【轮机长近万字干货】造水机的原理、管理和常见故障排除

简解造水机的工作原理、管理和常见故障排除方法

原创 常云趣轮机长 2025.02.16

对远洋船舶来说，船舶淡水的储存量和造水的重要性，不言而喻。在造水机的使用和管理的实际工作中，造水机经常出现故障，一时迷惑不解，难以解决，或几经折腾后才解决，引起船舶缺淡水限制船员用水的紧张状态。水云趣就结合自己的经验和同仁们的分享经验，接地气地编写这篇文稿，抛砖引玉，但愿对大家有所直接的帮助。文中如有不妥甚至不对之处，请斧正！

一、原理简介：

1.1造水机系统的形式和组成：

常见的船用造水机的形式有壳管式和板式。壳管式造水机常由以下零部件组成：

主要部件：I) 蒸发器、II) 冷凝器、气水分离挡板(mesh separator)、凝水收集盘、III) 造水机海水泵（注：有船在造船设计时已经取消该泵，取而代之的是由主机海水泵或副机海水泵或其它泵来给造水机系统提供海水。）、IV) 真空泵（喷射泵，抽造水机内部真空）、V) 排盐泵【注：喷射泵，用于排蒸发器内的盐水。有的已经取消该泵，由真空泵既抽真空又可排盐水，由冷凝器的出口海水经另外的离心泵加压后作为真空泵的工作水。】如下图所示、 VI) 凝水泵、VII) 盐度计。

重要附属件：I) 给水阀（此阀的开度也可调）和节流板（板上有相应尺寸的节流孔），【注：此阀和节流板可调节给水倍率.】II) 真空破坏阀、III)真空表、IV) 蒸发器气化观察镜、V) 凝水观察镜、VI) 真空泵抽真空的单向阀、VII)排盐泵排盐水的单向阀、及其它相关阀门。

壳管式冷凝器内部结构示意图

1.2基本概念：

1.2-1 真空度：当一个容器中的绝对压力低于1个标准大气压力时,称作真空，也称真空度，容器的压力越低，真空度就越高。在船舶轮机管理界，真空度常用百分比表示，即百分数真空度（%)，指容器内的压力占标准大气压的百分数。

百分数真空度计算公式：

真空度（%)=容器内的绝对压力÷标准大气压力×100%；---（1） ；或

真空度（%)={1-(101.325－容器内的绝对压力)÷98.1}×100%--（2）

注：公式--2中的压力是以Kpa为单位。         

   例如：容器内绝对压力为: -95Kpa=0.095Mpa，大气压按标准大气压101.325kpa =0.101325Mpa计算，则容器内的真空度为：

*** 95÷101.325×100%=93.6%；

*** {1 -（101.325 - 95) ÷ 98.1}×100%=94%

注：1）标准大气压=760mm水银柱高度=101325pa=101.325Kpa=0.101Mpa

2）压力表或真空表刻度盘上的0刻度，是指容器（或系统）内的压力等于一个标准大气压，当容器内的介质压力高于大气压时，压力表指针常向右偏转，此时容器内介质的绝对压力=大气压+ 表压；当容器内的介质压力低于大气压时，压力表指针常向左偏转，即真空表刻度盘0刻度的左边，读数常标注为负值。

3）真空表（压力表）刻度盘上标注的-0.1Mpa，对应的真空度为100%（绝对真空）

船用真空表实例

工程应用真空表

真空沸腾式造水机内的真空度的建立是靠真空泵抽吸造水机内的空气和海水中其它不凝型气体，降低造水机内的压力，形成真空。当通入主机缸套水产生蒸汽后，主要靠真空泵、盐水泵、冷凝器和凝水泵的共同作用来维持造水机内的真空度。造水机常规的真空度为90%---95% 。影响真空度建立的因素和真空度低的原因，见后面的介绍。

1.2-2蒸发温度：

   在不同的压力下，淡水的沸点（饱和温度、蒸发温度）是不同的，压力越高，沸点越高，压力越低，沸点越低。

真空沸腾式造水机就是利用这一物理原理，降低造水机的气腔内的压力，使得蒸发器内盐水中的淡水的沸点降低，同时通过加热盐水使其温度升高，当盐水温度达到对应的淡水沸点（也称蒸发温度或饱和温度）时，盐水中的淡水就开始沸腾，形成水蒸汽，再将水蒸气冷却，凝化成液态的淡水。

在蒸发器海水与加热淡水之间相同的热交换量的情况下，真空度越低，淡水的沸点就越高，蒸发量也就越低，产水量也就越少；真空度越高，淡水的沸点就越低，蒸发量增加，产水量也就增加。

真空沸腾式造水机内海水蒸发温度（饱和温度、沸点）一般为35-45℃，有的设计可以达45-60℃。但绝对不允许大于75℃。    

1.2-3 真空度与蒸发温度的关系：

注：1atm=760mmHg=0.1Mpa=100Kpa=100000pa    

淡水的沸点（饱和温度、蒸发温度）与大气压力对应表    

1.2-4 盐水和盐水含盐量：盐水是指造水机蒸发器内部分淡水被蒸发后的海水。海水不停地被蒸发，盐水的含盐量会增加。盐水的含盐量过高，会使得所产生的淡水的含盐量增加；降低蒸发量，造水量下降。并且还加快蒸发器的结垢。一般地，盐水的含盐量不允许超过海水的1.5倍；影响盐水的含盐量的因素有：  

A) 海水的含盐量，不同海域的海水的含盐量有区别。大洋中海水平均含盐量约为35g/L，不同海域，海水的含盐量会有所不同，例如：波罗的海的海水含盐量为2-6.7g/L；黑海的海水含盐量为17-18.5g/L；红海、地中海的含盐量高达40g/L以上。

B) 蒸发量和给水倍率；

C) 排盐泵的排量，在排盐泵抽蒸发器内的盐水的管路上设有单向阀，单向阀的状态也直接影响排盐泵的盐水排量，影响盐水的含盐量，也会影响蒸发器内的盐水水位，如果蒸发器内的盐水水位过高，会造成造水量下降，所造水的淡水的含盐量增加。

所以，在造水机的使用和管理中，虽然盐水的含盐量通过给水倍率来控制，也要注意含盐量不同的海域和排盐泵的排量，及时调节给水倍率；调节加热淡水的流量，控制蒸发量和盐水的温度，以免蒸发太快/结垢太快，或蒸发太慢。

1.2-5 给水倍率：蒸发器内的盐水中的淡水不停地被蒸发，盐水的含盐量会增加，所以，需要不停地补充新的海水。给水倍率主要通过给水阀的开度和节流板的节流孔的大小来调节。

给水倍率 = 给水量/产水量，对真空沸腾式造水机，给水倍率一般为3-4。

当然，给水倍率不能通过人眼直观。一般地，在给水阀和节流板之间的管路上配有对应的压力表，通过观察此压力表的压力来大致判断给水倍率。

二、常见故障原因分析：

2.1 产水量低的原因：影响产水量的直接因素为真空度和蒸发器海水面结垢，产水量突然减小的原因往往是前者，产水量逐渐减少则大多是因为后者。

1）真空度不够，导致海水沸点高；2）蒸发器热交换面脏污、结垢，传热系数减小；3）加热淡水流量不足或温度低；4）蒸发器的给水（海水）温度太低或给水量过大；5）蒸发器给水量不足；6）加热淡水面气塞，淡水中含气多；7）凝水泵出口通舱底的电磁阀或回流电磁阀关闭不严。    

2.2 真空度低（低于90%）的原因：影响真空度的因素和原理分析：

2.2-1 造水机和附件/管路密封不严：造水机本体上的相关密封圈、连接附件密封、真空破坏阀、及连接管路的法兰垫片的密封不良。

2.2-2 真空泵的工作水压力：真空泵就是喷射泵，根据喷射泵的工作原理，真空泵形成的真空度主要靠喷嘴的工作水的压力，水压高，真空度就高，反之则反。

如果真空泵的工作水由专用的离心泵抽吸造水机冷凝器出口的海水，要特别关注该离心泵的工况！如果该泵的机械轴封密封不严、叶轮与阻漏环磨损导致间隙增大，，均会造成该泵出口的海水压力下降，从而影响真空度的建立和排盐水量下降，造水机运行不正常甚至无法工作。

2.2-3 真空泵的喷嘴腐蚀、喷嘴堵塞；喷嘴腐蚀会使得喷孔增大，真空度降低；或喷嘴堵塞，不言而喻，真空度降低，甚至不能建立真空。

2.2-4 工作水（海水）水温或流量的变化；

在热带海域的海水温度较高，冷凝器的传热温差减小，冷凝能力下降，被蒸发出来的水蒸气就会越集越多，造水机的真空度间接下降。一般可以加大冷凝器的冷却海水流量或适当减小加热水的流量，来减小这一因素对影响真空度影响；反之，在海水温度较低或冬季，海水温度较低，对真空度的影响结果相反，调节措施相反。如果调节加热水流量和冷却海水的流量无效，可以稍开真空破坏阀。

流量的变化，主要是造水机海水泵或其它提供海水的泵的工况，

2.2-5 真空泵排出背压高：

造水机真空泵/排盐泵在船舶当时吃水线以下的距离一般不能超过8米水柱。也就是同仁们在工作中常遇到船舶重载时，真空度不容易建立，即使真空度能建立，但造水量会比设计造水量少很多，其原因就在于喷射泵排出背压太高，类似于喷射泵的出口被堵住。所以，船上临时把真空泵的出口用另外的软管直接旁通出海，造水量会会可以达到设计造水量。    

当然，出现这种情况，与真空泵的工作水压力和喷嘴有直接的关联，因为在造船时，造水机厂家在安装造水机时，应考虑过这一因素了。

2.2-6 单向阀故障：

抽真空的管路上的单向阀直接影响真空泵抽真空，常见的情况是单向阀没有完全打开或卡死在关的位置。

2.2-7 冷凝器换热能力下降，常见的情况是：1）冷却海水温度升高，不同的海域，同一海域在不同的季节，海水的温度是不同的；2）冷却海水流量不足；3）冷却海水气塞，主要是海水中常会有除了空气外，还含有其它的不凝性气体，尽管含量极少，但在造水机运行中，这些气体会析出积累在冷凝器内。4）冷凝器换热面沾污，故需定期清洗冷凝器。5）凝水水位过高，冷却成液态淡水是需通过凝水泵抽走的；如果没有抽走，冷凝器内的淡水会积累在造水机内，从而间接影响真空度。上述4种原因会导致冷凝器不能充分地将水蒸气冷凝成液态水，间接地影响真空度。

2.2-8 加热介质温度高或流量过大。

加热介质常是主机淡水，加热介质的温度过高或流量过大，都会导致蒸发器内海水蒸发过快，水蒸气多，冷凝器冷却来不及，从而影响造水机内的真空度。

2.3 所产淡水的含盐量过高的原因和原理分析：

1）蒸发量过大、沸腾过于剧烈：沸腾过于剧烈的原因有：真空度过高、加热水的流量大、 加热水的温度高或流量大。

2）蒸发器的盐水水位过高；导致汽水分离高度不够。    

3）盐水含盐量太大，导致细小水珠携盐量增加。导致盐水含盐量太大的原因有：蒸发太快、给水倍率低、排盐泵排放盐水的排放量低；

4）冷凝器漏泄；海水漏进淡水内。

5）盐度计测量有误。

2.4 冷凝水排出困难和原因分析：

造水机所造的的淡水是通过凝水泵抽吸排至淡水舱的。当冷凝器下方的集水盘把聚集的淡水流至凝水泵进口管内一定高度时（通过观察镜可以看到），启动凝水泵。

冷凝水排出困难时应属泵的原因，当然，不排除因疏忽泵的出口管路上的有关阀门未开或堵塞的原因。此泵一般是离心泵或旋涡泵，因为离心泵的自吸能力本来就差，加之泵的吸口与具有一定真空度的造水机相连通，因此，凝水泵对叶轮与叶轮前后的阻流环之间的间隙、机械轴封的要求非常高且严格，稍有不慎，会排不了所生产的凝水。所以对备件的要求和安装要求就高。安装机械轴封时，要特别注意动环弹簧的压紧度与动环在轴上的固定、动环与轴之间的密封、动环与静环的接触面的完整、静环与壳体之间的密封。曾有船在换新此泵的机械轴封因安装疏忽，抽吸不了水，走弯路几经折腾，最后返工安装机械轴封才解决问题。【注：该水泵的出口有以孔道，向机械轴封提供冷却水，所以，此孔不能堵塞，检修泵时，要注意疏通此孔道，不然，机械轴封易损坏。】

凝水泵实例图    

2.5 盐水温度高：

当造水机内的真空度一定时，蒸发器上的温度计感受的温度（蒸发温度）与盐水的温度是近似相同的。

曾有新船的造水机遇到的故障：真空度能达到使用要求，运行十分钟后，但蒸发器内蒸发温度高降不下来，船上的二管轮和现场机舱人员几经查找其它原因无果，在微信群了寻求帮助，最后拆检、活络盐水泵吸口管路上的单向阀后，盐水温度恢复至43℃。

根据上面的讲解和常见故障的推理，在真空度一定的情况下，导致盐水温度高的原因：A）通过造水机的主机淡水的流量大了，主机淡水通过蒸发器的流量是通过主机淡水的进口阀和淡水旁通阀来调节的；B）盐水的排量少了，虽然蒸发时会带走盐水的部分热量，但主机淡水的流量不变，破坏了给水量、蒸发器内盐水量与盐水排量之间的平衡，盐水的温度当然要上升。

2.6 蒸发器海水面结垢快：蒸发器海水面水垢的生成速度与成分，和蒸发温度、传热温差、盐水浓度、在造水机运行中是否持续喷入防垢药剂及该药剂与造水量匹配有关。

难以清除的水垢（硬垢）主要是硫酸钙，兼有碳酸钙、氢氧化镁，它们的溶解度本来就比较低，而且溶解度随温度升高而减小。

影响蒸发器海水面结垢的因素有：真空度、蒸发温度、传热温差、盐水浓度、防垢药剂的投放。

2.6-1 真空度：蒸发器的真空度越低，蒸发温度就越高，则难溶盐的溶解度下降越多，水垢生成的速度就越快。而且蒸发温度的高低还决定了水垢的成分，当温度不太高时，水垢的主要是呈泥状的碳酸钙，氢氧化镁主要呈泥渣沉淀，当盐水的温度超过75℃时，氢氧化镁水垢的比例就迅速增加，当盐水温度超过83℃时，氢氧化镁垢就会取代碳酸钙成为水垢的主要成分。所以，蒸发器在不加防垢剂时一般不允许盐水温度超过75℃（注：对应的真空度为37%）。    

2.6-2传热温差：不言而喻，蒸发器热交换面的两种介质的温度差越大，蒸发器的海水面的结垢越快。所以，要控制好加热淡水的流量和给水倍率。

2.6-3盐水浓度：在同样的蒸发温度和传热温差下，盐水浓度越大，难溶盐的含量也就越大，生成的水垢就越多。当盐水的含盐浓度达到海水的1.5倍时，硫酸钙才开始析出，而当盐水的含盐浓度达到海水的3倍时，硫酸钙水垢会大量生成。所以对真空沸腾式造水机，给水倍率一般为3-4。直接影响盐水浓度的因素有：给水倍率、蒸发率、盐水抽走的速率。

2.6-4 防结垢药剂的投放：造水机在运行期间，是要利用专用的投药泵按比例和速率将防垢药剂投入盐水中，减缓结垢。如果不投防垢药剂，则结垢速度非常快。

三、实例讲解：

下面简介日本SAKAKUILA ENGINEERING CO., LTD生产的KM20型壳管式造水机的造水工作原理。管路示意图如下：    

图1

图2

该型号造水机造水方式是采用最常见的真空沸腾蒸馏法。海水和加热水的流程，参看上面的图1和图2。【注：设计的真空度为92%，真空度蒸发器内对应的压力为 -0.092Mpa，真空度对应的蒸发温度为45℃】    

造船时，没有单独设计安装造水机海水泵，造水机的海水是从主机海水泵出口支管经蝶阀供应海水（注：海水设计压力：0.34Mpa，流量40.6M³/Hr，温度32℃，当然实际工作中，不同的海域、同一海域在不同季节，海水温度是不同的并且变化的。)，进入冷凝器，冷却蒸发的水蒸汽冷凝成淡水；然后，从冷凝器出来的冷却海水(最高温度42.2℃）一路经EJECTO PUMP加压后（EJECTO PUMP出口压力0.X--1.0Mpa）进入喷射泵（EJECTOR），作为喷射泵的工作水，喷射泵的吸口有两路，一路来自造水机顶部，通过阀V11和V7把造水机内部抽出真空（-0.092Mpa，635mmHg，对应的真空度为：92%）；一路来自蒸发器底部，通过单向阀V10抽取蒸发器底部的盐水(流量设计为：1.97MT/Hr)，喷射泵的出口出海。所以能取到真空泵的作用，也取到盐水泵的作用，，【注：设计造水量为20MT/天，给水量设计为2800Kg/Hr（如图2中所示），给水倍率设计为：2.8×24 ÷ 20 =3.36。实际使用中，给水倍率是通过安装在给水阀和节流板之间的压力表的读数来观察的，正常的压力是通过压力表刻度盘上用绿色的马克标注的读数来标示，0.04-0.06Mpa】

当造水机内部真空度达到92％时，主机缸套水经蝶阀供入蒸发器 【设计温度80℃，流量为46.1M³/Hr，注：主机实际运行中，缸套水的出口温度为84℃。】，对盐水进行加温，当盐水温度达到蒸发温度时，盐水中的淡水经沸腾蒸发为水蒸汽(蒸发温度设计为45℃），水蒸汽上升经过汽水分离挡板后进入冷凝器的气腔，经海水冷凝成淡水，淡水收集到积水盘，流至凝水泵进口，通过凝水泵泵入淡水舱。在凝水泵出口管路上阀V1和V12之间装有盐度计的传感器，和三通电磁阀（S），检测所造淡水的含盐量是否合格，如果含盐量过高，则将淡水通过电磁阀返回至蒸发器。【注：主机缸套水出蒸发器的温度设计为：68.5℃。】

四、使用和管理（维护、检修）：    

4.1 启动和停止的操作：

需仔细看阅说明书，现场熟悉整个系统，按照说明书中的启动和停止造水机的操作程序和注意事项，正确操作。

4.2运行中的管理：

正确开启和调试造水机运行后，在航行中，造水机是能正常运行的，系列的运行参数会基本稳定，只需每天观察各仪表的参数，如：真空度、盐水温度、盐度计、蒸发器给水阀后压力、造水机海水总进口的压力和温度、真空泵/排盐泵的工作水压力、凝水泵出口压力、淡水流量计等等，视情进行调节主要参数；检查系统配备的水泵、水泵的电动机运行状态和电气线路。

   特别要注意投药泵的工况和药水箱内的药水补充，以防因投药不正常导致蒸发器结垢快，造成造水量下降和引发其它的不正常。

4.3 蒸发器水垢的清洗：

在造水机运行中，蒸发器结垢是不可避免的，只是结垢的快慢而已，造水机一般运行3个月后，需要对造水机的蒸发器海水面进行化学清洗除垢。

所用药剂一般是草酸或其它除垢药剂，药剂与淡水的配对比例，在药剂标签上有说明。

对板式造水机来说，做好相应的记号和标注后，拆下热交换板，把板子放入盛有化学药水的池子中浸泡大半天或一天后，用尼龙刷除去板上已经被药水疏松了的水垢，在除水垢的操作过程中，注意不要对板上的密封圈有所损伤，清洗完毕后注意板上的密封圈的状态是否正常，视情维护。至于安装，在此不必骜述。

对壳管式造水机，一般地，厂家在说明上介绍有专门的清洗泵，如果有此专门的清洗泵，按操作说明进行连管，进行清洗；如果没有专门的清洗泵，在蒸发器内装入足够量的药水后，可以用机舱杂用空气连接在蒸发器的给水管上，利用杂用空气使得在蒸发器内的药水进行自下而上的微小流动，有利于药水对水垢的冲刷和剥落，清洗完毕后，还得用淡水把蒸发器底部的水垢渣子、泥渣冲洗出来。（注：仅靠静止不流动的药水浸泡，除垢的速度慢，也不彻底。）    

4.4 冷凝器的清洗：在此不必骜述，只需注意相应的密封垫圈的状态，视情换新密封垫圈。

4.5 专用离心泵的检修：如果真空泵和排盐泵是合二为一的喷射泵，且由专用的离心泵抽吸造水机冷凝器出口的海水，要特别关注该离心泵的工况！及时检修此离心泵，更换机械轴封、测量叶轮与阻漏环之间的间隙，视情更换叶轮或叶轮前后的阻漏环；按周期更换该泵的电动机轴承，以免因轴承磨损甚至损坏造成该泵工况不正常甚至无法工作。（注：此泵轴和电动机轴是一体的。）

4.6 凝水泵的维护和检修：在此不必骜述。

4.7 节流板上的节流孔：要定期检查和清洁，防止结垢，并测量该孔径，是否因腐蚀变大。

4.8  抽真空和盐水管路上的单向阀：定期检查、活络。

4.9 造水机整体密封性测试：说明书中有具体的介绍。

参考资料：

1）《船舶辅机》 中国海事服务中心组织编写的船员适任考试培训教材，2012年月第1版

2）《船舶辅机》 费千主编的高等学校统编教材，1998年11月第1版

3）网络文献