基于板式换热器的船舶制淡装置设计开题报告

全文总字数：4259字

1. 研究目的与意义（文献综述）

对于船舶尤其是远洋船舶而言，淡水是十分重要的资源，这是因为海水的含盐量大，成分复杂，无法直接作为船员及旅客的生活用水或是船舶动力设备用水。为了保证远洋船舶的续航能力，每天都需要消耗大量的淡水，这其中一部分用于提供船上人员所需的饮用水及生活用水，另一部分用于保持船舶动力装置的正常运转如主副机所需要的冷却水，锅炉产汽需要的补充水，分油机运行需要的工作水等等^[1]。一艘大型船舶每天的淡水消耗量通常与船上人员数量与动力机器的大小有关，生活用淡水一般按每人170l/d计算，而动力装置的补给水量则与动力装置型式和用汽设备的密封性相关，通常按每天0.2~0.3l/kw计算。在长时间远洋航行无法靠岸补充淡水的情况下，如果远洋船所需的淡水资源完全依靠自身船舱储水的话，势必会大幅减少船舶的载货量，影响船舶运输的经济效率。此外船舶对于淡水质量有着明确的要求，其中船用锅炉给水标准规定含盐量应小于10mg/l（nacl），饮用水要求清洁无菌，无异味并进行矿化处理，盐度不大于500~1000 mg/l（nacl），洗漱用水要求不大于750 mg/l（nacl）^[2]，而长时间的储水会使得细菌滋生，无法达到船舶的用水要求。为了提供充足淡水，节约船上空间，这就要求远洋船舶必须配备海水淡化装置。

制淡装置是一种将海水进行淡化处理以得到淡水的设备。海水淡化的方法主要分为三大类，分别是热法、膜法和化学方法。热法主要是蒸馏法和结晶法；膜法主要包含反渗透和电渗析法；化学方法则主要是离子交换法，如今常用的海水制淡方法主要为多级闪蒸（msf）、多效蒸发（med）、压气蒸馏（vc）、反渗透（ro）等^[3]。我国关于海水淡化技术的研究起步较早，从1958年就开始了电渗析法的研究，在1965年之后开始进行反渗透膜技术的研究。20世纪60年代，国内开始进行船用小型压汽蒸馏装置的研究开发并在80年代初相继研制出船用中小型压汽蒸馏装置、船用多级闪蒸装置和船用电渗析海水淡化装置。在膜材料与膜组器开发应用方面，我国的杭州水处理技术研究开发中心于2004年完成了反渗透复合膜组器生产线^[4]。

远洋船舶多为柴油机动力，在利用水冷系统冷却主机之后产生的主机缸套水之中存在着大量的低温废热。为了利用这些低品位热源，实现节能增效的目的，目前船上的制淡装置多采用蒸馏法制取淡水。蒸馏法是利用盐分几乎不溶于低压蒸汽的原理，在真空条件下加热海水使之汽化，再冷凝蒸汽从而得到淡水。采用蒸馏法有以下优点：利用主机缸套水的余热，提高了船舶动力装置的经济性；沸点不高，加热温度不大从而使得蒸发器表面结垢速度慢且不结难以清除的硬垢；制淡装置内部无运动部件，维护保养简单^[5]。而对于蒸馏装置而言，可以分为真空沸腾式与真空闪发式，前者海水的加热与蒸发都处在一个真空容器内，而后者海水先被加热然后减压喷入真空的蒸发器内闪发成汽。闪发式淡化装置能显著减轻加热面的结垢但是由于存在造价高和耗热量大的缺陷，现在船舶上基本不再应用^[6]。而真空沸腾式制淡装置常用换热器为管壳式换热器和板式换热器，为了提高船上空间的利用率，减少设备的体积与重量，常常采用板式换热器。相比于管壳式换热器，板式换热器由传热板片叠装而成，结构紧凑而且易于维护检修^[7]。此外，它的传热板片薄，并带有人字形波纹、平直波纹或球形波纹等结构，容易形成湍流，从而可以获得较大的传热系数。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

根据给定的初始条件确定目标船舶对制淡装置的淡水产量和质量的要求，并以此设计出一套基于板式换热器的真空沸腾式制淡装置，建立相关的物理与数学模型，完成装置内蒸发器、冷凝器等主要部件的热力计算，并根据制淡装置产水量以及其他相关要求，完成制淡装置的结构设计。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

（1）第1-2周，查阅资料，完成论文的开题报告；

（2）第3-5周，完成外文的翻译工作，加深对板式换热器的认识；

（3）第6-7周，完成目标船制淡装置所需淡水产量的核算工作；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 王克，甘念重. 轮机专业船舶航行认知实习[m]. 武汉：武汉理工大学出版社，2009.

[2] 李巍飙. 船舶造水机浅析及问题分析[j]. 科技风，2014(11):245.

[3] 袁大元. 多效蒸发海水淡化装置的设计计算及性能研究[d]. 大连理工大学，2017.