军舰上如何解决淡水供应?

军舰上如何解决淡水供应?
2019年05月30日 13:27 世界奇乐

提到军舰上的淡水,很多人第一判断都将其当作饮用水。实际上,军舰上的淡水用途非常广泛,大致可分为三大类:

其一是生活用水,包括饮用水、厨房用水和洗浴用水。

水是人体的基本组成,也是人体代谢的唯一介质。正常情况下,成人每天需要摄入2.5升左右的水,人体如果失水20%,就会有生命危险。而海水含盐量超过人体液的三倍以上,直接饮用海水不仅无法被人体吸收,还会导致人体内的水向外析出,进而加剧人体缺水,所以饮用海水会越喝越渴。正因如此,在海上遭遇困境时,喝海水会反而会更快的引发脱水死亡。因此,淡水向来是海上船舶必需的基本生命保障。另外,军舰上厨房清洗、个人洗浴、洗衣等也必须使用淡水。

其二是设备用水,包括动力机械冷却用水、锅炉循环水、弹射器蒸汽用水等。

早期的开式冷却系统直接使用海水作为冷却剂冷却柴油机、空气压缩机等设备,利用完的海水直接排舷外。这种方式使用起来简单方便,但水中的杂质和矿物质容易腐蚀和堵塞管路。因此,如今的中央冷却水系统开式在各类船舶、军舰中广泛应用。

这种中央冷却水系统使用海水冷却淡水,淡水再去冷却各种换热器、柴油机缸套水冷却器中的高温淡水。这种系统减少了海水的应用范围,动力包周边冷却水均使用淡水,从而避免了腐蚀,提高了系统可靠性。

其三是洗消用水,主要用于外部甲板、设备的清洗。

军舰长期处在高盐高湿的环境中,甲板、舰体、设备难免被侵蚀或积存污渍。为了保持正常功能,必须定期进行清洗;同时,为防止军舰受到核、生、化沾染,影响舰员健康,削弱战斗效能,也需要对沾染部位逐一洗消。

这种洗消作业使用的水,显然不能使用对甲板和设备有腐蚀的海水,这些淡是还要经过处理,加入一种水解酶,可以使有毒有害物质中的大分子脱毒。航母进行洗消作业时,甲板上数百个喷头打开后,会持续大量喷水之后,进行自然冲洗;然后还要进行淡水清洗,舰员排成一排,用刷子从头到尾清洗一遍。

与普通货轮或油轮相比,军舰由于装备的复杂性和任务的特殊性,因此需要的舰员数量通常更多。美国尼米兹级航母全部载员多达5000余人,伯克级Flight2A型舰员也有380人,中国052D型驱逐舰舰员大约280人。这些军舰常年在远海大洋执行任务,往往一次部署长达数月,因此生活淡水的消耗量非常巨大。

在生活用水方面,通常每名舰员每天消耗淡水120升。以美国“尼米兹”级航母为例,人员编制为5000人,每天需消耗淡水达600吨。机械设备用水没有固定的标准,大多数的机械设备冷却用水可以循环使用,只需进行必要的加注和补充,对淡水消耗较少。

首先,舰艇携带淡水。

淡水携带量是衡量舰船自持力的重要指标,自身的携带量有限,将极大限制舰船在海上活动的时间和空间。一般情况下,巡洋舰、航空母舰等大型军舰能够坚持30~80昼夜;驱逐舰能够坚持10~30昼夜,而舰艇携带淡水量也要满足最低用水标准下的自持力。

为了保障各种用途的淡水供应,船舶通常都设有饮用水舱和淡水舱。饮用水舱用于保障餐饮生活用水,有专门的船舶生活水系统供应到各个舱室。淡水舱就是技术水舱,主要用于设备冷却,也有一部分经过紫外线消毒或矿化处理后,供应生活用水。

其次,海上补给淡水。

舰艇自身携带淡水数量毕竟有限,而且淡水储存时间过长,也很容易导致细菌污染变质,或者口感变差,早期的船员还会往淡水中加入酒精来消除异味。现在,随着各国海上利益的拓展,很多大中型舰船频繁执行远洋任务,常常远离本土数月甚至半年,舰艇出发时携带的淡水显然远远不足,这时候就需要补给舰只随队进行淡水补给。我国的903A型补给舰可以携带淡水200余吨,排量4.8万吨的901型远洋补给舰可携带淡水500吨,都能及时为军舰提供海上淡水补给。

再次,制备淡化海水。

也就是对海水进行淡化的方式制备淡水。具体方法有很多种,包括电渗析法、蒸馏法、反渗透法等,最常见的有两种方式。

一种是真空蒸馏的方式。

这种方式充分利用军舰发动机产生的大量余热,加热海水并送到真空室,让其沸腾蒸发,再将蒸汽冷却,便可获得淡水。使用真空的好处是,海水不需要加热到100摄氏度,因为在93%的真空度下,海水在38.7摄氏度就会沸腾。这种方式即获得了淡水,又冷却了发动机的有害余热,还没有额外消耗舰艇燃料,可谓事半功倍、一举多得。

另一种是反渗透方式。

这种方式与我们家用的净水机原理相似,通过一定的压力使海水通过反渗透膜时将盐分等过滤掉,其中最关键的材料就是反渗透膜,这种材料的孔径非常小,能够有效去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。由于这个过程与由低浓度向高浓度的自然渗透方向相反,故称反渗透。这种方法可以对溶质和水进行分离或浓缩,具有水质好、能耗低、杂质去除范围广、分离装置简单易维护等特点,因而方便装备到各种类型的舰船上,正逐步取代蒸馏法成为应用最广泛的方法。

实际上,军舰上淡水机制备的淡水,无论是真空蒸馏方试,还是反渗透方式,仍然有一定的盐分含量。通常来说蒸馏淡水的口感与陆上淡水基本没有差别,但也缺少陆地淡水的矿物质;而反渗透制造出来的淡水,口感相对要差一些。当然,舰上新制备的淡水也要进行氯气消毒,也会导致水体略有异味。

因此,尽管军舰都装备淡水制造设备,但在通常情况下,舰员直接饮用的淡水还是从陆上携带或者海上补给的陆地淡水,其他非饮用淡水主要由净化设备提供,由于并不入口,用于洗洗涮涮还是没有问题的。

对于美国海军这样的全球海军,诸多大型军舰得益于充沛的动力,甚至是核动力,因而其淡水供应较为充裕。美军航母蒸汽弹射器使用的就是高纯度的蒸馏淡水,这个消耗量是非常巨大,每起飞一架飞机就需要近1吨淡水。不过核动力航母具备强大的淡水处理能力,尼米兹级的海水蒸馏装置每天可以生产1000余吨淡水。

我国的各型军舰都装备了完善的海水淡化装置,“辽宁”号航空母舰使用自主研发的高效海水淡水化系统,淡水清洗甲板时还使用“普根酶生化洗消剂”进行洗消作业,不仅可以进行甲板洗消,还能进行防核、生化武器作业。2014年12月,马尔代夫首都马累市海水淡化装置故障导致断水,中国海军长兴岛舰利用舰上多套海水淡化装置,每天为马累市民生产淡化水70余吨,有效缓解了市民饮水危机。

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