板式造水机蒸发器结垢原因分析及处理方法

【摘 要】 本文从实际应用角度，叙述了板式蒸发器的特点和基本工作原理，分析了蒸发器结垢后对造水性能的影响因素，并探索了解决结垢问题的方法。实践证明，定期对蒸发器进行清洗，确保蒸发器工作性能正常是提高造水量最有效的方法。

【关键词】 板式造水机蒸发器 结垢 危害 清除方法

1 引言

远洋船舶在航行中，每天要消耗大量淡水，以满足船用动力设备运行及船员生活的需要。由于船用锅炉及燃油分油机等设备工作环境的特殊性，其工作用水对含盐量有严格的要求，而板式造水机产水质量高，能完全满足上述设备用水的苛刻要求，因此，船用板式造水机运行工况好坏直接关系到船舶远洋航行的安全性。某船装有板式蒸发式造水机，额定造水量20t/天，开始正常运行，并逐年出现产水量下降的现象，产水量分别从额定20t/天减小到12t/天和10t/天，这给船员生活和设备用水量保障带来了很大的困难，由于板式蒸发式造水机是在真空环境下蒸发、冷凝后产生淡水，经过分析，发现造水机产水量减小的主要原因是蒸发器板片结垢造成的，因此蒸发器结垢是其造水量下降的主要原因。

2 板式换热器的特点及工作原理

2.1 板式热交换器的特点

板式热交换器是一种新型高效的换热设备，它具有传热效率高、结构紧凑、易清洗、易安装的优点，并且可根据不同的工艺要求，非常方便地组合成任意流量形式，因而它被广泛应用。

2.2 板式热交换器的工作原理

板式热交换器的工作是通过传热机理进行的，根据热力学定律，热量总是由高温物体自发地传向低温物体。当两种流体存在温度差时，就必然有热量进行传递，两种存在温度差的流体在受迫对流传热过程中，由于板式换热器的换热片表面采用瓦楞波结构优化设计，使其热交换率达到92%以上，即使流体流速在雷诺准数值以下，流体在板片之间的运动亦呈三维运动，促使流体形成剧烈紊动，减少边界层热阻，强化传热效率。

3 板式造水机蒸发式造水的工作原理

通过海水泵驱动海水空气混合喷射器在系统中形成一个真空区域以达到降低海水蒸发温度的目的。海水通过一个节流孔板被导入蒸发器，进入蒸发器板式热交换器的每个第二板通道（蒸发通道）内。主机缸套的热水被引入蒸发器板式热交换器的另一个通道，板式热交换器的工作是通过传热机理进行的，根据热力学定律，热量总是由高温物体自发地传向低温物体。当两种流体存在温度差时，就必然有热量进行传递，从而将主机缸套热水自身的热量传递给蒸发通道中的海水。当真空度达到90%以上后，海水在真空环境下达到沸点温度，部分海水会被蒸发，产生水蒸气进入分离器，在分离器内海水被从蒸汽中分离出来，蒸汽进入到冷凝器板式热交换器的通道之一内。海水泵将海水驳到冷凝器板式热交换器的另一个通道，从而吸收掉蒸汽的热量。冷凝得到的淡水用淡水泵抽到淡水舱中。

4 影响板式造水机产水量的主要因素

4.1 缸套加热水的流量

（1）缸套加热水的流量过高，造成板式造水机蒸发器的温度相对过高，蒸发器中海水蒸发速度加快，水蒸气温度太高，大大提高板式造水机内部温度，影响冷凝速度，从而影响产水量。同时长时间在过高温度下运行的蒸发器容易结垢，影响热传递，蒸发量大大降低，使产水量大大降低。缸套水温度过高还可造成海水过度饱和蒸发，部分盐离子随着蒸汽进入冷凝器，使产水盐度升高，严重时可影响产水量。（2）缸套加热水的流量过低，造成板式造水机蒸发器的温度相对过低，蒸发器中海水的蒸发速度大大降低，进入冷凝器的蒸汽变少，产水量也大大降低。

4.2 真空度

板式造水机真空的正常值应大于90%，如果真空度过低，相对的海水汽化温度将大幅提高，在同样的热媒水条件下，蒸发器中海水的蒸发速度大大降低，进入冷凝器的蒸汽变少，产水量也大大降低。

4.3 冷凝器故障

冷凝器的海水侧脏堵。将影响冷凝效果，产生量变小。冷凝器发生泄漏会导致海水渗入到冷凝侧，混杂在产出的淡水中，产出的淡水会因为盐度过高，而回流至板式造水机内部，重新循环直接造成产水量变为零。

4.4 蒸发器故障

长时间使用板式造水机后，蒸发器容易产生水垢，附着在蒸发器表面的大量污垢影响热传导，造成蒸发器中海水的蒸发速度大大降低，进入冷凝固的蒸汽变少，产生量也大大降低。板式造水机故障的统计数据表明，蒸发器结垢发生次数较多，因此，下文将重点阐述真空蒸馏造水机结垢的原因及处理方法。

5 板式蒸发造水机水垢形成的原因及危害

水垢的导热系数远比金属小，当换热面结垢后，传热系数就会大大减小，换热量严重下降，装置造水能力显著降低，严重时甚至被迫停机以清除水垢。水垢一旦形成，其粘附力很强，很难清除，严重影响了设备的正常运转，增加了维修费用。

海水中含有多种盐分，如氯化钠、氯化镁、硫酸钙喝硫酸镁等。水垢主要是由海水中某些溶解度较低的盐类沉积在加热面上形成的。海水中含量较多的氯化钠（NaCL），氯化镁（MgCL2）和硫酸镁（MgSO4），由于他们的溶解度高，且溶解度还随温度的上升而增加，一般是不易结垢的。蒸馏式海水淡化装置中水垢的主要成分是碳酸钙（Ca-Co3）、氢氧化镁（Mg（OH）2）和硫酸钙（CaSO4）。它们在水中的溶解度都很低，且随温度的升高而降低。特别是当海水在加热面上沸腾形成大量的气泡时，水蒸发成汽后，水中盐分全部结晶沉淀，所以，气泡所在的加热面上有一圆环形盐结晶，汽泡越大则圆环形结晶越大越厚。汽泡脱离加热面后，水只能把圆环形盐结晶中容易溶解的盐分在溶解一部分，这样每生成一个汽泡便产生盐垢，加热面上不断产生汽泡，就堆积形成了一层水垢。

水垢的主要危害是降低热蒸发器的换热效率，造成蒸发器内海水流量减少，造水量也相应的减少，甚至停止产水。

6 降低水垢生成速度的方法

（1）控制蒸发器内盐水的含盐量。在装置使用过程中控制适当的排污率或给水倍率，降低难溶盐类的含量，缩短盐水在加热器内的停留时间。（2）提高系统的真空度降低蒸发器内海水汽化温度。硫酸钙的溶解度随温度的上升而降低，因此蒸发器内的蒸发温度尽可能低。（3）对冷凝器，蒸发器经常性的清洁保养，调节缸套水流量，使传热温差在规定范围之内。（4）加大水循环流速。使加热面上生成小汽泡冲走，蒸发器浓盐水盐度最好保持在53000B左右，这样水垢生成可减慢。（5）采用化学防垢剂。在给水进入蒸发器前，将防垢药剂以“造水量的1吨/60ML药剂混合一定淡水量/24h配给，能有效的除去蒸发器中的水垢盐垢。

7 板式蒸发器水垢清除的主要方法

随着装置的使用时间增长，水垢肯定会出现，由于结垢会导致加热器传热量减小，使板式造水装置造水量下降，因此应及时清除水垢。经实践证明，清除水垢比较有效的方法主要有以下几种。

7.1 冷冲除垢法

冷冲除垢法是应用热胀冷缩的原理进行除垢。由于水垢和换热板的膨胀系数不一样，使加热管一热一冷反复多次，在多次热胀冷缩的过程中加热管外表面的水垢便可分裂成许多碎块而脱落下来，随着水流排出装置。

7.2 化学清洗法

化学除垢剂也有不少种类，价格比较低廉和腐蚀性较弱的乙醇酸钠溶液，次溶液对硫酸钙水垢有效。

7.3 机械除垢法

机械除垢法，虽然烦琐，但是最直接有效，其主要操作步骤如下：（1）关闭海水泵进出口阀。注意要点：因为该板式造水机位置较低，为避免海水由舷外阀。（2）将板式造水机壳体打开。注意要点：拆卸密封垫片时，要注意不要用力不均而使其变形。（3）拆卸蒸发器板片。根据结垢原因分析及拆装实践可知，海水经过的换热面主要存在于蒸发器，水垢主要存在于蒸发器换热面，因此只需拆卸蒸发器板片。在拆卸的过程中要注意：拆卸前要对板片螺丝的密封螺纹进行记录，防止在安装时改变原有密封性；在拆卸的同时还要对各板片进行编号，防止安装时出现错位。（4）对板片表面结垢进行清除。在清除水垢的过程中应注意：用钢丝球、钢刷对板片在白醋中浸泡半小时后再清除；观察壳体内防腐锌块的腐蚀情况，如果腐蚀过重则需及时更换。（5）安装板式造水机壳体。在安装的过程中应注意：清洁完毕后，要按照编号安装板片，并按螺纹刻度对板片进行紧固；安装壳体时要注意受力均匀。

8 结语

文章从板式造水机产水量降低的现象出发，总结了影响出水量的主要因素，重点分析了板式造水机结垢的原因，并结合实践工作，总结了降低水垢生成速度及消除水垢的方法，对清除板式造水机的水垢、保证板式造水装置的高产水量具有指导意义。

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