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船舶核动力装置MarineNuclearPowerPlants核科学与技术学院（V2009.04.04）MNPP-C03-L112020/2/29《核动力装置》24.8造水系统1.设置的必要性2.功用3.海水淡化方法4.蒸发法造水的三种形式2020/2/29《核动力装置》31.设置的必要性船舶长期在海洋中航行，动力装置及船员都要消耗淡水，仅靠船舶自身携带无法满足需求，因此船舶必须设置造水系统（制淡系统、制淡装置）；压水堆核动力装置一、二回路都使用轻水作为工质，运行过程中由于跑、冒、滴、漏以及取样等原因，造成工质装量减少，影响正常运行2020/2/29《核动力装置》4蒸汽和凝给水的损失蒸汽经过轴封以及在蒸汽管路中流经法兰、阀门等的不严水经过水泵密封处的泄漏以及在管路、设备和水柜等处的蒸汽发生器泄放时蒸汽和水的损失以及装置在启动和停车一回路系统泄漏、取样以及启动过程中排水造成的损失。全船非动力用水的消耗，例如饮用水、生活用水、卫生用水等。2020/2/29《核动力装置》5舰船淡水消耗量用途单位用量生活用水民用船舶L/(人·天)150~250军用船舶25动力装置用水柴油机L/(马力·天)0.15~0.23汽轮机0.4~1.0资料来源：刘英贵、刘令勋.船舶特辅装置与系统.北京：国防工业出版社，19912020/2/29《核动力装置》62.功用将海水淡化，生产符合要求的动力装置用水和生活用水，供应动力装置补给水和人员消耗通常情况下，船上各种用途的淡水都由同一套淡化装置生产，则所造淡水的质量应该符合要求最高的一、二回路补给水的水质标准2020/2/29《核动力装置》73.海水淡化方法通过物理、化学等方法，从海水中获取淡水主要途径从海水中取出水（蒸馏、反渗透、冰冻、水合物法等）从海水中取出盐（离子交换、电渗析、电容吸附法等）实际应用的方法反渗透法电渗析法蒸发法（蒸馏法）2020/2/29《核动力装置》8复习循环水系统的功用是什么?自流式循环水系统有什么特点?循环水系统的流量调节方式有哪些?润滑油系统的功用是什么?润滑油系统的设计要求是什么?2020/2/29《核动力装置》9一、反渗透法在压力驱动下，淡水通过半透膜进入膜的低压侧，水中的其他组分被阻挡在膜的高压侧并随浓缩水排出，从而达到有效分离的作用为了获得必要的淡化速率，实际操作压力大于5.5MPa，操作压力与海水渗透压力之差，即为过程的推动力反渗透过程必须具备两个条件高选择性和高渗透性的半透膜；运行压力高于海水的渗透压。2020/2/29《核动力装置》10图4-42反渗透原理2020/2/29《核动力装置》11图4-43反渗透原理示意图2020/2/29《核动力装置》12二、电渗析法渗析是指溶液中溶质通过半透膜的现象，自然渗析的推动力是半透膜两侧溶质的浓度差。在直流电场的作用下，离子透过选择性离子交换膜而迁移，从而使电解质离子自溶液中部分分离出来的过程称为电渗析2020/2/29《核动力装置》13图4-44电渗析原理示意图2020/2/29《核动力装置》14三、蒸发法使海水受热汽化，再将蒸汽冷凝，从而得到淡水主要有以下四种形式多级闪蒸多效蒸发蒸汽压缩蒸馏太阳能蒸馏常见的蒸发式造水装置低压浸管型造水装置闪发式造水装置薄膜蒸发式造水装置2020/2/29《核动力装置》15图4-45低压浸管型蒸汽发生器工作原理2020/2/29《核动力装置》16图4-46单级闪发式造水装置2020/2/29《核动力装置》17薄膜蒸发式造水装置薄膜蒸发式造水装置利用的薄膜蒸发原理海水蒸发器常见的形式有立管降膜式和横管喷淋膜式两种类型。立管降膜式海水蒸发器：传热管束为直立放置，海水泵将海水送入海水蒸发器，通过上部喷嘴均匀喷入传热管内。横管喷淋膜式蒸发器：传热管束为水平布置，海水泵将海水送至管束上面的喷嘴，从上向下喷淋的海水在传热管外表面形成薄膜状态向下流动，加热蒸汽在传热管内冷凝放热，使传热管外侧的海水蒸发产生蒸汽。这种蒸发器的传2020/2/29《核动力装置》18（1）多级闪蒸闪发的概念将一定温度和压力的水排入压力低于当前水温所对应饱和压力的闪发室内，一部分水因过热而汽化成为蒸汽经过加热的海水依次通过多个温度、压力逐级降低的闪蒸室，进行蒸发、冷凝的蒸馏淡化方法2020/2/29《核动力装置》19淡水海水多级闪蒸过程示意2020/2/29《核动力装置》20（2）多效蒸发将几个蒸发器串联进行蒸发操作，以节省热量的蒸馏淡化方法海水蒸发器的受热面是盘管，盘管浸泡在海水中，盘管内通有蒸汽，蒸发器内为真空低真空蒸发：0.07~0.08MPa高真空蒸发:0.013~0.015MPa2020/2/29《核动力装置》21多级蒸发过程示意2020/2/29《核动力装置》22（3）蒸汽压缩蒸发将蒸发产生的二次蒸汽绝热压缩，再返回海水蒸发器作为加热蒸汽，同时冷凝成淡水，以提高热能利用率的蒸馏淡化方法图蒸汽压缩蒸发过程示意2020/2/29《核动力装置》234.蒸发法造水的三种形式低压浸管型造水装置海水蒸发器内设置加热管，用蒸汽加热海水，使其蒸发产生蒸汽海水蒸发器内为真空状态闪发式造水装置海水在预热器中加热，然后送入闪发室，闪发产生蒸汽闪发室内为真空状态薄膜蒸发式造水装置2020/2/29《核动力装置》24图4-47低压浸管型原理造水比：单位质量的加热蒸汽（一次汽）可以产生的二次蒸汽量海水蒸发器加热盘管2020/2/29《核动力装置》25单级低压浸管型造水装置的造水比质量平衡方程Gf＝Gv＋Gb能量平衡方程Gs（hs－hd）＝Gvhv＋Gbhb－Gfhf排污率ε＝Gv／Gb造水比R＝Gv／Gs2020/2/29《核动力装置》26多级蒸发装置的造水比多级蒸发系统中，第一级蒸发器产生的二次汽，作为第二级蒸发器的加热蒸汽，依此类推级数越多，产生蒸汽越多，但装置重量、尺寸增加很多，设备投资也大大增加，船用装置最多不超过三级一级R＝Gv／Gｓ……………………………………0.95二级R＝（Gv，1＋Gv，2）／Gs……………………1.80三级R＝（Gv，1＋Gv，2＋Gv，3）／Gs…………2.502020/2/29《核动力装置》27采用真空蒸发的优点耗热少。由于蒸发温度低，可用低温低压的蒸汽作为热源；通常使用废汽总管的蒸汽来加热海水。减少水垢生成，延长运行时间。蒸发温度约为50℃，水垢生成的速度很低，可以连续运行三个月再清洗。2020/2/29《核动力装置》28图4-48低压浸管型造水装置2020/2/29《核动力装置》29图4-49闪发式原理2020/2/29《核动力装置》30闪发式造水装置的造水比质量平衡方程Gf＝Gv＋Gb能量平衡方程Gs（hs－hd）＝Gf（hf，o－hf，i）Gvhv＋Gbhb=Gfhf，o排污率ε＝Gv／Gb造水比R＝Gv／Gs2020/2/29《核动力装置》31采用闪发原理造水的优点利用水的自过热而蒸发，使已被加热的海水在减压状态下过热蒸发；热量消耗少；可以解决传热面上结垢的问题。2020/2/29《核动力装置》32图4-50多级闪发造水装置的温度分布造水比＝？2020/2/29《核动力装置》33图4-51闪发型造水装置2020/2/29《核动力装置》34薄膜蒸发式造水装置海水在传热管间呈薄膜状流动，传热系数较高，因此传热面积小、造水装置结构紧凑；立管降膜式海水用泵从上部喷入加热管内，在管内成膜，蒸汽在管外加热。横管喷淋膜式海水在传热管外成膜，加热蒸汽在管内流动。2020/2/29《核动力装置》35造水参数确定造水装置的产量加热蒸汽参数蒸发温度2020/2/29《核动力装置》364.9船舶电力系统电力系统用于保障船舶在正常情况下和应急情况下产生电能，向核动力装置和船上所有用户提供电能。核动力装置电力系统主要有两个特点：第一，由主电力系统和应急电力系统组成，设计上符合单一故障准则；第二，在任何情况下均必须能提供不间断电力需求，这是核反应堆核安全设计的要求。2020/2/29《核动力装置》37主电力系统-用于保证所有用户的电能，应由至少两个无关联的主配电柜、两台主发电机和一台备用发电机组成。应急电力系统-与主电力系统无关，用于当主发电机和备用发电机不工作时，保证核动力装置与整个船舶重要用户的电能。蓄电池储存电能，通过直流-交流逆变电变换，在其它电源不工作时保证提供不间断供应电能。2020/2/29《核动力装置》38图4-53主泵供电原理图2020/2/29《核动力装置》39思考题1.造水系统的功用是什么?2.海水淡化的方法通常有哪几种?3.利用蒸发法造水，造水比的含义是什么?4.推导低压浸管型和单级闪发式造水装置的造水比表达式。