停止增压泵和供给泵； 切断控制箱电源主开关。2.5.3 低压淡水冲洗系统要长期停用或需要清洗时，需要用淡水冲洗系统，以避免系统腐蚀和反渗透膜脏污。打开淡水进装置阀(可以保持常开)，在控制面板上按下列程序进行： 如果系统在运行，在操作模式屏上按下 SYSTEM OFF 按钮，系统切断； 按下 FLUSH 按钮，进入淡水冲洗界面； 确保阀 NV1 在全开位置(逆时针转动至全开)； 确保阀 BV1、BV2、BV3 均处在 OPERATE 位置
18、按下 Start Flush 按钮，进入冲洗模式，冲洗进口电磁阀 SV3 打开，冲洗时间在60-300s 之间，可自由设定。2.5.4 反渗透膜的化学清洗当淡水产量相对初始产量下降 10%，或盐分显著增加（TDS200）时，需对系统进行化学清洗。 如果系统在运行，停止增压泵和供给泵，缓慢转动阀 NV1 至全开，释放系统压力； 在控制面板上选择清洗模式（CLEAN MODE） ； 在清洗水柜中，放入说明书建议的一定量的清洗溶液，并盖好水柜盖子； 将阀 BV1、BV2、BV3 转到 CLEAN 位置；在 CLEAN MODE 屏中，按下 Start Clean 按钮，启动增压泵开始循环清洗剂，循环
19、持续 10-30min，该时间可设定，监视清洗剂的温度不超过 60； 完成循环过程后，增压泵自动停止，进入浸泡程序，浸泡时间 10-30min，该时间可设定。若系统较脏，该时间可设定为 10-15h； 循环/浸泡周期将自动重复 3 次；在循环/浸泡周期内，按 CLEAN MODE PAUSED 和15CANCEL CLEAN MODE，可暂停或取消该过程； 清过程结束后，将阀 BV1、BV2、BV3 转到 OPERATE 位置； 启动供给泵，允许系统在低压下运行 5-10min，排出清洗剂； 完成一个清洗循环后，系统自动打开电磁阀 SV2,持续 15min 以泄放舱底，而不考虑盐度传感器的检测
20、值，这将允许系统清除清洗化学药剂； 清洗过程结束之后，系统可重新投入工作。2.6 影响产水量与含盐量的主要因素反渗透膜的水通量（表征水通过膜能力的物理量）和脱盐率（除盐量占原含盐量的百分数）是反渗透过程中的关键运行参数，这两个参数将受到压力、温度、给水含盐量、给水 PH 值的影响。其中给水压力和温度影响尤其明显。给水压力本身并不会影响盐透过量，但是给水压力升高使得驱动反渗透的静压力升高，使得产水量增大，同时盐透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低了透盐率，提高脱盐率。当给水压力超过一定值时，又会使盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。给水温度对反渗透的运行压力、脱
21、盐率、压降最为明显。给水温度上升，渗透性能增加，在一定水通量下要求的净推力减小，此时实际运行压力降低。同时溶质透过速率也随温度的升高而增加，盐透过量增加，直接表现为产水导电率升高。温度对反渗透各段的压降也有一定的影响，温度升高，水的粘度降低，压降减小，对于反渗透膜的通道由于污堵而使湍流程度增强，粘度对压降的影响更为明显。反渗透膜产水导电对给水温度的变化十分敏感，随着水温的增加，水通量也增加。其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。给水温度升高同样会导致透盐率增加和脱盐率下降，这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。2.7 常见故障及解决方法反渗透造水机的主要故障现象、原因
22、及解决办法如表 6 所示。表 6 故障现象、原因及解决办法故障现象 故障原因 故障排除增压泵排压过高报警并停机 调压阀位置不正确检查调压阀 NV1 是否在设定位置，先全开调压阀 NV1，将报警复位，重新启动系统，再把调压阀 NV1 调到设定位置增压泵吸入压力过低（14kPa）报警或停机供水系统故障 1 检查供水管路是否有漏泄或者脏堵2 检查供给泵是否运转16半透膜氧化 换新半透膜半透膜接头或 O 型密封圈损坏检查半透膜接头是否漏泄，O 型密封圈是否失效多媒介滤器反冲洗频繁 多媒介滤器脏污 清洁或换新多媒介滤器3 两种海水淡化装置对比本文通过对“育鲲”轮上两种造水机的分析主要有以下不同：（1）真
23、空沸腾式造水机产水含盐量一般在 12ppm，符合锅炉供给水的标准，蒸馏水舱直接与热水井相通作为锅炉给水。反渗透造水机设定含盐量为 84ppm，由于实际操作条件（海水含盐量、海水温度、海水清洁程度、海水 PH 值等）很难与其设计值一致，导致其产水含盐量一般在 120150ppm 之间，符合船员生活用水要求。（2）当船舶驶入热带地区，由于海水温度明显升高（30） ，使得中央冷却器中低温淡水与海水的传热温差减小，从而使低温淡水很难维持在设定温度（“育鲲”轮低温淡水出中央冷却器的设定值为 30） ，最终导致主机缸套水冷却器冷却能力降低。而在热带使用真空沸腾式造水机则可以用海水直接冷却高温淡水，这样就可
24、以把造水机看做是主机缸套水的一个冷却器，从而减轻主机缸套水冷却器的负荷。（3）反渗透造水机整个系统不需要加热，就不存在结垢问题，使得维护保养更加方便。（4）真空沸腾式造水机消耗的主要能量是主机缸套水的热能和供给泵、淡水泵需要的电能（8.5kW） ，每千瓦产水量为 78.4L。反渗透造水机的供给泵和增压泵为主要耗能部分（15.5 kW） ，每千瓦产水量为 94L。但真空飞腾式造水机的初投资小于反渗透造水机，所以从经济性方面考虑真空沸腾式造水机与反渗透造水机的优越性有待进一步分析。（5）真空沸腾式造水机一般需要船舶定速航行，离海岸线 20 海里以外清洁的海域才能造水，主要适合远洋船舶。而反渗透造水
25、机在近海就能造水，对于那些工程船或没有自航能力的船舶，比如钻井平台，非常适合采用此设备。（6）对于轮机管理人员来说真空飞腾式造水机相对于反渗透造水机操作简单，容易掌握。4 总结本文首先对“育鲲”轮上两种造水机的工作原理、主要部件、系统流程、操作步骤、常见故障及解决方法进行了较为详细的介绍。其次又通过实际操作与记录相关参数计算得出真空沸腾式造水机的实际出产水量，并与其设计值进行了比较，进而分析出实际产水量17小于设计值的原因。最后对比了两种造水机的不同点。从而得出以下结论：（1）真空飞腾式造水机产水含盐量低于反渗透造水机。（2）反渗透造水机无结垢问题。（3）反渗透造水机对水质要求较低。如果通过添加适当的管路和阀件就能使两种造水机既能单独使用又能串联工作。串联时第一级为反渗透，第二级为真空沸腾，在不同的条件下使用不同的方式，那么不但能能增加造水量而且对水质要求更低还能造出优质的淡水，通用性能将更加出色。【参考文献】1 费千船舶辅机大连：大连海事大学出版社，20082 Instruction Manual for Freshwater generator Type JWP-26-C803 INSTALATION,OPERATION AND MAINTANCE MANUAL SEAWATER DESALINATOR AQUA-SEP MODEL 1035103-J380
