船舶海水淡化装置的现状与发展

船舶海水淡化装置的研究现状与发展

1．应用现状国外船舶海水淡化装置在20世纪80年代中期之前，大部分采用蒸馏法。小容量多采用单效蒸馏装置，大容量采用多级闪蒸，一般用于大型船只。随着渗透膜技术的发展，反渗透技术的日趋成熟，其模块式设计降低了维修要求，提高了可靠性，又因其全电力操作性能稳定，并且尺寸小、不需要使用防结垢化学剂，因此，也投入到各国海军中使用。经过近50年的发展，我国在蒸馏海水淡化装置领域取得了不错的成果。上海704研究所提供的板式蒸馏装置性能基本达到了国际水平，已在各类船舶上得到了广泛应用。在真空沸腾式和闪发式装置系统改进研究方面，采取了改变结构(如多级闪蒸)、增强传热以提高效率和缩小装置尺寸，采用了组合式结构实现系统的自动控制等。另外，反渗透海水淡化装置的组装技术相对成熟，已有部分船只使用反渗透海水淡化装置，但由于反渗透膜价格较高，不易维护保养、衰减快，因此大部分船舶上还是以蒸馏法为主的海水淡化装置，只有水下潜艇部分使用反渗透海水淡化装置。

2．研究现状随着对海水淡化装置的要求越来越高，各国的研究也有了很大的进展，主要表现在以下几个方面：

    船舶真空沸腾海水淡化装置研究。由于船舶真空沸腾海水淡化中用于产生真空的引射器在装置中起着关键作用，因此近年来研究人员对真空沸腾海水淡化装置引射器的研究也推进了制淡技术的发展。

    新材料、新技术的使用。材料的性能是海水淡化水平的一个指标。2006年，美国石油研究中心对多效闪蒸式海水淡化装置中加热用的铜镍合金管的腐蚀隋况进行了调查，结果显示：通过物理检测分析仪器(EDAX)分析，证实管内存在氯化物离子腐蚀，真空系统中cl和0的存在会加速腐蚀过程，因此，检查真空系统的性能非常重要。芬兰和瑞典的两家公司提出了一种新型的不锈钢，可用于膜法和蒸馏法的海水淡化装置中，这种双相不锈钢已经成功地运用在世界各地的海水淡化装置中，更多高级合金不锈钢将会是多级闪蒸和多效低温装置中的选择。各种工艺技术的提高也促进了海水淡化技术的发展，纳滤技术在海水预处理中使用主要是脱除硬度和总溶解固体，从而提高海水反渗透的操作压力和系统的回收率，保证膜组件的运行安全，基于同样的道理，纳滤也可以用在多级闪蒸和多效蒸馏的给水预处理中；应用在横盘管降膜蒸发舰载余热海水淡化装置中的横盘管降膜蒸发与降膜冷凝工艺，不但使装置变得紧凑，大大减少了焊接工作量，也使系统内的传热传质过程得到极大强化，在实验条件下，系统具有较高的产水率。

    控制系统的智能化。随着控制方法的日趋成熟，模糊控制和神经网络在海水淡化控制系统中得到应用，近年我国船用海水淡化装置智能化方面的研究也有了一定的成就，海水淡化系统的智能化、模块化设计，可以减轻船员的操作度，便于管理和维护保养。采用高可靠性模块化设计，控制系统主控芯片采用单片微处理器，测量和安全控制仪表采用新型传感器技术，充分利用微处理器处理数据的优势，实现从数据采集、数据分析、机器运行的全数字化控制，大大减小控制单元的体积和能耗，提高了控制系统的可靠性。

    海区对造水量影响的研究。海水淡化装置的造水量不仅由装置本身的性能决定，还和众多的因素有关。例如：海区变化对舰船海水淡化装置性能的影响。在舰船远航改变海区后，由于各个海区内海水的含盐量不同且泥沙含量不同，随着装置工作时间的延长，海水淡化装置蒸发器极易结垢，且结垢速率加快，传热效果下降，排污系数相对增大，造成的热损失也变大，造水质量和造水量均下降。

    新型海水淡化方法。多级闪蒸—反渗透膜的混合结构海水淡化系统在操作中能量消耗更少，高适应性、水电匹配也更好。德国P．Pacenti,M．Reali等对多级闪蒸—反渗透潜艇用海水淡化装置作了研究，该设备包括光纤玻璃压力容器和连接岸上设备的线路，测试了工作压力、海水盐度和温度、转换系数，并把RODPP(反渗透海水淡化标准装置)和传统Ro技术相比的潜能作了论述。美国佐治亚州一家公司研制出一种新型海水淡化设备，据称淡化过程的费用只有现有技术的1／3，这种便携式的新设备每天能够处理1．1万升水，它使用了一种称为“迅速喷雾蒸发”的技术，原理是含盐的水通过管道喷雾进入分离室，形成非常细小的水滴；在分离室的热空气中，水滴迅速蒸发，水和盐分等杂质分离；水蒸气输入凝结室成为纯水，而盐分则落在分离室底部。此外，这种装置还可以处理废水。浙江大学对应用于船用海水淡化的真空膜蒸发装置作了试验测试，应用了聚化丙垫纤维材料，研究了适用于远洋航行的真空膜蒸发装置的操作条件，装置利用船舶柴油机产生的废热来加热海水。试验显示：这种装置可达到99．99％的除盐度；在55℃和0．093 1VIPa的条件下，膜流量可达到5．4 kg／m2h，测试结果和之前实验室试验结果基本一致。另外，还有研究人员在已有淡化技术的基础上，大胆创新，提出了电磁混合场海水淡化器和汽缸式闪急蒸馏海水淡化器两种新的设计。总之，随着各种海水淡化技术的日趋成熟，将会有更多的既经济适用又低能耗的制淡装置用于船舶。

3.结束语

    综上所述，随着船用海水淡化装置的需求大幅度提高，蒸馏法和反渗透法海水淡化将会更大规模地在船舶上使用，船用海水淡化技术也必将会快速发展。蒸馏法海水淡化装置使装置达到更高的造水比和更低的能耗，是近几年船用海水淡化装置研究努力方向；反渗透海水淡化装置在能耗、重量体积、维护使用、安全可靠、建造周期以及造价等各项指标均优于蒸发法；随着困扰SWRO法应用的膜件及高压泵配套设备等部件的技术关键问题的解决，船用淡化技术也将出现一个新的发展局面。此外，一些新的海水淡化技术，如吸附法、碳气溶胶法等的研究，将会在一定程度上得到应用。