CN109502672B - 一种可拆洗海水淡化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可拆洗海水淡化设备。本发明包括由上封头、冷凝筒体、蒸发筒体、下封头组成的设备筒体，设备筒体内设有立式的冷凝中心筒以及立式的蒸发中心筒，冷凝中心筒位于蒸发中心筒上方，冷凝中心筒下端与冷凝筒体内壁之间设有环状冷凝隔板，蒸发中心筒下端与蒸发筒体内壁之间设有环状蒸发隔板；冷凝中心筒外绕设有通入海水的冷凝换热管，蒸发中心筒外绕设有通入船舶系统废热水的蒸发换热管，蒸发筒体侧面设有位于蒸发隔板上方的淡化海水进口，淡化海水进口与冷凝换热管出口连通。本发明采用可拆洗结构将海水沸腾和海水冷凝集中在一个筒体内，优化了海水淡化流程，提高了海水淡化效率，提高了设备的适应性以及运行稳定性，延长设备使用寿命。

Description

一种可拆洗海水淡化设备
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，具体是涉及一种可拆洗海水淡化设备。
背景技术
随着全球经济一体化，各国物资往来频繁，大型船舶运输具有明显的成本优势，然而随着船舶大型化，其船上的人员也增多，其所需的饮用水也增加，如何利用海水进行饮用水补给一直是人们所关注的问题。
目前船舶采用真空蒸馏法淡化海水进行淡水补给，该方法是将海水在蒸发器内被热介质加热蒸发成蒸汽，蒸汽通过管道进入冷凝器内被海水冷却成淡水。该方法需要两台换热器，换热器之间通过管路连接，管路间设有阀门。
该方法存在以下主要问题：
1、系统过于复杂，不利于生产稳定。生产过程中，蒸发器和冷凝器的运行相互独立且互相影响。如船舶系统产生的余热量变小，则蒸发器产生的蒸汽也随之减少，冷凝器的冷却海水量也应随着减少。但冷凝器与蒸发器相互独立，蒸发器产生的蒸汽需要经过冷凝器与蒸发器间的管路、管路上的阀门等进入冷凝器，当冷凝器检测到蒸汽量减少并减少冷却海水量时，已经产生滞后，冷凝器内的冷却海水量多于蒸汽所对应的海水量，导致蒸汽过多的冷凝，致使系统压力降低，偏离正常的运行工况，严重时会导致事故发生。
2、其系统复杂，所需要的设备、管路、阀件等非常多，设备投入成本较高，运行的维护成本也非常高。另外其所占面积大，对于空间紧张的船舶而言是一个不利因素。
3、所用蒸发器和冷凝器多为不可拆结构，换热表面的污垢只能采用化学方法清洗。附着力强化学方法清洗不掉的污垢将会影响设备的传热效果，污垢达到一定程度时只能更换设备。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种可拆洗海水淡化设备。该设备将海水沸腾和海水冷凝集中在一台设备内，优化了海水淡化在设备内的流程，提高了海水淡化效率，提高了设备的适应性，延长了设备使用寿命。
为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：
一种可拆洗海水淡化设备，包括由上封头、冷凝筒体、蒸发筒体、下封头组成的设备筒体，所述设备筒体内设有立式的冷凝中心筒以及立式的蒸发中心筒，所述冷凝中心筒位于所述蒸发中心筒上方，所述冷凝中心筒下端与冷凝筒体内壁之间设有环状冷凝隔板，所述蒸发中心筒下端与蒸发筒体内壁之间设有环状蒸发隔板；所述冷凝中心筒外绕设有通入海水的冷凝换热管，所述蒸发中心筒外绕设有通入船舶系统废热水的蒸发换热管，所述蒸发筒体侧面设有位于蒸发隔板上方的淡化海水进口，所述淡化海水进口与所述冷凝换热管出口连通。
进一步的技术方案：所述上封头与冷凝筒体、冷凝筒体与蒸发筒体、蒸发筒体与下封头之间采用设备法兰连接。
进一步的技术方案：所述冷凝隔板由冷凝中心筒下端向下延伸至冷凝筒体内壁形成锥筒状，所述蒸发隔板由蒸发中心筒下端向下延伸至蒸发筒体内壁形成锥筒状。
进一步的技术方案：所述冷凝筒体、蒸发筒体为圆筒形结构且与所述冷凝中心筒、蒸发中心筒同轴布置。
进一步的技术方案：所述冷凝筒体上端靠近设备法兰处设有调压口。
进一步的技术方案：所述冷凝筒体下端靠近冷凝隔板处设有淡水出口，所述下封头底部设有海水浓缩液出口。
进一步的技术方案：所述冷凝换热管出口与所述淡化海水进口连通的分支管路上设有流量调节阀。
进一步的技术方案：所述淡化海水进口靠近蒸发隔板设置。
进一步的技术方案：所述冷凝换热管由下向上螺旋绕设在所述冷凝中心筒外侧，所述冷凝换热管沿所述冷凝中心筒径向布置有多组且构成冷凝换热管束；所述蒸发换热管由上向下螺旋绕设在所述蒸发中心筒外侧，所述蒸发换热管沿所述蒸发中心筒径向布置有多组且构成蒸发换热管束。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明所述的可拆洗海水淡化设备将蒸发单元、冷凝单元集中在一个立式筒体内，形成一台设备。当其中某一参数变化时，冷凝单元与蒸发单元可以同时检测到该信号并做出响应，提高系统运行稳定性。比如，当船舶系统产生的余热量变小，蒸发产生的蒸汽量减少时，设备内的压力将减小，由于冷凝单元和蒸发单元同处于设备内，其压力信号为同一信号，此时冷凝单元能迅速做出反应，减小冷却水流量，以减小冷凝单元内蒸汽的冷却量，以维持设备内的压力不变，保证系统安全运行。即冷凝单元可以快速检测到蒸汽量减少的信号并做出减少冷凝海水量的响应，以确保系统运行时压力保持稳定。另外，蒸发单元与冷凝单元集中在一个立式筒体内，其结构紧凑，节约占地，满足船舶空间紧张的要求，同时设备投入成本以及运行的维护成本更低。
(2)本发明所述设备筒体的上封头与冷凝筒体、冷凝筒体与蒸发筒体、蒸发筒体与下封头之间采用设备法兰连接，可通过设备法兰拆开筒体，对设备内的冷凝换热管、蒸发换热管、冷凝中心筒、蒸发中心筒、设备内壁等进行机械清洗，去除附着力强化学清洗不掉的污垢，延长设备使用寿命。
(3)本发明所述冷凝隔板将蒸发单元与冷凝单元从设备内分隔开，其倾斜布置成锥筒状，对蒸汽产生一个导流作用，有利于蒸汽沿着冷凝隔板向上进入冷凝中心筒，对冷凝的淡水也产生一个导流作用，有利于淡水流出。
(3)本发明所述冷凝筒体、蒸发筒体采用圆筒形结构有利于整个设备承压，该结构使得整个设备即可以承受外压，也可以承受内压，增加了设备的适应性。当设备承受外压时，设备内部处在真空状态，系统内的海水蒸发温度低于100℃；当设备承受内压时，系统内的压力高于1个大气压，海水蒸发温度高于100℃。其所述冷凝中心筒、蒸发中心筒与筒体同轴布置使得绕管周向均匀布置，保证整个设备的传热均匀。
(4)本发明通过调压口先将设备筒体内的空气抽出，使设备筒体内处于一定的真空状态，以降低海水在设备内的沸点。在设备运行过程中，通过调压口对设备筒体内的压力进行调节，以满足不同工况下的运行。
(5)本发明淡水排出口设在靠近冷凝隔板处，即保证了冷凝的淡水顺利排出，又不至于混入蒸汽。海水浓缩液出口设在下封头底端保证了海水浓缩液可以从设备内全部排出。
(6)本发明所述调节阀用于调节进入蒸发器的海水流量，以保证系统稳定运行。
(7)本发明淡化海水进口设置在靠近蒸发隔板处，使得海水在蒸发区下端进入，这样便于海水被加热沸腾后由下向上流动，实现更多的蒸汽向上流动并进入冷凝单元。
(8)本发明所述冷凝换热管由下向上螺旋绕与蒸汽冷凝形成对流换热，所述蒸发换热管由上向下螺旋缠绕与淡化海水形成对流换热，提高了传热效率。
附图说明
图1、2为本发明结构示意图。
附图中标记的含义如下：
1-上封头；2-冷凝中心筒；3-冷凝换热管；4-冷凝筒体；5-冷凝隔板；6-调节阀；7-蒸发筒体；8-下封头；9-蒸发隔板；10-蒸发换热管；11-蒸发中心筒；a-冷却海水出口；b-冷却海水进口；c-淡化海水进口；d-海水浓缩液出口；e-废热水出口；f-废热水进口；g-淡水出口；h-调压口；A-蒸发区；B-海水浓缩液排出区；C-冷凝区；D-汽液分离区。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：
如图1、2所示：本发明包括设备筒体，所述设备筒体由上封头1、冷凝筒体4、蒸发筒体7、下封头8四部分组成，所述设备筒体内设有立式的冷凝中心筒2以及立式的蒸发中心筒11，所述冷凝中心筒2位于所述蒸发中心筒11上方，所述冷凝中心筒2下端与冷凝筒体4内壁之间设有环状冷凝隔板5，所述蒸发中心筒11下端与蒸发筒体7内壁之间设有环状蒸发隔板9；所述冷凝中心筒2外绕设有通入海水的冷凝换热管3，所述蒸发中心筒11外绕设有通入船舶系统废热水(比如：废热水或其他热源)的蒸发换热管10，所述蒸发筒体7下端靠近蒸发隔板9处设有淡化海水进口c，所述淡化海水进口c与所述冷凝换热管3出口连通。
所述上封头1、冷凝筒体4、冷凝中心筒2、冷凝隔板5以及冷凝换热管3构成冷凝单元。所述蒸发筒体7、蒸发中心筒11、蒸发隔板9、蒸发换热管10以及下封头8构成蒸发单元。
本发明所述设备筒体内空间被冷凝中心筒2、冷凝隔板5、蒸发中心筒11、蒸发隔板9分成四个区域，其中蒸发中心筒11外侧、蒸发筒体7内侧、蒸发隔板9上面的区域为蒸发区A，蒸发中心筒11内侧、蒸发隔板9下面、下封头8上面的区域为海水浓缩液排出区B，冷凝中心筒2外侧、冷凝筒体4内侧、冷凝隔板5上面的区域为冷凝区C，冷凝中心筒2内侧、冷凝隔板5下面、蒸发区A上方的区域为汽液分离区D。
本发明所述设备筒体的工艺接管主要有：冷却海水出口a、冷却海水进口b、淡化海水进口c、海水浓缩液出口d、废热水进口f、废热水出口e、淡水出口g、调压口h。
冷却海水出口a位于冷凝区C的上部，通过换热管板与冷凝换热管束相通；冷却海水进口b位于冷凝区C的下部，通过换热管板与冷凝换热管束相通。
废热水进口f位于蒸发区A上部，通过换热管板与蒸发换热管束相通；废热水出口e位于蒸发区A下部，通过换热管板与蒸发换热管束相通。
淡化海水进口c位于蒸发区A下部，与蒸发区A相通；海水浓缩液出口d位于下封头8底部，与海水浓缩液排出区B相通；淡水出口g位于冷凝区C下部，与冷凝区C相通；调压口h位于冷凝筒体上端，与冷凝区C相通。
所述冷凝隔板5由冷凝中心筒2下端倾斜向下延伸至冷凝筒体4内壁形成锥筒状，所述蒸发隔板9由蒸发中心筒11下端倾斜向下延伸至蒸发筒体7内壁形成锥筒状。
所述冷凝筒体4、蒸发筒体7为圆筒形结构且与所述冷凝中心筒2、蒸发中心筒11同轴布置。所述上封头1、下封头8分别采用椭圆形封头结构。
所述冷凝换热管3出口与所述淡化海水进口c连通的分支管路上设有流量调节阀6。
所述冷凝换热管3由下向上螺旋绕设在所述冷凝中心筒2外侧，所述冷凝换热管3沿所述冷凝中心筒2径向布置有多组且构成冷凝换热管束；所述蒸发换热管10由上向下螺旋绕设在所述蒸发中心筒11外侧，所述蒸发换热管10沿所述蒸发中心筒11径向布置有多组且构成蒸发换热管束。
以下为本发明使用方法：
通过调压口h先将设备内的空气抽出，使设备内处于一定的真空状态，以降低海水在设备内的沸点。在设备运行过程中，通过调压口对设备内的压力进行调节，以满足不同工况下的运行。
低温海水由冷却海水进口b流入，经冷凝换热管束吸热升温，将蒸汽冷凝成蒸馏水后，从冷却海水出口a流出。
来自船舶动力系统的废热水或其他热源从废热水进口f流入，经蒸发换热管束放热，将海水加热沸腾汽化后，从废热水出口e流出，回到船舶动力系统。
少量经预热的海水经调节阀6从淡化海水进口c进入设备蒸发区A，在蒸发区A被蒸发换热管束加热，部分汽化成蒸汽形成汽液混合物向上流入汽液分离区D。蒸汽顺着冷凝隔板、冷凝中心筒向上流动进入冷凝区C，在冷凝区C，被冷凝换热管束冷凝成蒸馏水，从淡水出口g排出，补给船舶用水；未蒸发的海水变成海水浓缩液从蒸发中心筒中间流入海水浓缩液排出区B，最终由海水浓缩液排出口d排出。

Claims (7)

1.一种可拆洗海水淡化设备，其特征在于：包括由上封头(1)、冷凝筒体(4)、蒸发筒体(7)、下封头(8)组成的设备筒体，所述设备筒体内设有立式的冷凝中心筒(2)以及立式的蒸发中心筒(11)，所述冷凝中心筒(2)位于所述蒸发中心筒(11)上方，所述冷凝中心筒(2)下端与冷凝筒体(4)内壁之间设有环状冷凝隔板(5)，所述蒸发中心筒(11)下端与蒸发筒体(7)内壁之间设有环状蒸发隔板(9)；所述冷凝中心筒(2)外绕设有通入海水的冷凝换热管(3)，所述蒸发中心筒(11)外绕设有通入船舶系统废热水的蒸发换热管(10)，所述蒸发筒体(7)侧面设有位于蒸发隔板(9)上方的淡化海水进口(c)，所述淡化海水进口(c)与所述冷凝换热管(3)出口连通；
所述冷凝隔板(5)由冷凝中心筒(2)下端向下延伸至冷凝筒体(4)内壁形成锥筒状，所述蒸发隔板(9)由蒸发中心筒(11)下端向下延伸至蒸发筒体(7)内壁形成锥筒状；
所述冷凝筒体(4)、蒸发筒体(7)为圆筒形结构且与所述冷凝中心筒(2)、蒸发中心筒(11)同轴布置。
2.如权利要求1所述的可拆洗海水淡化设备，其特征在于：所述上封头(1)与冷凝筒体(4)、冷凝筒体(4)与蒸发筒体(7)、蒸发筒体(7)与下封头(8)之间采用设备法兰连接。
3.如权利要求1所述的可拆洗海水淡化设备，其特征在于：所述冷凝筒体(4)上端靠近设备法兰处设有调压口(h)。
4.如权利要求1所述的可拆洗海水淡化设备，其特征在于：所述冷凝筒体(4)下端靠近冷凝隔板(5)处设有淡水出口(g)，所述下封头(8)底部设有海水浓缩液出口(d)。
5.如权利要求1所述的可拆洗海水淡化设备，其特征在于：所述冷凝换热管(3)出口与所述淡化海水进口(c)连通的分支管路上设有流量调节阀(6)。
6.如权利要求1所述的可拆洗海水淡化设备，其特征在于：所述淡化海水进口(c)靠近蒸发隔板(9)设置。
7.如权利要求1-6任一项所述的可拆洗海水淡化设备，其特征在于：所述冷凝换热管(3)由下向上螺旋绕设在所述冷凝中心筒(2)外侧，所述冷凝换热管(3)沿所述冷凝中心筒(2)径向布置有多组且构成冷凝换热管束；所述蒸发换热管(10)由上向下螺旋绕设在所述蒸发中心筒(11)外侧，所述蒸发换热管(10)沿所述蒸发中心筒(11)径向布置有多组且构成蒸发换热管束。
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