В. М. Геец СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НАЛИВНЫХ СУДОВ

Федеральное агентство морского и речного транспорта
Федеральное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского»
В. М. Геец
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НАЛИВНЫХ СУДОВ
Курс лекций
Рекомендовано научно-методическим советом
Морского государственного университета
в качестве учебного пособия для курсантов (студентов)
специальности 180405 «Судовые энергетические установки»
Владивосток
2012
УДК 621.181.629.12
Геец, В. М. Специальные системы наливных судов. Курс лекций
[Текст] : учеб. пособие / В. М. Геец. – Владивосток : Мор. гос. ун-т, 2012. –
185 с.
Данный курс лекций предназначен для изучения дисциплины с одноименным названием в объеме 32 лекционных часов. Лекции содержат краткое описание устройства танкеров и систем их грузового комплекса, применяемых на наливных судах насосов и их характеристик. Даются основные сведения по экологической, противопожарной и общей безопасности эксплуатации танкеров. Раскрываются основные отличия и конструктивные особенности танкеров различного назначения: нефтевозов, продуктовозов, химовозов, газовозов. Курс лекций
предназначен для курсантов и студентов специальности 180405 «Эксплуатация
судовых энергетических установок».
Рецензент Л. И. Сень
© В. М. Геец, 2012
© Морской государственный университет
им. адм. Г. И. Невельского, 2012
Содержание
Введение……………………………………………………………………. 6
1.
Классификация наливных судов………………………………………..….8
2.
Транспортные характеристики и свойства наливных грузов…………....9
3.
Пожароопасность жидких грузов………………………………….……...11
4.
Устройство нефтяного танкера…………………………………….……..15
5.
Перечень и краткая характеристика специальных систем танкера……18
6.
Грузовые, зачистные и балластные системы……………………………20
6.1. Требования к грузовым и зачистным системам…………………..20
6.2. Типы грузовых систем……………………………………………….21
6.3. Способы использования грузовых систем для зачистки танков…26
6.4. Вакуумная выгрузка танков………………………………………...27
6.5. Метод заливки насоса……………………………………………….31
6.6. Балластная система………………………………………………...32
6.7. Арматура грузовых, зачистных и балластных систем…………..34
6.8. Компенсаторы……………………………………………………….36
7.
Насосные установки нефтеналивных судов……………………………..37
7.1. Общие требования к насосным установкам…………………….…37
7.2. Центробежные насосы........................................................................39
7.3. Приводы грузовых центробежных насосов и их размещение
на танкерах…………………….……………………………………..….42
7.4. Погружные центробежные насосы………………………………....45
8.
Характеристики центробежных насосов………………………………....49
8.1. Параметры и рабочие характеристики центробежных насосов..49
8.2. Пересчет рабочих характеристик с воды на вязкие
жидкости………………….………………………………………………..…51
8.3. Характеристики сети грузового насоса………..………………..…53
8.4. Совместная работа насосов……………………………….………..55
8.5. Регулирование подачи грузового насоса дросселированием……….56
8.6. Регулирование подачи грузового насоса изменением частоты
вращения, перепуском расхода среды и изменением статического
напора……………………………………………………………………….....57
9.
Насосы, используемые в системах зачистки грузовых и балластных
танков………………………………………………………………….…….…59
9.1. Поршневые паровые насосы………………………………………….59
9.2. Винтовые насосы……………………………………………………...61
9.3. Струйные насосы……………………………………………………...64
10.
Газоотводная система нефтеналивного судна…………………..………..65
11.
Системы инертных газов……………………………………………..…....69
11.1. Назначение и сущность инертизации емкостей……….…………69
11.2. Классификация систем инертных газов………………………..…71
11.3. Устройство СИГ, использующих дымовые газы котлов………...72
3
11.4. Устройство элементов СИГ……………………………………….77
11.5. Способы и режимы инертизации танков…………………………80
11.6. СИГ типа Г, Д и Е…………………………………………………..82
11.7. Системы инертных газов на газовозах……………………………87
12. Мойка танков на нефтетанкерах………………………………..………….....90
12.1. Условия проведения и периодичность мойки……………………...91
12.2. Технологии механизированной водной мойки танков…………….92
12.3. Моечные машинки…………………………………………………...96
12.4. Системы мойки танков…………………………………………….98
12.5. Мойка танков сырой нефтью……………………………………...99
12.6. Дегазация танков………………………………………………… 100
13. Системы подогрева груза…………………………………………… ……..102
13.1. Назначение и классификация………………………………… ….102
13.2. Трубчатая система подогрева……………………………..…….103
13.3. Циркуляционная система подогрева…………………………….105
14. Системы измерения и управления грузовыми операциями…………… .107
14.1. Измерители уровня груза………………………………………… 108
14.2. Контроль состояния атмосферы в танках и смежных
помещениях………………………………………………………………...110
14.3. Системы измерения концентрации нефти в воде……..….…….110
14.4. Системы дистанционного управления грузовыми операциями...111
15.
Химовозы…………………………………………………………..…..….113
15.1. Назначение и классификация химовозов………………………….113
15.2. Грузовые танки химовозов………………………………………...115
15.3. Специальные системы химовозов………………………...….…...117
15.4. Системы вентиляции……………………………..……..………....119
16. Комбинированные суда (КС)……………………………………………......120
17. Газовозы……………………………………………………………………….123
17.1. Документы, регламентирующие перевозку сжиженных
газов (СГ)……………………………………………………………...…..123
17.2. Классификация, некоторые характеристики и способы
перевозки…………………………………………………………………....124
17.3. Классификация газовозов………………………………………….126
17.4. Классификация и устройство грузовых танков газовозов…......128
17.5. Вторичные барьеры, сточные колодцы, теплоизоляция………..134
18. Грузовые, зачистные и газоотводные системы газовозов…………………136
18.1. Грузовые системы……………………………………………...….136
18.2. Зачистка танков……………………………………………...……141
18.3. Системы газоотвода на газовозах………………………..…...…142
19. Установки повторного сжижения испарившихся газов………………...…144
20. Системы утилизации испарившихся газов, совмещенные с УПСГ..……..147
21. Системы вентиляции газовозов и нефтетанкеров………………………….152
22. Системы орошения………………………………………………...………....157
4
23. Предотвращение загрязнения моря с танкеров…………………………..159
23.1. Сброс с нефтяных танкеров…………………………….………159
23.2. Предотвращение загрязнения моря с химовозов…………….…162
24. Противопожарная защита танкера…………………………………………165
25. Меры предосторожности при эксплуатации танкера……………………..172
25.1. Загрузка танкера………………………………………………….172
25.2. Переход танкера с грузом……………………………………......174
25.3. Разгрузка танкера………………………………………………...175
25.4. Основные правила входа в закрытые помещения……… …….177
25.5. Общие меры предосторожности………………………………..179
25.6. Проверка состояния атмосферы в закрытом помещении……..180
25.7. Необходимая маркировка и предупредительные надписи……....181
25.8. Меры предосторожности при нахождении в закрытом
помещении………………………………………………………………...182
25.9. Дополнительные меры предосторожности при входе
в помещения с небезопасной атмосферой…………………………..…..182
Список литературы…………………………………………………….………..184
5
Лекция 1
Введение
Наливными судами или танкерами называют суда, предназначенные для
транспортировки жидких грузов. К таким грузам относятся главным образом нефть и нефтепродукты, но танкеры могут перевозить также жидкие
пищевые продукты, химические органические и неорганические грузы,
сжиженные
газы.
Первые суда, пригодные для транспортировки жидкостей без упаковки,
появились в конце
19-го и начале 20-го
веков. Они были
разделены на несколько небольших
танков, в которых
перевозили нефть и
другие жидкие грузы.
Первые танкеры
легко было отличить
от других судов того
времени по очертаРис. 1. Архитектурно-конструктивные виды танкеров: а –
ниям, так как они не
до 1954 г.; б – после 1954г.
имели на борту грузовых устройств. Машинное отделение находилось в корме, средняя надстройка посредине, но ближе к носу. До 1954 г. все строящиеся танкеры
имели две надстройки: относительно высокую и короткую среднюю и более
низкую и длинную кормовую (рис. 1). Надстройки были соединены друг с
другом переходным мостиком с леерами, который обеспечивал сообщение
между этими частями судна, так как главная палуба танкера лишь немного
возвышается над водой и при бурной погоде затопляется волнами. В 1954 г.
был построен шведский танкер «Оцеанус» дедвейтом 24,5 тыс. т, который
первым из судов этого типа имел надстройку только в корме.
Одновременно с повышением грузоподъемности увеличивалась длина
танкеров; это вызывало все большие трудности при управлении судном из
расположенной в корме надстройки, обеспечивавшей лишь ограниченную
видимость по курсу судна. Поэтому надстройки становились все выше, а
для более длинных судов вновь вернулись к двум надстройкам. Только бла6
годаря использованию промышленного телевидения (установке телевизионной камеры на носовой мачте) стало, наконец, возможным перемещение
надстройки в корму.
Размеры новых танкеров росли очень быстро. Если в начале 50-х гг. самое большое судно этого типа имело дедвейт 40—50 тыс. т, то в конце 50-х
гг. этот параметр уже превысил 100 тыс. т; в середине 60-х гг. был построен
танкер дедвейтом более 200 тыс. т; в 1968 г. был преодолен предел 300 тыс.
т, а в 1973 г. в эксплуатацию были сданы суда, дедвейт которых был лишь
немногим меньше 500 тыс. т (танкеры «Глобтик Лондон», «Глобтик Токио»
дедвейтом по 483 тыс. т).
Погрузка нефти и других жидких грузов производится мощными насосами, расположенными в насосных станциях портов. Для разгрузки на танкерах устанавливают насосы производительностью до несколько тысяч
тонн в час и прокладывают системы трубопроводов, имеющих клапаны и
блокировку.
Во время рейса в грузу, особенно если груз имеет большую плотность, а
наружная температура низка, большие массы нефти приходится подогревать, чтобы получить вязкость, позволяющую производить перекачку. Для
подогрева используется водяной пар; он течет через трубопроводы, погруженные в танки. Поэтому на танкерах устанавливают паровые котлы иногда
очень большой производительности.
Особой проблемой является необходимость максимальной защиты морской окружающей среды при повреждении наружной обшивки танкера.
Другой очень важный вопрос эксплуатации - безопасность танкеров. В балластных рейсах танкеры подвергаются особой опасности, так как из остатков нефти в танках образуются летучие газы. Поэтому танки должны тщательно очищаться и дегазироваться.
С апреля 2005 г. Международная морская организация (International
Maritime Organisation или IMO) запретила перевозку мазута, дизтоплива и
сырой нефти на экологически опасных однокорпусных танкерах. Первым
войну старым судам объявил Евросоюз. Это случилось после того, как груженный российским мазутом греческий танкер Prestige развалился надвое
близ испанского побережья в ноябре 2002 г. С 21 октября 2003 г. ЕС ввел
запрет на перевозку мазута, дизтоплива и некоторых сортов нефти однокорпусными танкерами в своих территориальных водах. Теперь запрет обязателен для портов и судовладельцев всего мира. Однако, процесс выполнения этого запрета не быстрый.
Наливные суда в настоящее время составляют по тоннажу более 40 %
мирового флота. Это, как правило, крупнотоннажные суда, оснащенные
сложными техническими средствами для перевозки, длительного хранения,
перекачки и выгрузки большого количества жидких грузов различного назначения и имеющих различные транспортные характеристики. Эксплуатация этого оборудования требует специальных инженерных знаний. Различ7
ные виды и типы наливных судов имеют свои особенности по устройству
самого судна, его специальных систем, управления и автоматизации эксплуатационных функций оборудования, обеспечения безопасности для людей и окружающей среды.
В последнее время в составе флотов судоходных компаний растет количество и тоннаж не только нефтевозов, но и специализированных танкеров
для перевозки химических грузов, сжиженых газов, а также комбинированных
судов, в том числе нефтенавалочников. Их техническое оснащение становится
все более сложным. Соответственно растут требования к профессиональной
подготовке экипажей наливных судов. В соответствии с международной конвенцией ПДМНВ-75/95 комсостав танкеров должен проходить специальную
подготовку для получения соответствующих сертификатов.
Данная дисциплина не претендует на охват всей информации по техническим средствам наливных судов. Она должна подготовить специалиста к
пониманию того, с чем он будет работать, придя на наливное судно. Здесь
не рассматриваются вопросы устройства и эксплуатации энергетических и
движительных установок, общесудовых систем, общие вопросы безопасности и живучести, которые распространяются на все морские суда.
Содержание курса лекций соответствует рабочим программам всех форм
обучения инженеров-судомехаников по данной дисциплине для МГУ им.
адмирала Г. И. Невельского. Для сокращенных или заочных форм обучения
часть изложенного материала должна изучаться во время самостоятельных
занятий.
1. Классификация наливных судов
Учитывая огромное разнообразие перевозимых грузов, маршрутов перевозки, возможностей портовых терминалов, потребностей в количестве и
номенклатуре грузов они классифицируются по роду грузов, назначению,
степени универсальности, дедвейту или грузовместимости и даже по проходимости различных фарватеров. По роду перевозимого груза танкеры
подразделяются на нефтевозы, в том числе нефтепродуктовозы, химовозы,
газовозы. Иногда продуктовозы выделяют в отдельный класс, подразумевая
перевозку этими судами и пищевых продуктов.
Внутри каждого из перечисленных классов суда подразделяются по степени универсальности. Есть танкеры специализированные для перевозки
одного вида груза между определенными портами. Есть суда универсальные, не закрепленные за одним видом груза и одной транспортной линией.
Такие суда, в отличие от специализированных, могут одновременно перевозить несколько грузов и не всегда обратный переход совершают в балласте.
Иногда такие суда выполняют роль снабженческих танкеров. Они доставляют нефтепродукты к рыболовным судам, развозят грузы по побережью,
выполняют бункеровку стоящих в портах судов.
8
По дедвейту наливные суда подразделяются на мало-, средне-, крупно- и
супертоннажные. Четких границ этого деления нет, но условно считают,
что к первой группе относятся суда дедвейтом до 10 тыс. т, ко второй – от
10 до 70 тыс. т, к третьей – от 70 до 120 тыс. т и к четвертой – свыше 120
тыс. т. В международной классификации суда последней группы делят на
две подгруппы: Very Large Crude Oil Carriers (VLCC) – очень большие суда
для перевозки сырой нефти дедвейтом до 300 тыс. т и Ultra Large Crude Oil
Carriers (ULCC) – сверхбольшие суда (свыше 300 тыс. т).
В последнее время все более широкое распространение получает классификация по проходимости известных каналов и проливов. Суда дедвейтом 50 – 70 тыс. т относят к подклассу «Панамакс», 70 – 120 тыс. т – «Афрамакс», 120 – 200 тыс. т – «Суэцмакс». Следует заметить, что в настоящее
время Панамский канал реконструируется и углубляется. Эта работа рассчитана до 2014 года, после чего пределы дедвейта подкласса «Панамакс», возможно, изменятся.
В последние десятилетия резко снизился интерес к строительству супертоннажных танкеров, пик которого относится к 1960-70-м годам. В основе
снижения этого интереса лежат экономические причины, хотя свою роль
сыграли и произошедшие с некоторыми из них экологические катастрофы.
Приведенные выше классификационные признаки относятся в основном
к нефтетанкерам. При рассмотрении других видов наливных судов будет
дана относящаяся к ним классификация.
2. Транспортные характеристики и свойства наливных грузов
Важнейшей характеристикой наливного груза является его плотность.
От нее зависит количество перевезенного груза, а следовательно и коммерческие показатели рейса. Плотность – отношение массы вещества к единице
объема. Выражают ее, обычно, в кг/м3, но можно встретить и т/м3, и относительные единицы. В последнем случае ее называют относительной или паспортной плотностью, и выражает она отношение массы 1 м3 жидкости при
20 оС к массе 1 м3 дисцилированной воды при 4 оС, которая равна 1000 кг.
Плотность жидкого нефтепродукта зависит от его температуры. Если известна плотность нефтепродукта при 20 оС, то всегда можно определить его
плотность при другой температуре по формуле:
20
(t 20) ,
где – действительная плотность груза при данной температуре,
t – фактическая температура груза,
20
– паспортная плотность груза,
о
– поправка на плотность груза при изменении его температуры на 1 С.
Поправка выбирается из таблиц (имеются на каждом судне).
Вязкость – также одно из важнейших свойств груза, так как оно влияет в
первую очередь на скорость перекачки груза и затраченную на нее энергию.
9
С увеличением температуры вязкость нефтепродукта снижается, однако
увеличиваются опять же затраты энергии. Поэтому выбирают на судне оптимальное, наиболее экономически выгодное соотношение вязкости и температуры груза.
Различают вязкость динамическую и кинематическую. На практике в основном используют кинематическую вязкость, которая выражает отношение динамической вязкости к плотности жидкости. В системе СИ используют единицы измерения кинематической вязкости м2/с или мм2/с. Однако
более часто используют внесистемную единицу «сантистокс» (сСт), равную
одной сотой части «Стокса» (Ст). 1 сСт = 10-6 м2/с = 1 мм2/с.
Часто вязкость нефтепродуктов выражают в единицах условной вязкости
– градусы Энглера (оЭ), или градусы ВУ (оВУ), что одно и то же.
Температуры плавления, застывания, кипения, конденсации – это температуры при которых происходит переход жидкости из одного агрегатного
состояния в другое. Для одних веществ это строго фиксированная для определенного давления температура (например, для дисцилированной воды),
для других она носит условный характер и обусловлена принятым методом
ее определения (нефтепродукты). Эти температуры обуславливают режимы
перекачки и хранения жидких грузов. От температуры застывания, например, зависит выбор тепловой мощности системы подогрева груза при проектировании танкера для определенных видов груза. От температуры кипения сжиженного газа зависит выбор конструкции грузовых цистерн и в целом судна.
Теплоемкость или удельная теплоемкость – параметры, характеризующие затраты теплоты на подогрев груза, а, следовательно, и тепловую мощность котельной установки и величину поверхности подогревателей.
Теплопроводность влияет на скорость распространения теплоты в массе
груза, а также на ее потери при транспортировке и хранении груза.
Испаряемость – парообразование со свободной поверхности груза. Процесс испарения сопровождается процессом конденсации, и при достижении
давления насыщенных паров наступает динамическое равновесие между количествами испаряющегося и конденсирующегося вещества. Давление насыщенного пара возрастает с ростом температуры. При этом растет плотность пара, но падает плотность жидкости. Этот процесс продолжается до
тех пор, пока не будет достигнуто критическое состояние вещества, когда
плотности обеих сред сравняются. Но на танкерах давление насыщенного
пара не может быть выше того, на которое настроены предохранительные
или дыхательные клапаны на грузовых танках. Испаряемость груза существенно влияет на высоту всасывания грузового насоса.
Токсичность – способность веществ оказывать вредное воздействие на
организм человека и живых существ окружающей среды. Степень токсичности зависит от концентрации вещества в воздухе или в воде. Допустимое
содержание токсичных веществ в воздушной или водной среде определяет10
ся величиной ПДК – предельно допустимой концентрации. Она устанавливается на основе научных исследований. Чем она меньше, тем опаснее вещество для здоровья людей и живых организмов. Члены экипажа судна обязаны знать о степени токсичности перевозимого груза или инертного газа и
о мерах предотвращения отравления ими.
Коррозионность – свойство, зависящее от содержания в грузе кислот,
щелочей и агрессивных солей. Они становятся агрессивными в присутствии
влаги, которой при морских перевозках жидких грузов почти всегда бывает
достаточно, чтобы вызвать коррозию корпусов и систем судна. Продукты
коррозии вредят качеству груза или могут быть источником повышенной
взрывоопасности воздушно-газовой среды в грузовых танках при насыщении их легкоиспаряющимися фракциями груза. Повышенной коррозии металлических конструкций танкера способствует балластировка танкера
морской водой.
Содержание воды и механических примесей характеризует чистоту груза, а следовательно, его качество. Важно, чтобы обводнение и загрязнение
не произошло в процессе транспортировки груза морем, так как это может
значительно ухудшить финансовые результаты работы судна.
3. Пожароопасность жидких грузов
Ряд транспортных характеристик следует выделить особо в связи с тем,
что они связаны с безопасностью судна.
Температура вспышки – наименьшая температура, при которой кратковременно вспыхивают пары жидкости над ее поверхностью, но при этом
жидкость не воспламеняется.
Температура воспламенения – наименьшая температура, при которой
при вспышке паров от источника огня воспламеняется сама жидкость. Температура воспламенения на 25 – 30 оС выше температуры вспышки.
Температура самовоспламенения – это температура воспламенения от
нагревания без поднесения источника огня.
Из перечисленных характеристик пожароопасности наибольшее значение имеет температура вспышки. По ней нефтепродукты делят на категории
пожарной опасности. Нефтепродукты с температурой вспышки в закрытом
тигле менее 60 оС называют летучими или легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ). Они в свою очередь делятся на три категории опасности:
первая категория – особо опасные ЛВЖ, имеющие температуру вспышки
менее -18 оС;
вторая категория – постоянно опасные ЛВЖ, имеющие температуру
вспышки от -18 до +23 оС;
третья категория – постоянно опасные при повышении температуры
ЛВЖ, имеющие температуру вспышки от +23 до +60 оС.
11
К «нелетучим» относятся углеводороды с температурой вспышки выше
60 оС. Если при подогреве температура нефтепродукта отличается менее,
чем на 5 оС от температуры вспышки, их следует относить к ЛВЖ.
Электризация – способность накапливать заряды статического электричества. Она обусловлена низкой электропроводностью груза. Этим свойством обладают светлые нефтепродукты. Темные (сырая нефть, мазуты) благодаря содержащимся в них электропроводных примесей статическое электричество не накапливают.
Заряды статического электричества образуются на поверхностях неоднородных материалов при их контакте и последующем разъединении (рис. 2).
При этом один из материалов должен быть диэлектриком. Электродуговой
разряд в присутствии газовоздушной смеси может вызвать пожар или
взрыв.
Рис. 2. Основные источники искровых разрядов в грузовом танке: а – волны на поверхности жидкого груза; б – разряды между элементами набора и груза; в – плавающие предметы вблизи переборок танка; г – взятие пробы груза; д – измерение
уровня груза футштоком
На танкерах наиболее опасная разность потенциалов статического электричества образуется:
- при прохождении жидкости по трубопроводу или металлические
фильтры;
- при осаждении в жидкости твердых частиц;
- при выбросе из сопла мелких частиц и капель во время вентилирования
и пропаривания танков;
- при всплеске жидкости и образовании брызг в начальный период заполнения танка или при ударе струи воды во время мойки танков;
- при трении синтетических полимеров и последующем их разъединении.
12
Величина заряда статического электричества зависит от состояния поверхности трубопроводов, обводненности и загрязнения груза различными
примесями, состояния атмосферного воздуха и может достигать 350 тыс.
вольт. Чтобы предупредить скопление статического электричества, необходимо, чтобы корпус и грузовые трубопроводы танкера составляли единую,
электрически непрерывную заземленную цепь с береговыми коммуникациями. Кроме того, необходимо соблюдать следующие предосторожности:
- в груз добавляются присадки, увеличивающие электропроводность груза;
- ограничивают первоначальную и максимальную скорость груза;
- ограничивают производительность моечных машинок;
- погрузку/выгрузку судна осуществляют «закрытым» способом, т. е. не
допускают свободного падения груза в танк;
- замер уровня груза производят после стабилизации его в танке не менее
чем через 30 мин. после окончания погрузки.
Взрываемость углеводородных паров – это такая концентрация паров в
воздухе, когда смесь не только вспыхивает, но и взрывается. Разрушающая
сила взрыва зависит от концентрации углеводорода в воздухе.
НПВ – нижний предел взрываемости – наименьшее содержание паров в
воздухе, при которой может произойти взрыв.
ВПВ – верхний предел взрываемости – наибольшая концентрация паров
в воздухе, при которой возможен взрыв.
Взрывоопасная атмосфера в грузовых танках возникает при объемной
концентрации углеводородов в воздухе от 1,5 % (НПВ) до 11,5 % (ВПВ) и
при содержании кислорода более 11 % по объему. На практике эти пределы
используются со значительной перестраховкой. Считаются безопасными
пределы: НПВ < 1 %, ВПВ > 15 %, содержание кислорода 8 % по отношению к объему газо-воздушной смеси.
Следует заметить, что использование концентрационных пределов на
судне возможно только в открытых танках, когда возможно использование
газоанализаторов. В закрытых танках пользуются температурными пределами взрываемости. Для этого измеряют температуру в танке и сравнивают
ее с предельно допустимыми температурами, указанными в специальных
таблицах. Но даже если атмосфера в танке взрывоопасна, ничего не произойдет без источника воспламенения, возникновение которого на танкере
можно исключить только очень строгими мерами пожарной безопасности.
Транспортные характеристики химических грузов.
Названия физико-химических свойств и их единицы измерений для химических грузов мало чем отличаются от описанных выше для нефтепродуктов. Тем не менее, есть и существенные различия, которыми обусловлены ряд требований к постройке судов-химовозов и технологии перевозки
химикатов.
Большинство химических грузов характеризуется сильными коррозионными свойствами. Некоторые из них требуют во избежание порчи груза и
13
сохранения здоровья людей определенного температурного режима перевозки, исключения любого контакта с водой, исключения контакта людей с
парами или жидкой фазой груза и т. п. Это требует специальной конструкции танков, и материалов, покрытий поверхностей, средств защиты от контакта с грузом, специальных правил очистки поверхностей и сброса с судна
неоткачиваемых остатков груза. К тому же современные многоцелевые химовозы могут перевозить одновременно 10 – 20 различных видов груза без
риска смешения.
При перевозке химических грузов обращают особое внимание на несколько свойств этих химикатов.
Совместимость. Существуют группы грузов, с которыми данный груз
не вступает в химическую реакцию и они не повлияют на его качество. С
этой целью все грузы разделены на 24 группы, которые составляют таблицу
совместимости жидких химических грузов. В Правилах Регистра дана таблица несовместимости грузов. Перед приемкой груза ответственные члены
экипажа судна должны иметь полную информацию о реакционной способности каждого груза.
Стабильность – устойчивость к полимеризации, окислению, разложению, взаимодействию с водой (в том числе с морской) и воздухом.
Коррозионность. Должны быть известны материалы, которые могут подвергаться коррозии при взаимодействии с данным грузом.
Пожароопасность. Должны быть известны величины всех параметров,
характеризующих пожароопасность: температуры вспышки, воспламенения, самовоспламенения. В соответствии с Правилами Регистра химические
грузы по пожароопасности разделяются на три категории:
1 – вещества, температура вспышки которых ниже 60 оС, а температура
кипения ниже 37,8 оС;
2 – вещества, температура вспышки которых ниже 60 оС, а температура
кипения выше 37,8 оС;
3 – вещества, температура вспышки которых 60 оС и выше.
Противопожарная защита химовозов, перевозящих грузы 1-ой категории,
является предметом специального рассмотрения Регистра.
Противопожарная защита химовозов, перевозящих грузы 2-ой категории
пожароопасности, должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к
нефтеналивным судам в части VI «Противопожарная защита» Правил классификации Регистра.
Объем требований к противопожарной защите химовозов, перевозящих
грузы 3-ей категории, должен быть не ниже, чем на грузовых судах, строящихся на класс Регистра. Кроме того, все судовые конструкции, входящие в
зону грузовых танков, должны быть типа А-60.
Важной характеристикой пожароопасности химических грузов является
температура самовоспламенения, так как для многих из них она близка к
температуре воздуха.
14
Токсичность химических грузов может выражаться в воздействии на человека:
- раздражающего или токсичного воздействия на кожу или слизистые
оболочки глаза, носа, горла и легких в газообразном или парообразном состоянии в зависимости от давления паров;
- раздражающего воздействия на кожу в жидком состоянии;
- токсического воздействия.
Контрольные вопросы к лекции 1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
С чего начиналось строительство танкеров?
Классификация танкеров по степени универсальности.
Классификация танкеров по роду перевозимого груза.
Классификация танкеров дедвейту.
Классификация танкеров по проходимости каналов,
Что такое «плотность» и в каких единицах она выражается?
Что такое «относительная плотность»?
Как определить плотность нефтепродукта, зная ее величину при 20 оС?
В каких единицах выражается вязкость жидкости?
Испаряемость и давление насыщенных паров жидкости.
Какой величиной измеряется токсичность вещества?
Какими параметрами характеризуется пожароопасность жидкости?
Условия возникновения взрыва паров жидкости.
Назвать численные значения НПВ и ВПВ для углеводородов нефти.
Какие опасности существуют при перевозке химических жидких грузов?
Лекция 2
4. Устройство нефтяного танкера
Особенности конструкции танкера обусловлены характером перевозимого груза. Жидкий груз способен перетекать при крене, что уменьшает метацентрическую высоту, создает в конструкции судна дополнительные напряжения. У жидкого груза происходит изменение объема при изменении
его температуры, поэтому нельзя загружать танки на 100 %. Свободные поверхности способствуют сильным ударам груза о переборки. Вязкие грузы
требуют подогрева перед выгрузкой. Загрузка возможна, как правило, в одном направлении, обратный переход танкер совершает с жидким балластом.
Из-за этого происходит интенсивная коррозия незащищенных металлических конструкций. Грузы в большинстве пожаро- и взрывоопасны.
Для уменьшения влияния свободных поверхностей жидкого груза при
бортовой качке и для увеличения продольной прочности танкеры оборудуют продольными переборками, (рис. 3).
15
Танк, расположенный между продольными переборками, называется
центральным, слева и справа от него – бортовые танки. В различных литературных источниках имеются некоторые разночтения в понятиях «продольная переборка» и «второй борт», когда речь
идет об обеспечении прочности корпуса танкера.
Также нет четкого разделения понятий «бортовой
танк» и «межбортовой танк» (расположенный
внутри двойного борта). В соответствии с Правилами Регистра длина танка должна быть не более
0,13L, где L – длина судна. Если длина танка
Рис. 3. Положение уровня
больше 15 м, в середине длины ставится отбойная
груза при крене танкера с
переборка. Для танкеров без двойных бортов раснеполными танками (судстояние между продольными переборками не
но с двойным корпусом)
должно превышать 0,6В. Для танкеров с двойными бортами нормируется ширина межбортового пространства – В/15 или 2
м, что меньше. На больших танкерах ставится продольная переборка по
диаметральной плоскости. Для ограничения перемещений груза в поперечном направлении там, где необходимо, устанавливаются отбойные переборки.
В работе [1] даются варианты устройства корпуса танкеров, рис. 4. Как
видно из рис. 4, двойные борта используются для хранения изолированного
балласта. Там, где нет двойных бортов, под изолированный балласт
выделяются грузовые танки, как правило, бортовые. На наливных судах под
балласт используется также форпик. Танкеры с двойным дном и двойным
бортом называют судами с двойным корпусом. Балки судового набора
располагают внутри бортовых, межбортовых и междудонных танков для
того, чтобы облегчалась мойка центральных (внутренних) танков при перевозке вязких грузов.
Каждый грузовой танк имеет горловину, называемую часто расширителем. По существующим правилам сечение горловины составляет около
1м2, высота комингса – 0,8 м. Горловина закрывается водонепроницаемой
крышкой, на которой имеется смотровое окно 200×300 мм. От горловины
до днища установлен трап с промежуточными площадками. Горловины
бортовых и центральных танков не должны располагаться на одной прямой
линии, чтобы не ослабить прочность палубы. В грузовую палубу вварены
лючки диаметром до 400 мм для переносных моечных машинок, которые
также могут быть и стационарными.
Каждый танкер имеет один, два или три отстойных танка, суммарная
вместимость которых должна быть не менее 2 % от общей вместимости грузовых танков. Имеется отдельный небольшой танк для сбора отмытых нефтеостатков.
16
Каждый нефтетанкер имеет как минимум одно насосное отделение.
Основное грузовое насосное отделение располагается через переборку с
машинным отделением. Между танками с
разнородными грузами имеются коффердамы – пустые помещения длиной 1,0 –
1,2 м. Роль коффердама между кормовыми грузовыми танками и машинным
отделением выполняет насосное отделение. Грузовые танки,
насосное отделение и
Рис. 4. Варианты расположения танков изолированного коффердамы образуют грузовую зону танбалласта (заштрихованы): а – без двойных бортов и кера. По днищу и
двойного дна; б – вариант с двойными бортами; в – вари- верхней палубе до
ант с двойным дном; г – вариант с двойными бортами и манифольда (распредвойным дном
делительного
коллектора) проложены грузовые и зачистные трубопроводы.
Наиболее распространенный архитектурно-конструктивный тип танкера двухостровной, т. е. имеющий кормовую надстройку и полубак. Танкеры
старой постройки со средней надстройкой называют трехостровными, супертанкеры без полубака – одноостровными.
Помимо указанного в подрисуночной подписи рис. 5 мы видим в носовой части мачтовый стояк со смотровой площадкой, в средней части судна
на проекциях а и б манифольд и мачту со стрелой для подъема грузовых
шлангов. На проекции в видны магистральные трубы грузовой системы.
Придание форштевню бульбообразной формы позволяет увеличить скорость судна на 0,7 – 0,8 мили в час.
Типичное расположение емкостей и помещений современного двухостровного танкера показано на рис 5.
В последнее время плоским переборкам между танками предпочитают
гофрированные. В связи с отсутствием на них балок набора они легче, технологичнее в изготовлении, более полно отмываются моечными машинками. С целью облегчения мойки танков палубный набор на некоторых танкерах проложен поверх палубы. Ширина корпуса танкера увеличена, чтобы
уменьшить изгибающий момент, уменьшить высоту надводного борта и вес
корпуса. Чтобы лучше палуба освобождалась от воды в штормовых условиях, на наливном судне нет фальшбортов, палуба ограждена леерами. От по17
лубака до кормы на высоте 2 м от палубы прокладывается переходной мостик, под ним прокладываются трубные и кабельные коммуникации.
Рис. 5. Схема общего расположения нефтяного танкера: а – сечение по диаметральной
плоскости; б – вид сверху; в – сечение по ватерлинии. 1 – форпик; 2 – носовое насосное
отделение; 3 – диптанк тяжелого топлива; 4 – цистерна изолированного балласта;
5 – грузовой танк; 6 – цистерна сбора нефтеостатков; 7 – грузовое насосное отделение:
8 – машино-котельное отделение; 9 – ахтерпик; 10 – отстойные танки; 11 – цистерна тяжелого топлива; 12 – мачтовый стояк; 13 – мачта с грузовой стрелой; 14 – манифольд;
15 – днищевые грузовые магистрали
5. Перечень и краткая характеристика специальных систем танкера
Грузовая система танкера – основная система на наливном судне.
Предназначена для приема и выкачки груза в порту. Включает в себя грузовые насосы (обычно, центробежные), трубопроводы, компенсаторы, арматуру, приемные устройства в танках, распределительные устройства (манифольды). Насосы грузовой системы работают при выдаче груза, все остальное – и при выдаче, и при приеме груза. Грузовые насосы могут также перекачивать груз внутри судна, участвовать в мойке танков.
Зачистная система. Дублирует почти полностью грузовую систему, но
имеет диаметры труб и арматуры в 2 – 3 раза меньшего размера, насосы
объемного типа. Понятие «зачистка» танка (не путать с мойкой и удалением
твердых загрязнений) означает удаление остатков груза после «срыва» цен18
тробежного насоса из-за прохвата воздуха. У приемника насоса в танке (его
называют «храпком») образуется воронка, через которую в грузовой трубопровод всасывается воздух. Производительность насоса сначала падает, а
при содержании воздуха в жидкости около 10 % по объему он прекращает
полностью подачу груза. Высота этой воронки достигает 0,8 м. Время полной зачистки составляет около 30 % общего времени выгрузки.
Балластная система – система изолированного от груза балласта, которым заполняются балластные танки, когда судно совершает рейс без груза. Наличие независимой системы не исключает прием забортной воды в
чистые или грязные грузовые танки, если этого требует обстановка.
Газоотводная система предназначена для предотвращения повышения
давления или вакуума в танке выше допустимого, так как это может привести к деформации или разрушению стенок грузовой емкости. Различают
«большое дыхание» - возникновение в танке давления/ваккума при погрузочно-разгрузочных и балластных операциях, и «малое дыхание» - изменение давления газо-воздущной среды при температурных колебаниях наружного воздуха, которые чаще всего происходят при смене времени суток.
Система подогрева груза. Некоторые сорта жидких грузов имеют большую вязкость и температуру застывания и их невозможно или затруднительно выкачать из танков. Для некоторых грузов требуется поддержание
определенного температурного режима во время транспортировки. Для этого на танкерах существуют трубные теплообменные системы, через которые прокачивается теплоноситель.
Система инертных газов используются на танкерах для вытеснения из
грузовых и отстойных танков взрывоопасных газовоздушных смесей и поддержания в них атмосферы с низким содержанием кислорода, при котором
исключено возникновение взрыва и пожара.
Система мойки танков служит для удаления из танков остатков груза
и очистки их поверхности перед сменой груза, осмотром или ремонтом.
Мойка танков требуется также перед приемкой в них чистого балласта.
Система вентиляции предназначена для подачи в танки чистого воздуха взамен любых газов, затрудняющих дыхание, опасных для здоровья людей или взрывоопасных.
Система орошения палубы служит для охлаждения палубы при нагреве
ее солнцем с целью снижения потерь от испарения груза.
На танкерах есть системы, которые, являясь общесудовыми, могут
быть задействованы в эксплуатации емкостей и систем грузового комплекса. Такие системы могут быть либо общими для всего судна, например системы обнаружения и тушения пожаров, либо являются резервными по отношению к какому-то компоненту специальной системы, например, насосам подачи забортной воды к системе инертных газов. Такие системы изучаются другими дисциплинами и в данной работе не рассматриваются.
19
6. Грузовые, зачистные и балластные системы
Эти системы выполняют сходные функции, дополняют, а иногда и заменяют одна другую. Поэтому целесообразно их рассматривать параллельно. К тому же требования, которые предъявляются к этим системам, в своем
большинстве совпадают.
6.1. Требования к грузовым и зачистным системам
Грузовая система должна обеспечивать:
- производство грузовых операций закрытым способом (при задраенных горловинах и смотровых лючках);
- выдачу и прием от несудовых средств груза с любого борта, с кормы,
а иногда и с носа судна;
- перекачку груза между танками и группами танков;
- прием балласта в грузовые танки как самотеком, так и насосами, а
также перекачку его между танками;
- удаление балласта;
- совмещение грузовых и балластных операций;
- возможность промывки трубопроводов и насосов;
- возможность использования системы для мойки танков сырой нефтью
и водой.
Грузовая система не сообщается с системой изолированного балласта.
Однако грузовой насос допускается для аварийного удаления изолированного балласта через съемный патрубок по согласованию с Регистром.
Зачистная система используется не только для зачистки танков. По ней
можно выдавать груз, осушать грузовые трубопроводы, производить мойку
танков.
Грузовые и зачистные системы должны выполняться с учетом следующих требований:
- управление работой систем должно быть дистанционным из поста
управления грузовыми операциями (ПУГО);
- в грузовых танках должны быть установлены измерители уровня, вторичные приборы которых установлены в ПУГО;
- оперативная запорная арматура должна быть дистанционно управляемой и иметь устройство контроля положения запорного органа;
- каждый запорный орган должен иметь ручной привод для аварийного
открытия в случае выхода из действия дистанционного привода.
В грузовых и зачистных системах должны быть предусмотрены меры,
исключающие смешение разнородных грузов:
- два запорных органа между магистральными трубопроводами различных групп танков;
- исключение сальниковых компенсаторов и разъемных соединений на
трубах, если грузы внутри магистрали и в танке, через который она проходит, не совместимы;
20
- в некоторых случаях – использование съемных патрубков между магистралями с разнородными грузами.
Должна быть предусмотрена возможность осушения насосов и трубопроводов в грузовые или отстойные танки, или на берег, а сами магистрали
должны быть проложены так, чтобы обеспечивался естественный слив остатков груза или балласта в направлении насосов. Для передачи на берег
остатков нефти, нефтепродуктов и балластной воды должен предусматриваться специальный трубопровод, выведенный в район судового коллектора. Для осушения грузовых и зачистных трубопроводов в самых нижних
точках этих трубопроводов в грузовом насосном отделении должны быть
предусмотрены отростки. Трубопроводы должны быть разгружены от напряжений, вызываемых тепловым расширением или деформацией корпуса с
помощью компенсаторов.
Предохранительный клапан в системах с объемными насосами должен
открываться при давлении на 10 % выше рабочего.
Приемные патрубки с храпками должны быть расположены у кормовых поперечных переборок и рядом с продольной переборкой, в сторону
которой наклонено днище. На судах с двойным дном приемные патрубки
устанавливаются в специальных колодцах.
На трубопроводах приема груза должны быть установлены грязевые
коробки. На напорном трубопроводе у центробежных насосов должна быть
установлена невозвратная или невозвратно-запорная арматура.
6.2 Типы грузовых систем
На танкерах старой постройки трехостровного типа небольшого дедвейта преобладала кольцевая грузовая система с паровыми поршневыми насосами (рис. 6). Такая система обладает высокой живучестью и маневренностью. Если выходит из строя магистраль одного борта, груз можно выкачать через магистраль другого борта. Зачистка танков производится по грузовому трубопроводу при помощи грузовых насосов через зачистные отростки меньшего диаметра. В районе перемычек 2 расположены стояки
(стрелки вверх) для залива танков во время погрузки.
Подавляющее количество нефтетанкеров строится с линейной грузовой
системой, которая проще и дешевле кольцевой, позволяет перевозить несколько сортов груза, удобна при кормовом расположении грузового насосного отделения и использовании центробежных насосов любой производительности. Грузовые танки делятся на 2 – 4 группы, каждая из которых рассчитана на перевозку одного сорта груза. К каждой группе из насосного отделения проложена грузовая магистраль с грузовыми отростками на каждый танк. Количество грузовых центробежных насосов соответствует количеству групп танков. Обеспечивается взаимозаменяемость насосов с помощью проложенных между магистралями двойных клинкетов.
21
Рис. 6. Кольцевая система грузового и зачистного трубопровода: 1 – трубопровод,
2 – перемычка между магистралями левого и правого бортов; 3, 5 – клинкеты на грузовом и зачистном отростках соответственно; 4 – поршневой насос
На рис. 7 изображена принципиальная схема линейной системы танкера с тремя группами танков такой, какую бы мы увидели, если бы все остальные конструкции танкера были бы прозрачными. Более подробная схема в плоском изображении показана на рис. 9. На обеих схемах для упрощения не изображена зачистная система.
На рис. 8 изображена система с переборочными клинкетами (их называют иногда переборочными дверями). Такая система обычно используется
на танкерах, перевозящих один груз, хотя может быть и поделена при проектировании и на две – три группы с разнородными грузами. Когда открываются все клинкеты, переборки между танками теряют свое значение, вся
группа танков превращается условно в один танк. Груз стекает в кормовой
танк, из которого выкачивается грузовым насосом. Это ускоряет выгрузку,
так как насос постоянно работает при полной производительности. В то же
время такая система имеет существенные недостатки, из – за которых не
нашла широкого применения. При неисправности какого либо из клинкетов
и необходимости освободить один или два танка это можно сделать только
с помощью зачистной системы, которая обязательно должна быть. Возникают трудности при мойке танков. Невозможно одновременное проведение
выгрузки и балластировки танков.
Еще одна разновидность линейной грузовой системы – туннельная грузовая система. Она бывает двух типов: туннельно-трубная и туннельноканальная системы. В первом варианте туннель прокладывается в двойном
дне обычно на месте киля, его называют «туннельный киль». Высота его
около 2 метров, в нем проложены грузовые и зачистные магистрали, а также коммуникации. Другой вариант – туннели являются каналами для перетока груза из грузовых танков через переборочные клинкеты в кормовой
танк, из которого насос выкачивает груз как в обычной линейной системе.
22
Такие туннели оборудуются на танкерах без двойного дна. Из этих двух
вариантов большее применение нашла туннельно-трубная система.
В последнее время все большее применение находит раздельная грузовая система единичных танков с использованием погружных насосов. Такие насосы делятся на безштанговые и штанговые. Первый вместе с приводом размешается вблизи кормовой переборки танка в наиболее удобном
месте в колодце, выгороженном в двойном дне. Во втором варианте привод
насоса расположен на палубе. Он соединяется с валом насоса длинным
промежуточным валом (штангой). Такой насос называют еще колодезным.
Рис. 7. Схема линейной грузовой системы
Рис. 8. Система с переборочными клинкетами
23
24
Рис .9.Схема грузовой и балластной систем среднетоннажного танкера :
¾¾¾¾ грузовая система ;¾¾¾ ·¾¾¾ ·балластная система
Благодаря расположению в колодце погружной насос имеет высокую
всасывающую способность, и дополнительная зачистка после выгрузки не
требуется. В системах с погружными насосами отсутствуют всасывающие
трубопроводы, благодаря чему существенно снижаются затраты энергии
при выгрузке. Каждый нагнетательный трубопровод подсоединяется к своему фланцу на манифольде. Диаметры труб уменьшаются, но их количество
на палубе значительно возрастает. Такие системы обеспечивают высокую
гарантию предотвращения смешения разных сортов груза.
Недостатками раздельной грузовой системы единичных танков являются большое количество грузовых насосов и их размещение в труднодоступных местах, необходимость заполнения танков через погружные насосы,
сложность устранения протечек в уплотнениях вала насоса в гидросистеме,
если насос имеет привод от гидродвигателя, сложность центровки длинных
приводных валов колодезных насосов.
Контрольные вопросы к лекции 2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Чем отличается конструкция танкера от сухогрузного судна?
Какую роль выполняют продольные переборки в конструкции танкера?
Назвать конструктивные варианты расположения продольных и поперечных переборок между танками.
Каковы требования Регистра к размерам грузовых танков и коффердамов, к вместимости танков изолированного балласта?
Где на танкере (в каких танках) располагают изолированный балласт?
В каких танках и почему располагаются балки набора судна?
Каковы преимущества гофрированных переборок перед гладкостенными?
Рассказать по схеме общего расположения устройство нефтетанкера.
Перечислить специальные системы танкера с указанием их назначения.
Отличие и сходство грузовой и зачистной систем.
Требования к грузовой и зачистной системам.
Функциональные возможности грузовой и зачистной систем.
Где должны располагаться храпки грузовой и зачистной систем?
Кольцевая грузовая система.
Линейная грузовая система.
Система с переборочными клинкетами.
Туннельная система.
Раздельная грузовая система.
25
Лекция 3
6.3. Способы использования грузовых систем для зачистки танков
Стремление снизить стоимость постройки танкера привело к разработке различных вариантов повышения эффективности грузовых систем при
удалении остатков груза. Проблема зачистки вызывается следующими факторами:
- у приемника насоса образуется воронка, через которую происходит
прохват воздуха. Эта воронка тем глубже, чем больше подача насоса;
- центробежный насос не способен перекачивать смесь жидкости с воздухом, если концентрация его в воде по объему превышает » 10 %.;
- уровень груза после срыва насоса остается большим, от 0,6 до 1,0 м,
что недопустимо.
Основная задача при решении этих проблем – не допустить завоздушивания грузового насоса до тех пор, пока уровень груза в танке не сравняется
с нижним краем приемника грузовой системы или создать углубление в
районе приемника для того, чтобы к моменту возникновения критического
уровня танк был бы уже пуст. Это достигается посредством следующих решений:
- созданием специальных конструкций приемников;
- использованием погружных насосов;
- размещением грузовых труб в пространстве двойного дна;
- размещением приемников в колодцах, выгороженных в двойном дне;
- заливки грузовых насосов из расположенной выше вспомогательной
цистерны или из другого грузового танка, уровень жидкости в котором выше насоса;
-грузовых систем, оборудованных вакуумными цистернами.
Рис. 10. Схемы приемников с изменяющимся сечением
26
Пример специальных конструкций приемников показан на рис. 10.
При высоком уровне груза плавающее кольцо – клапан 1, изготовленное из
нитрильного каучука, армированного тириленом (рис.10а), находится у
упора 2, а выгрузка производится через патрубок 3. При снижении уровня
груза кольцо опускается, а когда оно закрывает вход в патрубок, зачистка
груза происходит через щель 4, близко расположенную к днищу 5.
Схема другого варианта приемника представлена на рис. 10б. Зачистка
производится по стояку 1 сначала через отверстие 3, пока не опустился шаровой клапан 2, а затем через щель 4. Подобные клапаны применяются сейчас в системах с сепараторами, в которых газы и прохватываемый воздух
отделяются и отсасываются эжекторами или водокольцевыми насосами, т.
е. в вакуумных системах зачистки грузовыми насосами.
6.4. Вакуумная выгрузка грузовых танков
Существует несколько вариантов систем вакуумной выгрузки, а точнее, зачистки танков грузовыми насосами. Рассмотрим некоторые из них.
Простейший из них показан
на рис. 11.
Выгрузка производится
насосом 1 через вакуумтанк 3, куда груз перекачивается из разгружаемых
танков 4, которые таким путем полностью освобождаются от груза. Давление в
негерметизируемом танке 4
равно атмосферному, а в
вакуумном танке Рв=(0,7 –
0,8) Ра. Такой способ не
Рис. 11. Схема простой вакуумной выгрузки: 1
– грузовой насос; 2 – нагнетательный трубопровод; пригоден для груза с отно3 – вакуумная цистерна; 4 – грузовая цистерна; 5 и 6 сительно большим давлени– перепускной и приемный трубопроводы; Ра и Рв – ем насыщенного пара, так
соответственно давление атмосферное и вакуум.
как здесь не используется
вакуумный насос, отсасывающий из вакуумного танка воздух и пары груза. Вакуумная цистерна
должна быть с прочными стенками и должна быть в каждой группе танков.
Если испаряемость груза высокая, необходимо для поддержания вакуума использовать струйный или водокольцевой насос. Схемы его включения бывают различными. Струйный насос применяют не только в грузовых системах, но и в балластных, они тоже при опорожнении требуют зачистки. В балластных системах струйные насосы используют без вакуумной
27
(сепарационной) цистерны. Рассмотрим системы вакуумной выгрузки со
струйными и водокольцевыми насосами.
На рис. 12 изображена система фирмы Каррутерс. В процессе зачистки
нефтепродукт по всасывающему трубопроводу 1 поступает в сепаратор 2,
где от него отделяется газовоздушная смесь. Сепаратор имеет несколько
перфорированных перегородок 15, обеспечивающих сепарацию. Очищенный нефтепродукт через приемный патрубок 14 идет в грузовой насос 13, а
Рис. 12. Схема установки фирмы Каррутерс для удаления газов и воздуха из
всасывающего трубопровода: 1 – всасывающий трубопровод; 2 – сепаратор;
3 – поплавковый клапан; 4, 5, 7, 11 – трубопроводы забортной воды; 6 – эжектор;
8 – трубопровод отсепарированного нефтепродукта; 9 воздушный патрубок;
10 – конденсатор; 12 – водокольцевой насос; 13 – грузовой насос; 14 – патрубок
очищенного от газов нефтепродукта; 15 – перфорированные перегородки
газы по мере их накопления, когда создается давление, достаточное для автоматического открытия поплавкового клапана 3, поступают к водяному
эжектору 6, который подает газы в конденсатор 10. Пары конденсируются,
нефтепродукт отделяется от воды и по трубе 8 опускается к насосу 13, а
воздух через патрубок 9 отводится в атмосферу. Подача воды для эжектора
может осуществляться проточно или по замкнутому контуру. По замкнутой
28
системе вода циркулирует по трубам 5 и 7 через эжектор, конденсатор и водокольцевой насос 12, при разомкнутой – по трубам 4, 7, и 11.
Схема установки «Вак-Стрип» приведена на рис. 13. Выгрузка нефтепродуктов производится грузовым насосом 1 по всасывающей магистрали
13 через сепаратор 14, который имеет вверху сборник газов 11. В нормальном режиме (при достаточно высоком уровне груза в танке) смесь паров и
воздуха, постепенно скапливаясь в верхней части сепаратора и в сборнике
11, снижает в сепараторе уровень жидкости. Периодически, по достижении
этим уровнем определенной величины, регулятор уровня 12 будет открывать клапан 10 для выхода газов через вакуумный насос 7 и конденсатор 4.
При этом воздух по трубе 6
Рис. 13. Схема установки Вак-Стрип
уходит в атмосферу, а конденсат нефтепродукта возвращается во всасывающую магистраль 13. Охлаждение конденсата производится водой по
трубам 5.
Когда уровень нефтепродуктов в грузовом танке понизится до начала
прохвата воздуха, уровень жидкости в сепараторе 14 будет понижаться и
при открытом клапане 10. В этих условиях регулятор уровня кроме поддержания этого клапана в открытом состоянии будет периодически включать вакуум-насос, а затем переведет его на непрерывную работу. При переходе на процесс зачистки регулятор уровня начнет прикрывать клапан 3
на напорной магистрали 2, снижая подачу насоса 1 до величины, необходи29
мой при зачистке. По окончании зачистки танка электропривод 9 грузового
насоса выключается термостатом 8.
Фирмой Мицубиси разработана система, изображенная на рис. 14.
В режиме обычной выгрузки груз из танка 11 через неработающий
эжектор под действием вакуума всасывается в сепарационную цистерну, а
из нее подается на берег. Эжектор автоматически включается тогда, когда
нужно поддержать заданный уровень в цистерне 3. В режиме зачистки
эжектор работает постоянно, а уровень в цистерне 3 поддерживается
уменьшением подачи насоса 6 прикрытием клапана 8, работающего от датчика уровня 7. При этом сохраняется постоянным давление рабочей жидкости, подаваемой к эжектору через калиброванную шайбу 5. Газы и пары отводятся в выгружаемый танк.
Рис. 14. Схема фирмы Мицубиси: 1 – грузовой трубопровод; 2 – эжектор; 3 – сепарационная цистерна; 4 – трубопровод рабочей жидкости к эжектору; 5 – дроссельная
шайба; 6 – грузовой насос; 7 – датчик уровня в сепарационной цистерне; 8 – автоматический клапан; 9 – трубопровод груза на берег; 10 вентиляционная труба; 11 – грузовые
танки
В настоящее время существуют и ряд других схем вакуумной зачистки
танков [1]. Они отличаются от приведенных местом вакуумного насоса в
системе и степенью автоматизации.
30
6.5. Метод заливки насоса
Как было сказано, основная причина срыва насоса – возникновение воронки у приемника. Глубина ее тем меньше, чем ниже подача насоса. Следовательно, постепенно снижая подачу грузового насоса, мы можем свести
до минимума неоткачиваемый остаток груза. Чтобы при этом не увеличивалось время выгрузки танкера, подачу насоса можно восстановить, открывая
постепенно всасывающий клапан другого, полного танка. За счет подпора,
создаваемого грузом из этого танка, срыва насоса не будет почти до полной
зачистки предыдущего танка. Однако, такой метод неудобен из-за невозможности его автоматизации. К тому же, последний в группе танк таким
способом невозможно зачистить.
Метод заливки из небольшой вспомогательной цистерны (рис. 15), расположенной выше грузовых насосов, используется в грузовой системе с переборочными клинкетами [1]. Так происходит зачистка кормового танка, в
который груз перетекает из других танков.
Рис. 15. Метод заливки грузового насоса при зачистке грузового танка: 1 – зачистной эжектор; 2 – вспомогательная цистерна; 3 – насосное отделение; 4 – грузовой насос;
5 – грузовой танк; 6 – приемный патрубок грузового трубопровода; 7 – приемный патрубок зачистного трубрпровода
Во время зачистки танка эжектор 1, приводимый в действие от грузового насоса 4, подает груз во вспомогательную цистерну 2, поддерживая
насос 4 постоянно заполненным.
31
6.6. Балластная система
Наливные суда в большинстве случаев после выгрузки обратные переходы совершают без груза. Для увеличения осадки, улучшения управляемости и устойчивости на курсе, обеспечения полного погружения гребного
винта и сведения к минимуму вибрации производится балластировка судна.
При этом уделяется серьезное внимание правильному распределению
большой массы воды по отсекам танкера чтобы не вызвать высокие напряжения перегиба или прогиба корпуса судна, что недопустимо.
Балластная система современного танкера – это система изолированного балласта. В соответствии с МАРПОЛ 73/78 на танкере может быть еще
чистый балласт – принятый в чистые грузовые танки, и грязный балласт –
принятый в грязные грузовые танки, что обычно происходит при ухудшении гидрометеорологических условий в рейсе.
Балластная система танкера включает в себя танки изолированного
балласта, балластные насосы, магистральные трубопроводы и приемные
патрубки, фильтры, кингстоны для приема забортной воды, отливные трубы. Вопросы зачистки балластных танков решаются так же, как и грузовых
танков. На танкерах, где грузовая система раздельная, там и в балластной
системе используют погружные насосы. Отдельную зачистную систему для
балласта обычно не строят, но часто используют для зачистки эжекторы, а
иногда даже вакуумные цистерны.
Вместимость танков изолированного балласта и их размещение на танкере длиной более 150 м в соответствии правилом 13 Приложения 1 к
МАРПОЛ должны создать условия безопасности в балластном рейсе:
- осадка на миделе, м, равна 2,0+0,02L (L – длина судна);
- дифферент на корму не более 0,015L;
- осадка на корму должна обеспечить полное погружение винта.
В соответствии с существующими правилами нефтяные танкеры дедвейтом 600 тонн и более, поставка которых осуществлена после 6 июня
1996 года, должны иметь защиту грузовых танков балластными по всей
длине грузовой зоны.
Общим для всех танкеров является использование форпика как носового танка изолированного балласта. Что касается других танков, то есть существенное различие между однокорпусными и двухкорпусными танкерами. В однокорпусных танкерах под танки изолированного балласта помимо
форпика выделяют обычно два симметрично расположенных бортовых танка, расположенных впереди миделя. В двухкорпусных танкерах под танки
изолированного балласта используют межбортовое и междудонное пространство. Балластные трубопроводы не должны проходить через грузовые
танки. Общее количество забортной воды в балластном переходе составляет
от 30 до 65 % от дедвейта в зависимости от гидрометеоусловий.
32
Рис. 16. Схема балластной системы танков изолированного балласта т/к «Марчекан»: 1 –
балластный насос; 2 – фильтр; 3 – кингстонная коробка; 4 – балластные трюмные магистрали; 5 – храпки; 6 – ручной привод форпикового клинкета с палубы;
7 – трюмная перемычка; 8 – палубный трубопровод
Балластная система нефтепродуктовоза-химовоза с двойным корпусом
приведена на рис. 16. В систему входят шесть пар L-образных изолированных балластных танков, расположенных в двойном дне и двойных бортах
танкера. Главные трубопроводы подсоединены каждый к своему балластному центробежному насосу погружного типа, размещенному в балластном
танке № 4 соответствующего борта. Обе магистрали соединены между собой перемычкой 7. для приема забортной воды в балластных танках № 4 с
каждого борта установлены кингстоны, соединенные с приемными патрубками балластных насосов через фильтры. Оба балластных насоса подсоединены к отливным трубопроводам левого и правого бортов. Кроме того, балластные насосы на уровне верхней палубы выведены к поперечному трубопроводу, соединенному с грузовым и моечным трубопроводами, используемыми: первый – для балластировки грузовых танков (в случае необходимости), второй – для заполнения морской водой отстойных танков в период мойки. Все клинкеты, за исключением палубных, снабжены гидроприводом и управляются дистанционно из ЦПУГО.
Если погодные условия вынуждают принять балласт в грузовые танки,
балластировка и дебалластировка их производится грузовыми насосами через грузовые трубопроводы с соблюдением требований МАРПОЛ.
33
6.7. Арматура грузовых, зачистных и балластных систем
На трубопроводах грузовых и балластных систем танкеров применяют
в основном в качестве запорной арматуры клинкеты (от слова «клин»), а
также поворотные клапаны с названием «Баттерфляй». Первые называют
еще клинкетными задвижками. Они закрывают проходное отверстие дисковым затвором. Есть задвижки с двойным уплотняющим дисковым затвором
(рис. 17.) и с клиновым затвором (рис. 18).
Задвижка, рис. 17, состоит из корпуса 1, двух параллельных дисковых
затворов 4 с бронзовыми уплотнительными кольцами 2, крышки 5 корпуса
с сальниковым уплотнителем 6 и нажимной втулкой 7 с болтами 10. Для
подъема и опускания затворов служит шток 8 с прямоугольной резьбой,
приводимый в движение маховиком 9. При опускании дисков клин 3 плотно
прижимает их к посадочным гнездам.
Задвижка, рис. 18, состоит из корпуса 1, клиновой задвижки 2, сальника 3, штока 4, сервомотора 5 и ряда других деталей, аналогичных с рис. 18.
Ее действие понятно из рисунка.
Рис. 17. Задвижка с двойным дисковым затвором
Рис. 1 . Задвижка клиновая
Задвижка «Баттерфляй» с поворотной заслонкой (рис.19) имеет широкое применение на современных танкерах. Клапан состоит из корпуса 6 и
34
запорной заслонки 4, изготовленной из алюминиевой бронзы. Заслонка
имеет форму выпуклого диска для уменьшения сопротивления потоку жидкости. В клапане имеется уплотнительное кольцо 5 из маслостойкой резины, армированной металлом, приводной шток 3 из нержавеющей стали или
алюминиевой бронзы, бронзовых подшипников 2, заполненных графитовой
смазкой, и сальником 1. Запорный диск несколько смещен относительно
оси штока. Форма края запорного диска обеспечивает клиновой зажим уплотнительному кольцу. Клапаны «Баттерфляй» компактнее клинкетов, однако их сопротивление потоку жидкости несколько выше, а диаметры штоков больше, так как они работают на скручивание.
Клинкеты перепускные переборочные (рис. 20) служат для перепуска нефтепродукта между смежными танками, разделенными герметичными переборками. Клинкет имеет прямоугольную форму и состоит из неподвижной
рамки 3 с комингсом у днища 19 мм и подвижной рамки 2, перемещаемой
штоком 4. Его длина зависит от расстояния между днищем 1 и палубой 6.
Для придания конструкции необходимой жесткости служит кронштейн 5 с
опорой для штока. Палубный проход герметизируется втулкой 7 с сальником.
Рис. 19. Клапан с поворотным затвором
Рис. 20. Клинкет переборочный
перепускной с ручным приводом
35
6.8. Компенсаторы
На танкере требуется компенсировать не только температурные расширения трубопроводов, но и деформацию корпуса в штормовых условиях
и от вибрации. Для этого через определенные участки длины магистральных труб устанавливают компенсаторы (обычно в каждом грузовом танке).
По конструкции они делятся на сальниковые, линзовые, П-, Z-, лиро- и
кольцеобразные.
Сальниковые компенсаторы (рис. 21), состоят из корпуса 6 с фланцем,
упорной 5 и нажимной 3 втулок, выполненных из материалов, не образующих искр при ударе, нажимного фланца 2, стакана 1 и сальника 4. Сальниковая набивка изготавливается из асбестопрографиченного шнура или маслостойкой резины. Вместо сальниковых компенсаторов применяются иногда соединительные муфты-компенсаторы (рис. 22). Они обладают меньшей
компенсирующей способностью, чем сальниковые компенсаторы, но рассчитаны на большее давление (до 1,8 МПа).
Рис. 21. Сальниковый компенсатор
Рис. 22. Соединительная муфтакомпенсатор для стальных тру
а – линзовый (сильфонный); б – лирообразный; в – кольцеобразный; г - Z-образный; д – П-образный
Рис 23. Компенсаторы:
36
Линзовые (сильфонные) компенсаторы (рис. 23а) состоят из патрубка
1, полулинзы 2, стакана 3, предназначенного для снижения гидравлического
сопротивления, фланца 4, и болта 5, служащего для спуска конденсата.
Контрольные вопросы к лекции 3
1. Какими причинами вызывается необходимость зачистки танков?
2. Каким остается уровень груза в танке после срыва центробежного грузового насоса?
3. Какими способами достигается практически полное удаление груза центробежным грузовым насосом?
4. Принцип работы клапанов (храпков) с изменяющимся сечением.
5. Принцип работы простейшей вакуумной системы выгрузки с зачисткой грузовым
насосом.
6. Принцип работы вакуумной системы выгрузки с зачисткой системы «Каррутерс».
7. Принцип работы вакуумной системы «Вак-Стрип».
8. Метод заливки грузового насоса при зачистке танков.
9. Балластировка танков. Виды балласта. Требования МАРПОЛ к балластировке.
10. Балластная система танкера с двойным корпусом «Марчекан».
11. Устройство клиновых задвижек.
12. Устройство клапана «Баттерфляй» и переборочного клинкета.
13. Устройство сальникового компенсатора.
14. Устройство линзового (сильфонного) компенсатора.
15. Компенсаторы из гнутых труб.
Лекция 4
7. Насосные установки нефтеналивных судов
7.1. Общие требования к насосным установкам
Насосы морских нефтеналивных танкеров предназначены для выгрузки
танкера, зачистки танков от остатков груза, балластировки и дебалластировки судна. Этому их назначению соответствуют и названия: грузовые, зачистные, балластные. Располагаются насосы в грузовом насосном отделении (ГНО), которое располагается на современном танкере, не имеющем
средней надстройки, между машинным отделением и кормовым танком. На
некоторых танкерах имеется дополнительное насосное отделение в носовой
части танкера и редко – третье отделение в средней части судна. Однако
дополнительные насосные отделения имеют в основном общесудовое назначение.
Кормовое расположение ГНО имеет свои преимущества. Приводной
двигатель при этом располагается за непроницаемой переборкой в машинном отделении, дифферент судна на корму во время выгрузки обеспечивает
более надежное всасывание центробежных насосов. Основной недостаток
37
кормового расположения состоит в значительной протяженности грузовых
магистралей от носовых групп танков, увеличивающей их гидравлическое
сопротивление.
На подачу грузового насоса влияет несколько факторов. Кроме гидравлического сопротивления подача зависит от вязкости груза, высоты уровня
груза в танке, другими словами – от величины подпора. По мере снижения
уровня в танке подпор снижается и в конце работы насоса давление на всасывании становится несколько ниже атмосферного (0,7 – 0,8 Ра). Вязкость
груза зависит от его температуры. Повышение температуры снижает вязкость, что, с одной стороны, увеличивает подачу, а с другой – повышает
давление насыщенных паров и тем самым ухудшает всасывающую способность насоса. В конце выгрузки начинается прохват воздуха, который резко
снижает подачу насоса, а в конце – ее прекращает.
Скорость движения жидкого груза в трубах нефтетанкеров ограничивают 3 – 4 м/с на всасывании и 7 – 8 м/с на нагнетании не только из-за увеличения гидравлического сопротивления в трубах, но и по причине возникновения электростатических зарядов. Это ограничение приводит к увеличению диаметров труб и размеров насосов. Существуют для танкеров ограничения по продолжительности выгрузки в порту. Согласно международным
нормам любой танкер должен быть выгружен за время не более 17 часов.
Поэтому диаметры магистральных труб при равном количестве грузовых
насосов увеличиваются практически пропорционально дедвейту.
Основные параметры грузовых насосов – подача и напор – при равных
их количествах при относительно небольших размерах танкеров возрастают
пропорционально дедвейту. При дедвейтах более 50000 т эта зависимость
становится более пологой. Пределом увеличения напора грузового насоса
считается напор 150 м. вод. ст. В больших напорах не возникает необходимости. Что касается подачи, то диапазон ее изменения широк. На танкерах,
перевозящих сырую нефть, подача центробежного грузового насоса достигает на танкерах класса VLCC и ULCC 10 = 12 тыс. т/ч. Количество насосов
на продуктовозах находится в пределах 3 – 7, но может быть и большим в
зависимости от назначения танкера.
На морских танкерах в качестве зачистных устанавливают поршневые,
винтовые и струйные насосы. Использование шестеренных насосов возможно только для перекачки грузов, не содержащих твердых загрязнений ,
что на морских нефтевозах практически нереально. Поэтому шестеренные
насосы мы рассматривать не будем.
В системах изолированного балласта устанавливают один, реже два
центробежных насоса, подача которого равна подаче грузового насоса. Это
позволяет резервировать балластный насос грузовым. Создаваемые ими напоры значительно меньше, чем у грузовых насосов и составляют 20 – 50 м
вод. ст. Более высокие значения бывают у крупнотоннажных танкеров
вследствие увеличения высоты борта и осадки.
38
7.2. Центробежные насосы
Центробежные насосы начали применять в качестве грузовых в 50-е
годы прошлого века. Сначала их агрегатная подача составляла 600 – 700
м3/ч и за 30 лет выросла до 10000 – 12000 м3/ч. Это произошло потому, что
этот тип насосов показал свои хорошие эксплуатационные преимущества
перед другими типами и, главное, несравнимо лучшие массо-габаритные
характеристики перед применявшимся ранее поршневым насосом. Это видно при сравнении графиков на рис. 24 а и 24б.
Рис. 24. Зависимость массы грузовых насосов от их гидравлической мощности: а – центробежных; б – сдвоенных поршневых прямодействующих
Кроме того, центробежные насосы имеют и ряд других достоинств. Это
высокая равномерность подачи, широкая возможность использования для
привода паровых и газовых турбин, электродвигателей и дизелей. Центробежные насосы надежно работают при перекачивании жидкостей, содержащих механические включения, характерные особенно для сырой неочищенной нефти.
Как и любой другой насос, центробежный имеет и свои недостатки. На
его всасывающую способность, напор, мощность, КПД влияет вязкость груза: при ее увеличении перечисленные характеристики ухудшаются. В конце
выгрузки приходится снижать подачу для предотвращения кавитации и
срыва работы насоса.
Грузовые центробежные насосы устанавливаются в насосном отделении горизонтально или вертикально. В последнее время предпочтение отдают вертикальным насосам в связи с их преимуществами: занимают
меньше места, улучшаются всасывающие свойства (рабочее колесо расположено ниже, чем у горизонтального), уменьшается вероятность нарушения
центровки валов насоса и привода из-за продольных деформаций корпуса
танкера. Вертикальное расположение вала позволяет в некоторых случаях
отказаться от нижнего подшипникового узла.
39
Рис. 25. Горизонтальный грузовой центробежный насос 12ДН-7А: 1 – корпус;
2, 10 – подшипниковые узлы; 3 – роликовый подшипник; 4 – уплотнение;
5 – труба охлаждающей жидкости; 6 – уплотнительные кольца; 7 – крышка;
8 – бронзовое рабочее колесо с двусторонним подводом жидкости; 9 – упругая
муфта
У горизонтального насоса тоже есть свои преимущества. Он проще в
обслуживании, более удобен при демонтаже и ремонте, может иметь любой
привод, даже дизель без углового редуктора.
На рис. 25 показан горизонтальный центробежный насос, устанавливаемый на танкерах для перекачивания нефтепродуктов и морской воды.
Его устройство достаточно полно описано в подрисуночной подписи. Всасывающий и напорный патрубки выполнены заодно с нижней частью корпуса насоса и расположены горизонтально под углом 180о один к другому в
плоскости, перпендикулярной к оси вала насоса. Это позволяет разбирать и
осматривать насос без демонтажа трубопровода. Вал насоса вращается в
сферических роликовых подшипниках 3, смазываемых консистентной
смазкой. Двусторонний подвод жидкости разгружает подшипники от основных осевых усилий. Случайные осевые усилия воспринимаются подшипником, расположенным на свободном конце вала. Для предотвращения
утечек из рабочей полости имеются двойные торцовые уплотнения графитстеллит и уплотнительные кольца 6. В камеру уплотнения подается вода,
циркуляция которой в замкнутом контуре камеры обеспечивается импеллером. Вал насоса соединен с промежуточным валом привода посредством
40
упругой муфты 9. Охлаждение уплотнений производится перекачиваемой
жидкостью по трубе 5.
Другая модификация
этого насоса под маркой
12ДН-7В имеет вертикальное расположение.
Корпус в этом случае
имеет разъем в вертикальной плоскости. Конструктивные отличия его
от горизонтального насоса незначительны. Представленный насос – отечественного производства. Много подобных насосов поставляется на
суда иностранными производителями.
Общим
для всех танкерных центробежных насосов является двусторонний подвод жидкости, и в осРис. 26. Вертикальный грузовой насос с подачей 5 тыс. т
тальном отличия несущественные. Они сводятся к разным конструктивным исполнениям подшипниковых узлов, уплотнений и способов их охлаждения, видам и способам смазки подшипников. Существенным является консольное расположение вала рабочего колеса у некоторых конструкций вертикальных насосов,
например, представленного на рис. 26.
Всасывающий и напорный патрубки отлиты совместно с корпусом 6
насоса и расположены перпендикулярно к оси вала 1 и друг к другу. В
крышке 11 корпуса сделан канал полуспирального подвода к верхней половине рабочего колеса 5. Другой полуспиральный подвод расположен симметрично в нижней части корпуса, где предусмотрена пробка 8 для слива
остатков перекачиваемой жидкости при длительной остановке насоса. Рабочее колесо двустороннего всасывания закреплено на валу с помощью
шпонки и круглых гаек. В корпусе и колесе установлены уплотнительные
кольца 7 и 10. Вал размещен в радиальном 4 и двух радиально-упорных
подшипниках 2, установленных в сварном фонаре 3. Для уплотнения вала в
крышке имеется одинарное торцовое уплотнение 12. Его охлаждение и
смазка производятся перекачиваемой жидкостью, отбираемой из напорной
полости насоса.
41
7.3. Приводы центробежных грузовых насосов и их размещение
на танкерах
В насосных установках танкеров применяются паротурбинные, электрические, реже дизельные приводы грузовых центробежных насосов. Устройство, принцип действия, эксплуатация и теоретические основы работы
этих приводов являются предметом других дисциплин и в данном курсе
лекций не рассматриваются. Специфичным для танкера является размещение этих приводов на судне. Исходя из условий пожаробезопасности, насосы и приводы размещаются в разных помещениях. Их разделяет газонепроницаемая переборка, через которую проходит промежуточный вал. В месте
прохода вала устанавливается надежное герметичное уплотнение, плотность которого проверяется давлением 0,2 – 0,3 МПа.
На рис. 27 дана конструкция газонепроницаемого уплотнения с резиновыми манжетами. Газонепроницаемость между корпусом 8 и опорным
кольцом 12 достигается в данном случае маслобензостойкой мягкой резиновой прокладкой 13, прижимаемой разъемными кольцами 1. Резиновая
манжета 14 обеспечивает плотность и не допускает утечки разогретой консистентной смазки. Отклонения вала от вертикали при монтаже не должны
превышать 1мм на 1 м и составлять не более 3 мм по высоте привода. Они
компенсируются путем перемещения корпуса 8 шарикоподшипника по
опорному кольцу 12.
Рис. 27. Переборочное уплотнение верхней опоры вертикального соединительного вала
турбопривода на танкере «Великий Октябрь»: 1 – кольца прижимные разъемные;
2 – приварыш; 3 – установочная шайба; 4 – болт; 5 – шарикоподшипник радиальноупорный; 6 – втулка; 7 – шайба стопорная; 8 – корпус; 9 –крышка верхняя нажимная;
10 – гайка; 11 – крышка сальника; 12 – кольцо опорное; 13 – прокладка; 14 – манжета
резиновая
На рис. 27 дана конструкция газонепроницаемого уплотнения с резиновыми манжетами. Газонепроницаемость между корпусом 8 и опорным
42
кольцом 12 достигается в данном случае маслобензостойкой мягкой резиновой прокладкой 13, прижимаемой разъемными кольцами 1. Резиновая
манжета 14 обеспечивает плотность и не допускает утечки разогретой консистентной смазки. Отклонения вала от вертикали при монтаже не должны
превышать 1мм на 1 м и составлять не более 3 мм по высоте привода. Они
компенсируются путем перемещения корпуса 8 шарикоподшипника по
опорному кольцу 12.
Рис. 28. Установка грузового насоса с горизонтальным валом и паротурбоприводом: 1- турборедуктор; 2 – жесткая муфта; 3 – промежуточный вал;
4 – втулочно-пальцевая муфта; 5 - центробежный насос; 6, 9 – монтажные риски;
7 - газонепроницаемая переборка; 8 – манжетное уплотнение; 10 – отжимные
болты; 11 – прямоугольные клинья
Рис. 29. Установка горизонтального грузового насоса и электродвигателя на амортизаторах: 1 – насос; 2 – упругая муфта; 3 – промежуточный
вал; 4 – приварыш; 5 – подшипник; 6 – электродвигатель; 7 – перемычка
заземления; 8 – амортизаторы; 9 – уплотнение; 10 – подгоночные клинья; 11 - выравнивающая шайба
43
В других конструкциях уплотнений используется сальниковая набивка с
водяным охлаждением, либо лабиринтовые уплотнения, расположенные в
масляной ванне.
Валы работают с большим числом оборотов, поэтому даже небольшая несоосность валов и их неперпендикулярность к переборке нарушают герметичность уплотнения. В то же время при отсутствии видимости сложно согласовать размещение фундаментов так, чтобы было соблюдено условие полной
соосности валов. Для
этого существует специальная технология установки фундаментов. Сначала один из них устанавливается
временно.
Его окончательное положение и длину промежуточного вала определяют
после монтажа одного из
механизмов и прицентровки к нему другого
механизма. Другой вариант – делают базовым узлом промежуточный вал.
В этом случае фундаменты устанавливают по
этому валу, и монтаж механизмов осуществляется
быстрее, чем по первому
варианту.
Деформации корпуса
судна могут изменять
взаимное положение двигателя и насоса. Отцентрированные на стапеле
механизмы после спуска
судна могут оказаться
Рис. 30. Расположение вертикального грузового насоса
несоосными. Кроме того,
с паротурбоприводом: 1 – паротурбопривод; 2 - промепри креплении труб к
жуточный вал; 3, 5 – опоры; 4 – ручной телеграф;
патрубкам насоса и при6 – упругая муфта; 7 - насос
варышам второго дна насос изменяет положение,
что также нарушает соосность валов. Поэтому при неподвижном креплении
механизмов, даже при наличии упругой муфты, назначают строгие допуски
на несоосность валов. Различные варианты взаимного размещения приво44
дов и насосов показаны на рис. 28, 29, 30. Дополнительное разъяснение к
рис. 28 и 29 не требуется.
Схема, рис. 30, требует небольшого пояснения. Рабочие валы привода и
насоса соединены промежуточным валом 2 длиной около 4 м. Вал имеет внизу
статически отбалансированную упругую муфту 6. Верхняя опора 3, установленная на нижней платформе МО, воспринимает радиально-упорные усилия от
вала и обеспечивает газонепроницаемость между МО и ГНО. Тумбы ручных
телеграфов 4 установлены для удобства обслуживания на специальных фундаментах возле каждого насоса и турбины. Выходные концы валов соединены
между собой трубой и шарнирными муфтами.
7.4. Погружные центробежные насосы
Погружные насосы обслуживают
обычно отдельные танки и поэтому
производительность их относительно
невелика. У этих насосов отсутствуют
всасывающие трубопроводы, что дает
возможность снизить мощность приводных двигателей. Они имеют некоторые конструктивные отличия от насосов, располагаемых в насосных отделениях. Погружной насос в одних
случаях подает груз непосредственно
в береговую магистраль, в других – в
промежуточный насос, расположенный на палубе. Во втором случае напор насоса обычно не превышает 25
м. вод. ст. Схема погружного бесштангового насоса приведена на рис.
31. Насос выполнен в виде моноблочРис. 31. Погружной бесштанговый
ного агрегата с приводным маслозаэлектронасос ПНР 600/50
полненным электродвигателем взрывонепроницаемого исполнения. Рабочее колесо 10 расположено консольно
в нижней части корпуса 1, что при установке агрегата непосредственно на
дне грузового танка позволяет откачивать нефтепродукт до уровня 155 мм
над днищем. Корпус насоса имеет двойной спиральный отвод, из которого
парекачиваемая жидкость поступает в кольцевой цилиндрический канал,
образованный наружным корпусом 9 и корпусом электродвигателя 8. Направляясь по этому каналу к напорному патрубку, расположенному в верхней части агрегата, жидкость охлаждает электродвигатель.
На некоторых судах получили распространение насосные установки,
состоящие из погружного и обычного грузового насоса. Например, уста45
новка голландской фирмы Хауттон состоит из грузового насоса с гидроприводом, расположенного на палубе над обслуживаемым танком. Погружной
насос штангового типа с гдроприводом на верхней палубе расположен в колодце в грузовом танке (рис. 32). Вал насоса размещен в трубе, через которую груз подается к приемному патрубку грузового насоса.
Конструкции погружных насосов отличаются довольно большим
разнообразием по типу насоса
(центробежный или винтовой), по
количеству ступеней центробежного насоса, по типу привода (электрический или гидравлический), по
расположению привода ( на палубе
или в танке), по способу трассировки энергоносителя к приводу и отвода груза от насоса. В последнем
случае при использовании гидропривода может быть выполнен
принцип «труба в трубе»: внутри
Рис. 32. Схема совместной работы грузовой трубы вставлены конценпогружного
и
палубного
насосов: трически трубы гидрожидкости. По
1 – колодец для приема груза; 2 – погруж- внутренней трубе проходит масло
ной насос; 3 – грузовой танк; 4 - гидро- высокого давления, ее окружает
привод грузового насоса; 5, 9 – подвод труба обратного масла низкого
рабочей жидкости; 6 – напорный трубо- давления, затем труба-коффердам.
провод; 7 – грузовой центробежный
насос; 8, 12 – трубопровод от погружного Между коффердамом и наружной
насоса к палубному; 10 – гидропривод трубой проходит груз. При использовании центробежного насоса во
погружного насоса; 11 – приводной вал
время погрузки груз подается по
той же трубе, по которой производится выгрузка и, следовательно, проходит внутри рабочего колеса. Чтобы колесо не вращалось в обратном направлении, его стопорят специальным тормозом.
Варианты существующих компоновок расположенных в танках погружных насосов (или их частей) в дополнение к показанным выше приведены на рис. 33. На рис. 33а изображен насос с приводом на палубе. Приводной вал расположен внутри трубы 4 и вращается в подшипниках 7. Груз
отводится по трубе 5. Зачистная труба 3 может быть подсоединена либо к
грузовой трубе, либо через фланец к отдельному зачистному плунжерному
насосу. Между сальниками расположена продуваемая через трубу 6 коффердамная полость. Сходный по конструкции погружной насос 1 на рис.
33б имеет гидропривод 2 в танке. Рабочее масло к нему подводится и отводится по трубам 3 и 4, а груз подается на берег по трубе 6. Имеется зачистная труба 5.
46
На рис. 34 показаны два варианта многоступенчатых штанговых насосов: 34а – насос для танкера без двойного дна, где не может быть колодца, и
34б – с колодцем, выгороженным в двойном дне. Принцип действия той и
другой схемы понятен из рисунков.
Рис. 33. Одноступенчатые погружные насосы: а – с приводом на палубе:
1 – центробежный насос, 2 – узел подшипников, уплотнений и коффердама между
ними; 3 – зачистная труба; 4 – маслозаполненная труба с приводным валом;
5 – грузовой трубопровод; 6 – трубопровод для продувки коффердама; 7 – место расположения подшипников; б – с гидроприводом в танке: 1 - центробежный насос;
2 – гидропривод; 3 – отвод рабочего масла; 4 – подвод рабочего масла; 5 – зачистной
трубопровод; 6 – грузовой трубопровод
Рис. 34. Многоступенчатые погружные насосы на дне танка с палубным приводом: а – пятиступенчатый насос с отдельным храпком: 1 – приемная полость насоса;
2 – рециркуляционная труба; 3 – кольцевой канал с приводным валом внутри; 4 –
наружный корпус; 5 – насос; б – трехступенчатый насос, расположенный в колодце:
1 колодец; 2 – насос; 3 – кольцевой канал с приводным валом внутри;
4 – приводной вал
47
Разрез погружного бесштангового балластного насоса с гидроприводом
показан на рис. 35. Рабочая вода к приводной турбине привода подводится
под давлением 1,2 МПа из трубопровода системы мойки танков. Рабочее
колесо 2 насоса и колесо 1 турбины расположены на одной короткой оси 3,
вращающейся в подшипнике 4, смазываемом рабочей жидкостью и поэтому
уплотнения не нужны. Рабочая вода сбрасывается в балластную воду, и поэтому отвод ее от гидропривода отсутствует.
Рис. 35. Схема погружного балластного гидротурбонасоса
Контрольные вопросы к лекции 4
1. Насосы: назначение, типы, расположение на судне.
2. Преимущества и недостатки кормового расположения насосов.
3. Факторы, влияющие на подачу грузового насоса.
4. Как связаны между собой вязкость, скорость движения груза в трубах, диаметр
труб и продолжительность стоянки танкера под погрузкой и выгрузкой?
5. Основные параметры насосов и их изменение в зависимости от дедвейта танкера.
6. Преимущества и недостатки центробежных, поршневых и винтовых насосов.
7. Преимущества и недостатки горизонтального и вертикального расположения грузовых насосов.
8. Конструкция горизонтального центробежного грузового насоса 12ДН-7А.
9. Конструкция вертикального грузового насоса с подачей 5 тыс. т.
10. Установка на судне горизонтального грузового насоса с турбоприводом.
11. Установка на танкере горизонтального насоса с электроприводом.
12. Установка на танкере вертикального насоса.
13. Устройство переборочных газонепроницаемых уплотнений.
14. Погружной бесштанговый электронасос ПНР 600/50.
15. Погружной штанговый грузовой насос с бустерным насосом на палубе.
16. Устройство центробежных погружных насосов.
17. Многоступенчатый погружной насос.
18. Балластный погружной гидротурбонасос.
48
Лекция 5
8. Характеристики центробежных насосов
8.1. Параметры и рабочие характеристики насосов
Параметры насосов – это подача, напор (давление), мощность, КПД и
вакуумметрическая высота всасывания. Величина параметров зависит от
конструкции рабочего колеса проточной части, от вязкости перекачиваемой
жидкости, частоты вращения насоса, плотности перекачиваемой жидкости.
Характеристики насоса – это графические взаимные зависимости параметров при условии, что перечисленные конструктивные и физические свойства насосов и жидкостей остаются в период измерения параметров постоянными. Меняется при этом нагрузка насоса, которая в свою очередь характеризует режим работы насоса. Этот режим может быть номинальным, оптимальным, переменным. Номинальный режим – при нем обеспечиваются заданные или запроектированные параметры полной нагрузки насоса. Оптимальный режим – работа насоса при максимальном КПД. Переменный режим может соответствовать любой нагрузке от нулевой до максимальной.
Рабочие характеристики динамических насосов – это зависимость основных параметров от подачи насоса. Основная из них – это напорная характеристика, выражающая зависимость напора от подачи, т. е. H=f(Q). К
рабочим относятся также зависимости N=f(Q) и =f(Q), где N и – мощность и КПД насоса соответственно.
Помимо перечисленных параметров есть такой, который увязывает номинальные величины подачи, напора и частоты вращения в один обобщенный параметр, называемый коэффициентом быстроходности насоса:
ns
3,65n Q
H 3/ 4
,
где n – частота вращения насоса, об/мин;
Q – подача насоса, кг/с;
Н – напор, м. вод. ст.
От коэффициента быстроходности зависит вид характеристики и способность насоса работать параллельно с другим насосом. У центробежных
грузовых насосов ns редко выходит за пределы 40÷110, а в этих пределах
напорные характеристики обычно имеют пологий падающий вид, а мощностные – возрастающий почти по прямой линии. На рис. 36 представлены
характеристики грузового насоса танкера «Интернационал» с номинальной
подачей 1000 м3/ч.
Характеристики насосов строят по результатам испытаний их на специальных стендах, к устройству которых предъявляются требования, регламентированные стандартами. Невозможно построить характеристики на
все возможные случаи предстоящей эксплуатации насоса. Поэтому на заво49
дских стендах их строят для пресной воды, а в эксплуатации насоса их пересчитывают на те условия, при которых работает насос. Есть методика пересчета параметров насоса на более высокую, чем у воды, вязкость жидкости, которую рассмотрим ниже.
При изменении диаметра рабочего колеса и частоты вращения насоса
существуют аналитические зависимости, выведенные на основе теории подобия. Эти равенства широко используются при пересчете напорных характеристик с одного насоса на другой, подобный первому, но отличающийся
своими размерами и режимами эксплуатации.
Если КПД насоса не изменяется, справедливы равенства
H
H1
3
n D2
n1 D21
Q
Q1
2
n
n1
;
2
D2
D21
,
Если меняется только
частота вращения насоса,
уравнения принимают вид:
Q
Q1
H
H1
n
;
n1
2
n
n1
.
Если при пересчетах
возникают существенные
изменения КПД, формулы
получают соответствующие изменения:
H
H1
Рис. 36. Характеристики центробежного насоса
танкера «Интернационал» при 1600 об/мин
n
n1
2
Q
Q1
H
H1
3
n D2
n1 D21
Q
Q1
D2
D21
n
n1
n
n1
;
0
01
2
г
;
г1
0
;
01
2
г
.
г1
В приведенных формулах:
Q , Q 1 – подачи одного и другого насоса;
H , H 1 – напоры одного и другого насоса;
n, n1 – частота вращения одна и другая:
D2 , D2 1 – диаметр рабочих колес первого и второго подобных насосов;
о, о1 – объемный КПД первого и второго насосов;
г, г1 – гидравлический КПД первого и второго насосов.
50
При эксплуатации насоса немаловажной является всасывающая способность, которая характеризуется вакуумметрической высотой всасывания
Нвс или кавитационным запасом h. Причем, Нвс = f( h, pп), где pп – давление насыщенного пара жидкости на входе в насос, Па.
Высота всасывания на грани кавитации называется допустимой Ндвс.
H д вс
pi
pп
g
v 2 вх
,
2g
k hдоп
где pi, pп – соответственно давление над поверхностью в грузовом танке и
давление насыщенных паров, Па. Давление над поверхностью в танке равно
атмосферному, или сумме атмосферного и давления инертного газа.
hдоп - допустимый кавитационный запас, м;
k – коэффициент допустимого кавитационного запаса, равный от 1,15
до 1,25;
3
плотность перекачиваемой жидкости, кг/м;
v 2 вх
- энергия на создание скоростного напора, м, где vвх – скорость
2g
груза на входе в насос, м/с.
Допустимый кавитационный запас, если он неизвестен из паспортных
данных насоса, определяется по формуле:
hдоп
n Q
10
C
4/3
,
где n – частота вращения насоса, об/мин,
С – постоянная, характеризующая конструкцию насоса, называемая кавитационным коэффициентом быстроходности и находящаяся в пределах
800÷1200.
8.2. Пересчет рабочих характеристик центробежных насосов с воды
на вязкие жидкости
Стендовые характеристики насосов получают на воде, а для вязких
жидкостей существуют методы пересчета параметров с воды на вязкие
жидкости. Аналитических формул для такого пересчета нет, но существуют
эмпирические способы. По наиболее распространенному способу параметры вязких жидкостей пересчитываются с воды на вязкие жидкости с помощью поправочных коэффициентов, полученных путем обобщения результатов испытаний различных центробежных насосов. Коэффициенты – это отношения искомых параметров к аналогичным параметрам для воды. Их находят из графиков, рис. 37.
KQ
Qн
;
Qв
KH
Hн
;
Hd
K
н
.
в
Индексы означают: н – нефть, в – вода.
51
Значения числа Рейнольдса определяются по расчетной секундной подаче насоса Qр при наибольшем КПД и характерному размеру, в качестве
которого принят эквивалентный диаметр рабочего колеса:
Re
Qр
Dэкв v
2
; D экв
4 D2 b2 k ,
где D2, b2 – наружный диаметр рабочего колеса и ширина его лопасти на
выходе;
k – коэффициент стеснения потока лопасти колеса на выходе (k»0,9).
Напор насоса при нулевой подаче от вязкости практически не зависит.
С увеличением вязкости растет крутизна напорной характеристики. При перекачивании маловязких жидкостей КПД насоса снижается в основном за
счет потерь на дисковое трение. При увеличении вязкости происходит перераспределение потерь: увеличивается доля потерь на трение в каналах насоса и уменьшается доля потерь на дисковое трение и преобразование скоростного напора в потенциальный. Влияние вязкости жидкости на подачу,
напор и КПД у крупных насосов проявляется в меньшей степени, поэтому
они могут вести перекачивание вязких нефтепродуктов при параметрах, более близких к номинальным, чем небольшие насосы. Это объясняет тенденцию к увеличению подачи отдельных грузовых насосов при уменьшении их
числа.
Рис. 37. Зависимость коэффициентов пересчета с воды на вязкие жидкости
от значений Re
52
На рис. 37 приведена также кривая изменения в зависимости от числа
Рейнольдса коэффициента KC – отношения кавитационных коэффициентов
быстроходности.
8.3. Характеристика сети грузового насоса
Схематично грузовая сеть выглядит так, как она изображена на рис. 38.
Рис. 38. Грузовая сеть: 1 – грузовой танк; 2 – грузовой насос; 3 – судовая напорная
магистраль; 4 – пирс терминала; 5 – соединительный шланг; 6 – береговая магистраль;
7 – береговая цистерна. Za – уровень груза в танке по отношению к уровню моря; Zk –
уровень в береговой цистерне; Pa – давление над уровнем груза в танке; Pk – давление
над уровнем в береговой цистерне
Во время выгрузки груз проходит всасывающую магистраль (не показана), рис. 38, насос 2, нагнетательную магистраль 3 до манифольда, соединительный шланг 5, начинающуюся на терминале 4 береговую магистраль 6
и закачивается в береговую цистерну 7. При этом насос должен сообщить
жидкости такую энергию, которая преодолела бы статический напор, созданный разностью уровней в береговой и судовой цистернах Zk, а также
разностью давлений Pk-Pa в них. Этот напор существует еще до начала работы насоса. Когда насос начал работать, возникло движение жидкости, а
оно создало скоростной напор и гидравлические сопротивления во всасывающей и напорной магистралях, и на это ушла другая часть энергии, которую называют динамическим напором. Используя обозначения на схеме
рис. 38, уравнение сети представим в виде:
Н гс
g (Z k
Za )
Pk
Pa
v2
2
hвс.тр
hнаг .тр ,
(7.1)
53
где v – скорость потока жидкости в трубе, hвс. тр и hнаг. тр – гидравлические
сопротивления во всасывающем и нагнетательном трубопроводе, – плотность жидкости.
На рис. 39 показан вид характеристики сети и ее составляющие.
Рис. 39. Напорная характеристика гидравлической сети и ее составляющие
На рис. 39 статический напор и его составляющие изображены прямыми, параллельными оси абсцисс, т. е. условно статический напор можно
считать постоянной величиной. Однако, во время выгрузки он увеличивается в связи с ростом разности уровней в цистернах 1 и 7 (рис. 38).
Динамический
напор и его составляющие имеют вид
параболы, так как и
гидравлические
сопротивления, и скоростной напор находятся
в квадратичной зависимости от подачи.
Под рабочим режимом ГС понимают
установившийся
режим работы комплекса
ГС-насос,
которому
соответствует
соблюдение материальРис. 40. Рабочая точка системы ГС-центробежный насос
ного
и
энерге54
тического баланса. Первый выражается равенством Qцн = Qгс, второй ¾
QцнНцн = QгсНгс. Параметры в точке А (рис. 40) называют расчетными или
спецификационными, при этом КПД насоса имеет максимальное значение.
Если судовой и береговой танки сообщены с атмосферой, давление над
уровнем груза в них одинаково. В этом случае статический напор определяется только разностью уровней в цистернах, т. е. Нгсст= g(zк-zа). Изменение
этой разности уровней определяет изменение статического напора во время
выгрузки. Если судовой танк инертизирован, а береговой сообщен с атмосферой, статический напор определяется по формуле (7.1), в которой Ра
равняется избыточному давлению, создаваемому инертным газом, а Рк равно нулю.
8.4. Совместная работа насосов
При перевозке
однородных
грузов с целью
ускорения
выгрузки используют параллельное
включение двух и
более насосов на
одну нагнетательную магистраль.
Если два или три
грузовых насоса
(как правило, одинаковые)
берут
груз из одного
кормового танка,
Рис. 41. Характеристики двух центробежных грузовых насокуда он стекает из
сов при их параллельной работе на один трубопровод в
других танков, то
одинаковых условиях
они имеют одинаковые напорные характеристики. Для двух параллельно работающих насосов совпадающие кривые I, II (рис. 41) являются одинаковой характеристикой H – Q каждого из насосов. Для получения их суммарной характеристики следует удвоить абсциссу точки AI,II, соответствующей напору HI,II . Пересечение суммарной характеристики I+II с характеристикой III трубопроводов грузовой системы дает точку А, абсцисса и ордината определяют
суммарную подачу обоих насосов QI+II и развиваемый ими напор HI,II. Однако, при параллельной работе центробежных насосов происходит некоторое
снижение подачи и увеличение напора по сравнению с теоретическими значениями, так как с увеличением скорости жидкости на общем участке на55
порного трубопровода возрастает его
сопротивление, для преодоления которого насосы развивают более высокий напор. Поэтому режимная
точка суммарной работы насосов перемещается по кривой I + II в область более высоких напоров и
меньших подач (точка А1).
Иногда напора одного насоса
недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление сети, в особенности, когда велика его статическая составляющая. В этом случае используется
последовательная работа насосов.
Суммарная характеристика последовательно включенных насосов полуРис. 42. Характеристики совместной чается за счет суммирования напоработы двух центробежных насосов при
ров каждого из насосов при одной и
их последовательном включении
той же подаче (рис. 42). В этом случае будем иметь:
НI+II =HI +HII; QI,II = QI =QII.
На рис. 42 насосы I и II развивают разный напор по отдельности, но
при этом имеют равную подачу. Такое возможно, когда два одинаковых
насоса берут груз из разных танков с различной протяженностью всасывающих магистралей. Но если эти насосы включены последовательно, их
подачи в любом случае будут равными.
8.5. Регулирование подачи центробежного насоса дросселированием
Дросселирование – наиболее простой способ регулирования, заключающийся в снижении части напора, развиваемого насосом, за счет искусственного увеличения сопротивления в сети закрытием клапана на напорной линии. При своей простоте и удобстве это наименее экономичный
способ регулирования, так как часть напора теряется непроизводительно в
клинкете.
Дросселирование имеет и тот недостаток, что происходит более интенсивный износ не только клинкета, но и основных деталей насоса из-за нарушения потока жидкости в колесе и спирали. Сильное уменьшение подачи
при дросселировании может привести и к возникновению таких усилий на
ротор, которые превосходят допустимые, поэтому дросселирование должно, по возможности, применяться для относительно небольших изменений
подачи.
56
При расчете параметров рабочей точки при дросселировании следует ориентироваться на
рис. 43.
При уменьшении открытия
клинкета характеристика трубопровода пойдет более круто.
Напор будет увеличиваться и
последовательно занимать положения Н1, Н2, Н3. Подача насоса будет уменьшаться, принимая значения Q1, Q2, Q3. В каждом режиме, отличающемся от
Рис. 43. Характеристики регулирования рабочего, например в режиме,
системы ГС-насос дросселированием
соответствующем точке 2, насос
будет развивать напор Н2 >НВ,
необходимый для подачи в трубопровод расхода Q2. При этом режиме напор Н2 складывается из напора НВ при расходе Q2 с полностью открытым
клинкетом, и потерь напора в клинкете Ндр = Н2 – НВ.
НВ
Н2
Н2
2
Н др
Н2
2
k ин 2
2
.
Новое значение КПД для каждого положения клинкета находят на пересечении штриховой линии с ординатой напора, соответствующего этому
положению клапана. kин2 называют коэффициентом использования напора.
8.6. Регулирование подачи центробежного насоса изменением
частоты вращения, перепуском расхода среды и изменением статического
напора
Более качественным и экономичным способом регулирования подачи
является изменение частоты вращения приводного двигателя. В этом случае по мере снижения частоты вращения рабочая точка смещается по характеристике грузовой сети вниз и влево (рис. 44). При этом понижается и подача, и напор. При таком способе регулирования отсутствуют дополнительные сопротивления в сети, однако для его осуществления необходим приводной двигатель с регулируемым числом оборотов. Иногда находит применение способ регулирования подачи перепуском части перекачиваемой
жидкости в приемную цистерну (рис.45). При включении в сеть параллельно основной линии 1 с характеристикой R1 добавочной линии 2 с R2
общая сеть насоса будет иметь характеристику R1+R2 и рабочая точка переместится из А1 в А2. Напор при этом снизится с Н1 до Н2, а подача насоса
возрастет с Q1 до Q2. Однако в связи с уменьшением напора уменьшается
подача жидкости через основную линию от Q1 до Q3, а через байпасную ли57
Рис. 44. Смещение рабочей точки по
характеристике сети при изменении частоты
вращения центробежного насоса
нию 2 пойдет расход воды Q4. С
экономической точки зрения такой способ регулирования выгоден для насосов, у которых потребляемая мощность снижается с
увеличением подачи (высокооборотных).
Для насосов, у которых мощность возрастает с увеличением
подачи, это может привести к перегрузке привода. Кроме того, работа с повышенной по сравнению
с оптимальной подачей может
привести к кавитации и к более
быстрому износу элементов проточной части.
Статический напор существенно
влияет на подачу насоса. Однако, как
способ регулирования он используется
только в том случае, если есть техническая возможность увеличить давление в
выгружаемом танке с помощью инертных газов на нефтевозе. При погрузке
танкера и значительной высоте над
уровнем моря береговых танков статический напор может использоваться для
подачи груза на танкер самотеком. На
газовозах с прочными вкладными танРис. 45. Регулирование системы ГС-насос
ками давление в танке могут повысить перепуском
грузовым компрессором настолько, что
грузовой насос может не потребоваться. В этом случае принцип изменения
статического давления используется как самостоятельный способ выгрузки.
Контрольные вопросы к лекции 5
1. Какими параметрами характеризуется работа насоса?
2. Что такое характеристики насоса?
3. Режимы работы насоса.
4. Коэффициент быстроходности насоса.
5. Как пересчитать напорные характеристики с одного насоса на другой, подобный
первому?
6. Высота всасывания насоса и кавитационный запас.
58
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Пересчет рабочих характеристик с воды на вязкие жидкости.
Что включает в себя грузовая сеть?
Из чего складывается напорная характеристика гидравлической сети?
Из чего складывается статический напор?
Из чего складывается динамический напор?
Что такое рабочая точка системы гидравлическая сеть-насос?
Характеристики параллельной работы двух центробежных насосов.
Характеристики последовательной работы двух центробежных насосов.
Регулирование подачи насоса дросселированием.
Регулирование подачи насосов изменением его частоты вращения.
Регулирование подачи насоса перепуском.
Лекция 6
9. Насосы, используемые в системах зачистки грузовых
и балластных танков
9.1. Поршневые паровые насосы
На танкерах для зачистки танков используются в основном прямодействующие паровые сдвоенные насосы двойного действия. В качестве примера рассмотрим устройство отечественного насоса ПНП- 250, рис. 46.
Блоки паровых 13 и гидравлических 3 цилиндров соединены четырьмя
стальными колоннами 18 (рис. 46а). К их нижним концам, проходящим через гидравлический блок, крепят стальные опоры-башмаки 1, устанавливаемые на фундамент. Цилиндровые блоки изготавливают из чугуна. Внутренняя часть парового блока между цилиндрами использована для размещения паропроводящих каналов и золотниковых камер. Блок гидравлических цилиндров отлит заодно с клапанной коробкой, в которой имеется по
два впускных и по два нагнетательных плоских кольцевых клапана на каждую из четырех рабочих полостей.
Паровые 12 и гидравлические 2 поршни (рис. 46а), а также кольца паровых поршней изготовлены из чугуна. Гидравлические поршни для установки уплотнительных колец имеют латунные обоймы и работают в латунных втулках 5, запрессованных в цилиндры и закрепленных стопорными
стержнями, проходящими через крышки. Неразъемные штоки 8 соединяют
каждую пару паровых и гидравлических поршней, приводя в движение при
помощи рычажной передачи (рычаг 15, его опора 17, муфта 16) штоки 11
золотников парораспределительных устройств. Выходы штоков из цилиндров уплотнены сальниками 6 и 9. Смазка паровых поршней и золотников
осуществляется масленками 14.
59
Рис. 46. Поршневой насос ПНП-250:
а – насос; б – золотниковая коробка
Золотниковая коробка насоса показана на рис. 46б. В чугунных втулках
2, запрессованных в корпусе блока, закрытого крышкой 1, перемещаются
цилиндрические золотники 3 с чугунными уплотняющими кольцами. Золотники приводятся в движение от золотниковых штоков 4, шарнирно связанных с тягами, нижние концы которых соединены с качающимися рычагами, лежащими в опорах. Каждая золотниковая коробка сообщается с
нижней и верхней полостями парового цилиндра 5 двумя каналами: впускном 6 и выпускным 7. Такое размещение каналов обеспечивает образование
паровой подушки у крышки 9 цилиндра при подходе поршня к своему
крайнему положению. Ее толщина может быть изменена с помощью буферных клапанов, соединяющих каналы свежего и отработавшего пара соответствующей полости цилиндра. Всего у насоса четыре таких клапана.
Другие конструкции насосов отличаются от приведенных на рис. 46
конструкцией парораспределительного устройства, клапанных коробок и
других деталей при неизменности основного принципа их устройства.
60
Рис. 47. Характеристики Н – Q поршневого насоса при трех
значениях числа двойных ходов поршня
У поршневых насосов теоретическая подача Qт определяется объемом
полостей и не зависит от напора. В действительности с увеличением напора
подача несколько уменьшается из-за увеличения утечек в насосе. На рис. 47
сплошными линиями 1 показаны действительные, а штриховыми 3 – теоретические характеристики Hi=f(Qi) при трех значениях n – числа двойных
ходов в минуту.
Такие характеристики называют «жесткими». Они удобны при перекачивании вязких жидкостей.
Для оценки работы поршневых насосов пользуются объемным КПД, т.
е. отношением действительной и теоретической подач насоса
о
Q
.
Qт
.Действительную подачу находят из выражения:
Q
o Qт
о 60 kFaSn ,
где F – площадь поршня, м2,
S – ход поршня, м,
n – число двойных ходов в минуту,
k – число рабочих полостей,
a= 1- fш/2F – поправка на уменьшение рабочей площади поршня за счет
площади fш поршневого штока.
9.2. Винтовые насосы
На танкерах перевозящих вязкие нефтепродукты, хорошо зарекомендовали себя винтовые насосы (рис.48, 49). Они способны перекачивать нефтепродукты вязкостью до 800 – 1000 сСт, а также обладают и другими преимуществами перед поршневыми насосами. По всасывающей способности,
по экономичности они им не уступают, но превосходят по равномерности
61
подачи, по массо-габаритным характеристикам. Они надежны, обладают
малой шумностью. Высокая частота вращения позволяет использовать в качестве привода электродвигатели турбины, гидроприводы и даже дизели.
Подача винтовых насосов достигает 1000 м3/ч, общий КПД находится в пределах 0,7 - 0,9.
Рис. 48. Горизонтальный трехвинтовой насос ВС-200: 1 – винт ведущий; 2 – винт
ведомый; 3 – патрубок подводящий; 4 – подшипник скольжения; 5 – канал для подвода
жидкости; 6 – обечайка; 7 – патрубок отводящий; 8 – корпус насоса; 9 – крышка насоса;
10 – шарикоподшипник; 11 – уплотнение торцевое; 12 – крышка торцевого уплотнения;
13 – предохранительный клапан; 14 – канал для подвода смазочного материала; 15 –
неподвижное резиновое уплотнение; 16 – каналы для подвода теплоносителя
Винтовые насосы делятся
на герметичные и негерметичные. В первых из них камеры
всасывания и нагнетания разделены герметичным циклоидальным или эвольвентным зацеплением роторов. У вторых зацепление не обеспечивает герметичности между камерами. Более широкое применение имеют
негерметичные насосы, так как
их трапециевидный или прямоугольный профиль позволяет
прокачивать нефтепродукты с
довольно крупными загрязнениями (до 0,2 мм). Ведущие роторы негерметичных насосов не
62
передают крутящего момента. Для передачи движения ведомым винтам
предусматриваются синхронизирующие шестерни. КПД негерметичных насосов ближе к нижнему пределу (0,7). Винтовые насосы используются не
только в зачистных, но и грузовых системах, в основном, с раздельной системой выгрузки, в которой установлены насосы погружного исполнения (
рис. 49.). Если танкер перевозит вязкие грузы, то такой насос имеет преимущества перед центробежным. Он не требует больших затрат тепла на
подогрев груза, его подача мало зависит от давления в системе выгрузки.
Насос, изображенный на рис. 49,
применяется тогда, когда жидкость
обладает хорошими смазочными
свойствами. Если жидкость обладает
плохими смазочными свойствами или
имеет механические загрязнения, используются
винтовые насосы с винтами негерметичного, обычно, прямоугольного
профиля. Чтобы обеспечить отсутствие контакта между поверхностями
винтов, в насосе предусмотрена рабочая пара шестерен для передачи крутящего момента. У винтовых насосов
возникают объемные, гидравлические
и механические потери. Первые обраРис. 50. Характеристики грузово- зуются вследствие протечек подаваего насоса ВС-200 при работе на жид- мой жидкости через каналы и зазоры
костях различной вязкости: 1 – вода;
2 – мазут вязкостью 2,3 Ст; 3 – то же в насосе из камеры нагнетания в приемную камеру, особенно значитель4,5 Ст; 4 – то же 6 Ст; 5 – то же 10 Ст
ную в негерметичных насосах. Механические трения определяются трением между винтами и обоймой, разгрузочными поршнями и втулками, в подшипниках и сальниках, а в негерметичных насосах – также в синхронизирующих шестернях. Гидравлические потери объединяют с механическими, так как их трудно выделить. Величина объемных потерь зависит от конструкции насоса, формы профилей
винтовых роторов, перепада давления между напорной трубой и камерами,
вязкости перекачиваемой жидкости, величины зазоров. Частота вращения
ротора при постоянных вязкости и давлении нагнетания практически не
влияет на величину объемных потерь, однако от нее зависят механические
потери. С увеличением вязкости объемные потери уменьшаются, а потери
от трения увеличиваются. Объемные потери возрастают при повышении
давления нагнетания.
63
Характеристики винтовых насосов
принято строить в зависимости от давления нагнетания (рис. 50). Рассматривая характеристики, можно сделать
выводы:
- с увеличением вязкости жидкости увеличивается подача и мощность,
но снижается КПД насоса;
- напорная и мощностная характеристики практически прямолинейны;
- КПД насоса при перекачке вязких жидкостей по мере роста вязкости
снижается (за счет механической составляющей), а воды – на малых нагрузках выше, чем у мазута, на больших – снижается в большей степени,
чем у мазута. Это происходит за счет
увеличения протечек воды в шестернях.
9.3. Струйные насосы
Рис. 51. Разрез гидроэжектора
ГЭ-3: 1 – диффузор; 2 - цилиндрическая часть камеры смешения;
3 – конфузор; 4 – сопло; 5 –
корпус 6 – приемный патрубок
Струйные насосы используются на танкерах в качестве зачистных и в
грузовых и в балластных системах, а также для создания разрежения в вакуумных цистернах. В качестве рабочей среды в этих насосах применяется та
же жидкость, для откачивания которой они используются.
На рис. 51 изображен разрез струйного насоса отечественного производства с подачей 475 м3/ч для откачки нефтепродуктов при зачистке
танков. Перекачиваемая жидкость поступает в корпус 5 через приемный
патрубок 6. Рабочая жидкость подается в сопло 4. Конфузорная часть 3 корпуса насоса вместе с цилиндрической частью 2, в которых рабочая жидкость перемешивается с перекачиваемой, называется камерой смешения.
Цилиндрическая часть 2 служит для придания смеси большой скорости, за
счет чего образуется вакуум. В некоторых конструкциях конфузорная часть
может быть намного короче, чем в показанном эжекторе. В диффузоре 1
скорость жидкости падает, а ее давление растет.
Количество струйных насосов на танкере может быть различным. На
некоторых танкерах зачистка полностью выполняется струйными насосами.
Рабочая жидкость подается одним из грузовых или специальным насосом.
Применение струйных насосов в балластных системах крупнотоннажных танкеров позволяет ограничиться одним небольшим насосом для пода64
чи рабочей жидкости вместо больших центробежных насосов. Однако напор такого насоса должен быть значительно выше, чем напор обычного
балластного насоса, и составлять 100 – 150 м вод. ст.
На рис. 52. представлена схема балластной системы танкера, в которой
использованы струйные насосы. При откачивании балласта клинкеты А и С
открыты, а клинкет В закрыт. Насос Н принимает воду из балластных танков и вместе с рабочей водой выбрасывает ее за борт. Чтобы обеспечить
одинаковое время откачивания воды из всех балластных танков, объем и
сопротивление труб которых могут быть различными, необходима индивидуальная регулировка подачи струйных насосов.
При
загрузке
балласта насос Н
принимает воду из-за
борта и подает ее
при закрытых клинкетах А и С и открытом клинкете В через
струйные насосы и
всасывающие трубопроводы в балластные танки. Вода проходит через эжекРис. 52. Схема балластной системы со струйными насосаторы.
ми: БТ - балластные танки
10. Газоотводная система нефтеналивного судна
Газоотводная система (ГС) предназначена для газообмена между грузовым танком и воздушной атмосферой.
Этот газообмен аналогичен дыханию,
поэтому
получил
свои образные названия – «большое
дыхание» и «малое
дыхание».
Первое
происходит при погрузочноразгрузочных операциях, второе при
Рис. 53. Групповая газоотводная система: 1 – магистральный
перепадах температрубопровод; 2 – огнепреградитель; 3 – дыхательный клапан;
тур между газовоз4 – приварыш горловины схода в танк
65
душной средой в танке и окружающим воздухом. Обычно такие перепады происходят при смене дня и ночи.
В любом случае давление или вакуум
в танке не должны превышать допустимые значения. Для обычного нефтеналивного танка давление в нем не
должно быть выше атмосферного на
20 кПа (0,2 кг/см2) и ниже его на 7 кПа
(0,07 кг/см2). Для того, чтобы эти условия надежно соблюдались, пропускная способность газоотводной системы по объему должна превышать
производительность грузовых насосов, работающих на этот танк не менее, чем на 25 %.
ГС по конструктивному признаку
делятся на два типа:
- групповые с объединенными
трубопроводами от нескольких грузовых танков;
Рис. 55. Высокоскоростное выпускное
устройство: 1- подвижная тарелка; 2 – литой
корпус; 3 – неподвижный профилированный
конус; 4 – крышка
66
Рис. 54. Газоотводная колонна
- автономные с самостоятельными трубопроводами от каждого
грузового танка.
В состав ГС в зависимости от
конструктивного исполнения входят
следующие элементы:
- высокоскоростные выпускные
устройства (ВВУ);
- дыхательные клапаны;
- огнепреградители;
- пламепрерывающие сетки;
- запорная арматура;
- трубы.
Помимо указанных выше ограничений к ГС по давлению, вакууму
и пропускной способности к ним
предъявляются еще другие требования:
- трубопроводы ГС должны
подсоединяться к верхней части
грузовых цистерн, к комингсам или
к горизонтальным участкам расши-
рительных шахт, к крышкам грузовых люков нефтенавалочных судов;
- ГС грузовых танков, предназначенных для перевозки однородного
груза, допускается объединять в группы от нескольких танков или в одну
общую систему. В этом случае на каждом отводе к танку необходимо устанавливать огнепреградители;
- ВВУ должны обеспечивать скорость истечения газовоздушной смеси
при погрузке танкера не менее 30 м/с с целью их быстрого рассеивания
предотвращения образования взрывоопасных концентраций газов на палубе
судна.
Рис. 56. Дыхательный клапан и схема его работы
Групповая система (рис. 53) устанавливается на судах для перевозки
однородных грузов. Диаметр магистрального трубопровода должен быть не
менее 100 мм, трубопровода от расширителя танка до магистральной трубы
– 80 мм. Магистраль ГС прокладывается под переходным мостиком к мачтовому стояку, в котором прокладывается канал для выпуска газов вверх в
атмосферу. Если мачтовый стояк используется для нескольких групп танков, в нем прокладываю продольные каналы для каждой группы. При этом
выпускное устройство выполняют в виде жалюзи или вентиляционной головки с вертикальным потоком газовоздушной смеси. Непосредственно перед выпускным устройством размещают пламепрерывающие сетки. Выпускное устройство должно располагаться на высоте не менее 6 м от палубы
или 4 м от переходного мостика и отстоять не менее, чем в 10 м от мест забора воздуха и отверстий, ведущих в закрытые помещения, где находятся
источники воспламенения, а также от механизмов и оборудования, которые
могут создать опасность воспламенения.
Автономные системы устанавливаются на крупных танкерах и на наливных судах, перевозящих разнородные грузы. В состав системы входят
67
огнепреградитель 1, ВВУ 4, дыхательный клапан 6. Газоотводная колонна
(рис. 54) соединена патрубком с верней частью расширителя танка (не показан). Измеритель перепада давления газов на огнепреградителе расположен за люком 2. Маховики 3 и 5 предназначены для ручного закрытия и открытия ВВУ и дыхательного клапана. Через лючок 7 досыпают и меняют
наполнитель огнепреградителя. Выходной конец колонны, снабженный
ВВУ, должен обеспечивать выпуск газовоздушной смеси со скоростью не
менее 30 м/с, располагаться не менее, чем в 2 м над палубой и отстоять не
менее, чем в 10 м от мест забора воздуха. Скорость газов на выходе из ВВУ
может достигать 75 м/с.
На рис. 55. изображено ВВУ «Иотта». В цилиндрическом корпусе клапана расположен неподвижный внутренний конус. Над ним установлен полый усеченный конус, нижний край которого соединен с корпусом гофрированным сильфоном. В положении «закрыто» сильфон удерживает подвижный конус, плотно прижимая его к неподвижному. При заданном давлении в танке (обычно 1,76 кПа – 180 мм в. ст.) конус поднимается. Величина подъема пропорциональна давлению в танке. Минимальная скорость
струи газа равняется 45 м/с. Нижний конус изготовлен из резины, а гофрированный сильфон из полотна, армированного нитриловой резиной. Клапан
защищен кожухом, имеющим крышку, которая при необходимости может
быть закрыта.
Дыхательные клапаны (рис. 56) по принципу действия аналогичны невозвратно-запорным клапанам. Противодавление в дыхательных клапанах
создается подбором необходимого веса тарелок, пружинами или постоянным электромагнитом. Клапан состоит из корпуса, нижней 1 и верхней 3
тарелок, груза 2 и маховика ручного открытия клапана 4. Вес груза 2 рассчитан для создания необходимого противодавления. Удаление газов из
танка производится при создании избыточного давления около 13 кПа путем открытия нижней тарелки. Поступление воздуха в танк происходит при
разрежении в танке около 7 кПа. Принудительное открытие клапана маховиком 4 производится в период погрузочно-разгрузочных операций.
На рис. 56 показана также схема действия дыхательного клапана: а –
при повышенном давлении в танке, б – при вакууме; в – во время погрузочно-разгрузочных операциях.
Рассеивание газа. Вытесняемый во время погрузки или дегазации газ
может образовывать на палубе взрывоопасную концентрацию. При этом
существует потенциальная угроза взрыва, если на палубе или рядом окажется источник воспламенения. При скорости ветра, превышающей 5 м/с
обеспечивается рассеивание газов, достаточное для предотвращения опасного воспламенения. В безветренную погоду возможно значительное скопление газов на палубе, поэтому рекомендуется периодически прерывать погрузку. При погрузке грузов с высоким давлением насыщенного пара погрузка разрешается только при наличии ветра со скоростью не менее 2,6
68
м/с. На некоторых терминалах запрещается выброс паров в атмосферу, поэтому они отводятся по газовой линии в береговые резервуары или в порожний танк танкера.
Контрольные вопросы к лекции 6
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Конструкция поршневого насоса.
Работа парораспределения поршневого насоса.
Объемный КПД поршневого насоса.
Подача поршневого насоса.
Характеристика H – Q поршневого насоса.
Типы, КПД, достоинства винтового насоса.
Конструкция горизонтального трехвинтового насоса.
Конструкция вертикального погружного винтового насоса.
Характеристики винтовых насосов, их трактовка.
Устройство струйного насоса.
Использование струйного насоса на танкерах.
Схема использования струйного насоса в балластной системе.
Типы газоотводных систем. Требования к ним.
Устройство групповой газоотводной системы.
Автономная газоотводная система.
Дыхательный клапан, его работа при давлении и вакууме.
Высокоскоростное выпускное устройство.
Рассеивание газа после удаления из танка.
Лекция 7
11. Системы инертных газов
11.1. Назначение и сущность инертизации емкостей
Ранее мы ознакомились с понятиями НПВ, ВПВ, условиями возникновения взрыва и пожара в грузовом танке. Для лучшего понимания этих условий рассмотрим диаграмму, рис. 57.
Назначением системы инертных газов (СИГ) является защита грузовых
танков от пожара и взрыва. Как было сказано выше, пожар или взрыв могут
произойти при наличии трех условий – содержании углеводорода выше
НПВ и ниже ВПВ, источника воспламенения и содержании кислорода выше
11 %. Углеводороды в грузовом танке есть практически всегда, от неожиданного появления источника воспламенения нет гарантии даже при соблюдении противопожарных требований. Если же газовоздушную смесь
разбавить нейтральным газом, то можно понизить концентрацию кислорода
до значений ниже 11 % по объему, и тогда взрыв и пожар будут исключены.
Это видно из диаграммы на рис. 57.
69
Рис. 57. Диаграмма образования взрывоопасных газовоздушных смесей: I - граница
взрывоопасной концентрации; II – условная граница критических концентраций; III –
граница безопасных концентраций углеводородов и кислорода
Некоторое понижение концентрации кислорода происходит уже при
смешивании его с углеводородным газом, что показывает прямая АВ. Минимальная взрывоопасная концентрация углеводорода, соответствующая
НПВ, обозначена буквой С, максимальная (ВПВ) – точкой D. По мере снижения концентрации кислорода изменяются и пределы образования взрывоопасной смеси. Линии СЕ и DE окаймляют заштрихованную на диаграмме зону образования взрывоопасной смеси. Левее точки Е, ниже линии СЕ и
выше линии DE смесь не взрыво- пожароопасна. Любая точка в пределах
заштрихованной области соответствует взрывоопасной концентрации. Область между линией I и пунктирной линией II является критической. За
пределами линии III любая концентрация углеводорода не опасна. Следовательно, задача инертного газа снизить так концентрацию кислорода, чтобы
она вышла за пределы не только заштрихованной зоны воспламеняемости,
но и удалилась бы от критической концентрации. Для нефтетанкеров международными правилами установлена такая концентрация не выше 8 % в
любой точке ее измерения в грузовом танке. Для химовозов и газовозов
требования по допустимой концентрации кислорода более жесткие и зависят от конкретного груза. Некоторые грузы не допускают вообще присутствия кислорода, а некоторые – и наличия в газе углекислого газа. В этом
случае в качестве инертного газа используется чистый азот.
Кроме надежного обеспечения взрывобезопасности СИГ создает дополнительные преимущества при эксплуатации танкера:
70
- ускоряется процесс выгрузки благодаря подпору в танках, создаваемому давлением инертных газов (снижается статическая составляющая напора
в гидравлической сети);
- уменьшаются потери груза на испарение во время перевозки груза танкером;
- замедляется процесс коррозии металла за счет снижения концентрации
кислорода в атмосфере танка.
Не все танкеры оборудуются СИГ. В соответствии с требованиями
СОЛАС-74/78 все новые нефтяные танкеры и продуктовозы дедвейтом
20 тыс. т и более должны быть оборудованы СИГ. Если же танкер оборудован системой мойки сырой нефтью, СИГ устанавливается вне зависимости от дедвейта судна. При этом классификационные общества иностранных государств и Морского Регистра судоходства РФ требуют, чтобы содержание кислорода в системе до поступления инертного газа в
танк не превышало 5 %.
11.2. Классификация систем инертных газов
По способу получения инертные газы делятся на:
- газ, состоящий из очищенных и охлажденных уходящих газов паровых
котлов;
- газ, полученный в специальном автономном газогенераторе, установленном на танкере;
- газ, обычно азот, поставляемый на судно в баллонах.
Первые два газа после очистки (кондиционирования) мало отличаются
по своему химическому составу. Такой газ содержит 78 – 82 % азота, 14 –
18 % углекислого газа и 2 – 5 % кислорода. Содержание окиси серы, влаги
и твердых частиц при очень тщательной очистке может быть равным нулю
или близким к нему.
По способам получения и очистки газов СИГ делятся на шесть основных
типов.
Тип А – системы с отбором инертных газов от дымоходов главных и
вспомогательных котлов с последующей их очисткой в аппаратах, в которых они контактируют с забортной водой – скрубберах. Это наиболее простые и распространенные СИГ, устанавливаемые на нефтетанкерах. Их
производительность достигает 30000 м3/ч.
Тип Б – это те же системы А, но с устройством дополнительной химической очистки газов от окислов серы, встраиваемым в скрубберы. При очистке водой в системах А удаляется 95 – 99 % окислов серы. Если в котлах
сжигается высокосернистый мазут, то и такая концентрация серы в инертном газе может вызывать ощутимую коррозию металла, особенно при частых балластировках танков. Такая очистка осуществляется добавлением в
воду карбоната натрия Na2CO3. В результате реакции окислы серы преобра71
зуются в растворимые в воде сульфит натрия Na2SO3 и сульфат натрия
Na2SO4, удаляемые с водой, а также углекислый газ СО2. Из-за значительных дополнительных затрат на техническую соду Na2CO3 этот тип СИГ пока широкого распространения не получил.
Тип В – системы, характеризующиеся тем, что в них дополнительно к
функции СИГ типа А производится осушение инертных газов либо с помощью холодильных машин, либо с помощью твердых или жидких сорбентов.
Применение этих систем целесообразно при перевозке грузов, опасно реагирующих с водой, а также ухудшающих свои свойства или электризуемых
при обводнении. При этом замедляется коррозия грузовых танков. Кроме
того, осушенными газами инертизируют также охлажденные грузовые танки на газовозах.
Тип Г – система, в которой газы получают в автономном газогенераторе
(АГГ), где происходит дожигание кислорода в высокотемпературных отработавших газах после газовой турбины, вспомогательного дизеля или котлов. Для этого дожигания в горелку подается дизельное топливо и свежий
воздух. Горелка смонтирована в одном корпусе со скруббером, а весь агрегат в целом называется производительной колонной.
Тип Д – сжигание происходит в АГГ такого же типа, как и в системе Г,
но без дожигания отработавших газов турбин, котлов или вспомогательных
ДВС, т. е. сжигается легкое топливо с пониженным коэффициентом избытка воздуха. Это дает возможность получать инертный газ со значительно
меньшим содержанием кислорода и серы, чем в системах типа А.
Тип Е. При перевозке некоторых грузов на химовозах и газовозах к СИГ
предъявляются жесткие требования, которым не могут удовлетворить перечисленные выше типы систем по давлению газов или степени очистки от
влаги, кислорода, а иногда и от СО2. В этом случае требуется дополнительная комплектация СИГ холодильной машиной или сорбционной установкой. Такая система относится к типу Е. Причем, в зависимости от комплектации установки типа Е делятся дополнительно на шесть подтипов. Сжигание топлива происходит в АГГ.
11.3. Устройство СИГ, использующих дымовые газы котлов
Как сказано выше, эти три типа систем используют дымовые газы паровых котлов. Сначала ознакомимся с устройством системы типа А по структурной схеме СИГ, рис. 58.
72
Рис. 58. Структурная схема системы инертных газов: 1 – клапан отсечения топочного газа; 2 – антиконденсатное устройство; 3 – газоочиститель; 4 - впускные клапаны нагнетателей; 5 – нагнетатели инертного газа; 6 – выпускные клапаны нагнетателей;
7 – клапан регулирования давления инертного газа; 8 – газовыпускной клапан; 9 – палубный водяной затвор; 10 – механический невозвратный клапан; 11 – разобщающий
клапан; 12 – жидкостный прерыватель давления-вакуума; 13 – клапаны отсечения грузовых танков
Уходящий газ из котла через отсечной клапан 1 поступает в газоочиститель (скруббер) 3, где входит в контакт с распыленной или смачивающей
наполнитель фильтра водой. Сернистые соединения поглощаются водой,
содержащиеся в газе водяные пары конденсируются при прохождении газами расположенного в нижней части скруббера водяного затвора. Твердые
частицы частично удаляются водой, частично отсеиваются при поворотах
газов. Так как от контакта с водой газ увлажняется, в башне скруббера находится антиконденсатное устройство. Удаление влаги может происходить
отдельно от скруббера в специальном влагоотделителе. Давление в системе
регулируется автоматическим клапаном 7 путем сброса избытка газа обратно в скруббер. Для возможного сброса газа из системы служит клапан 8.
Для предотвращения движения газа в обратном направлении служит водяной затвор 9. Такое же назначение имеет и механический невозвратный
клапан 10. Для предотвращения опасного давления или вакуума в системе
или в танке служит жидкостный прерыватель давления-вакуума 12. СИГ
сообщена с газоотводной системой, через стояки которой производится
удаление инертного газа в атмосферу.
О том, как размещается оборудование СИГ на судне, дает представление
топологическая схема, рис. 59.
73
Рис. 59 . Топологическая схема системы инертных газов танкера
Из дымовой трубы 17 газы отбираются через специальные клапаны,
снабженные устройствами защиты от сернистой коррозии и очистки от сажи, и поступают через петлеобразный трубопровод 16 в скруббер 15. Для
всех скрубберов общим является то, что потоки инертных газов и воды, подаваемой по трубопроводу 18, встречны. Причем в скрубберах типа А, Б, В
подача забортной воды осуществляется, как правило, в верхнюю часть
башни скруббера, а дымовых газов в нижнюю через гидравлический затвор.
Забортная вода, подаваемая в скруббер двумя независимыми циркуляционными насосами (не показаны), из которых один резервный, охладив газы и
поглотив основную часть содержащихся в газах сернистых ангидридов и
части сажи, сливается за борт в подкисленном состоянии.
Отбор газов из дымовой трубы и их транспортировка через скруббер
обеспечивается разрежением, создаваемым на всасывании вентиляторов
(газодувок) 14. Обычно устанавливают два одинаковых вентилятора, каждый из которых способен обеспечить подачу всего необходимого газа во
время выгрузки танкера. Пуском и работой газодувок управляет регулятор
13, связанный с пультом в ЦПУ машинного отделения.
На степень очистки инертных газов от сернистых соединений существенно влияет температура орошающей воды. Снижение температуры воды с
35 до 8 оС повышает степень удаления двуокиси серы с 95 до 99 %.
Через клапан 12, автоматически управляемый системой защиты, и главный
отсечной клапан 11 инертный газ проходит к палубному водяному затвору
74
9, снабженному сливным трубопроводом с клапаном 10. Сточные трубы
осушения водяного затвора выводятся непосредственно за борт, минуя МО.
По главной палубе проходит магистраль инертного газа (МИГ) 6, соединенная с общей магистралью газоотводной системы. Диаметр магистрали
должен быть таким, чтобы скорость движения газа не превышала 40 м/с.
Этим ограничивается степень электризации твердых частиц, содержащихся
в инертных газах. Между водяным затвором и магистралью установлен невозвратный и запорный клапаны 8. В каждый из танков инертный газ попадает через распределительный тройник 5, который служит для отсечения
входного трубопровода от магистрали и соединения его с атмосферой. Вместо тройника могут использоваться и другие способы отсечения грузовых
танков от МИГ при условии, что они не препятствуют выпуску газов из
танка. В грузовом танке предусмотрена закрывающаяся сверху продувочная
труба 7, выведенная на палубу, с помощью которой осуществляется вентиляция и дегазация танка.
Рис. 60. Схема СИГ фирмы Ф. А. Хаджес: 1 – жидкостное предохранительное устройство; 2 – дыхательный клапан; 3 – запорный клапан; 4 – палубный гидравлический
затвор; 5 – реле контроля статического давления в трубопроводе; 6 – клапан регулирования давления газов; 7 – клапан рециркуляции; 8 – скруббер; 9 – патрубок с заглушкой
для приема воздуха; 10 – дымоходы котлов; 11 – клапан отбора дымовых газов с дистанционным управлением; 12 – анализатор кислорода; 13 – газодувка с электроприводом;
14 – клапан приема газов в газодувке; 15 – реле управления работой газодувки; 16 – датчик температуры; 17 – клапан выпуска газов из газодувки; 18 – водяной трубопровод
75
Схема на рис. 59 дает представление о рациональном размещении оборудования СИГ на судне. Скруббер расположен рядом с дымовой трубой,
что сокращает протяженность труб большого диаметра с горячим и агрессивным газом. Газодувка расположена также рядом, но после скруббера, т.
е. ее проточная часть не подвергается агрессивному воздействию этого газа,
низкая температура перекачиваемой среды позволяет вынести ее за пределы
кожуха трубы, но трубопровод должен быть на всасывании возможно короче для снижения разрежения. Последующее оборудование размещается в
основном на грузовой палубе. Наглядное представление о составе оборудования дает схема на рис. 60. Ее устройство понятно из подрисуночной подписи.
Рис. 61. Принципиальная схема системы инертных газов типа В танкера типа «Победа»:
1 – дымоход вспомогательных котлов; 2 – устройство очистки клапана; 3 – контактно-прямоточные аппараты охлаждения и очистки газов; 4 – каплеотделитель; 5 – подача
инертных газов в танки; 6 – прием инертных газов с берега; 7 – палубный водяной затвор; 8 – кингстонный ящик ГНО; 9 – сублиматор; 10 – газодувки; 11 – слив за борт;
12 – насосы подачи воды к палубному затвору; 13 – прием воды от кингстона МКО;
14 – насос охлаждающей забортной воды; 15 – от резервного насоса вспомогательных
механизмов; 16 – главный отсечный клапан; 17 – магистраль инертного газа; 18 – грузовая магистраль;
¾ трубопровод инертных газов;
¾ грузовой трубопровод;
трубопровод забортной воды;
трубопровод слива воды
и дренажа
Еще более полное представление об устройстве СИГ, работающих от
котлов, дает схема на рис. 61. Здесь показаны не только газовые трубопроводы, но и системы забортной воды, обслуживающие СИГ. Из схемы видно,
что вода подводится от насосов 14 к скрубберу для очистки и охлаждения
76
газа, к водяному затвору 7, к газодувкам 10 для снятия нагрева газа в них.
Дренажные трубопроводы проходят на слив за борт от этого оборудования,
а также от каплеотделителя. Система оснащена большим количеством приборов измерения параметров и автоматики и управляется из ЦПУГО или
ЦПУ МО. Газовая магистраль соединяется с газоотводной и грузовой 18
системами, а также с газовым трубопроводом 6 на манифольде, через который инертный газ может быть получен с терминала.
Особенностью схемы, рис. 61, является то, что она имеет два контактнопрямоточных скруббера 3 и каплеотделитель 4, включенных последовательно. К скрубберам подводится пар от котлов для улучшения коагуляции
и удаления сажистых частиц, причем 90 % пара подводится к первому по
ходу газа скрубберу, 10 % – ко второму.
Эта система по классификации отнесена к типу В. Ее отличает от типа А
только наличие сублиматора 9. В нем остаточные сернистые соединения
вступают в реакцию с твердым ингибитором коррозии. Ингибитор при этом
сублимирует, т. е. переходит из твердого состояния в газообразное, насыщая инертный газ и придавая ему антикоррозионные свойства. Испарение
ингибитора протекает с поглощением теплоты, охлаждая газы. Охлаждение,
в свою очередь, снижает влажность инертного газа.
11.4. Устройство элементов СИГ
Рис. 62. Принципиальное устройство скруббера
77
Рис. 63. Контактно-прямоточный аппарат охлаждения и очистки газа: 1 и 2 – вход и выход газа;
3 – указательная колонка; 4 – слив воды; 5 – подвод воды; 6 – дренаж; 7 – смотровой лючок;
8 – предварительный впрыск воды в охладитель
первой ступени; 9 - брызгоотбойник
Очистители инертного
газа разных производителей
обычно отличаются друг от
друга. Но все они используют принцип обеспечения по
возможности максимального
контакта газа с распыленной
водой или смоченной поверхностью. Типичное устройство скруббера показано
на рис 62, не требующем пояснений.
На рис. 63 и рис. 64 показаны скруббер и каплеотделитель из схемы СИГ,
рис. 61. Интенсификация
процесса очистки и охлаждения достигается тремя
способами: двухступенчатым способом очистки, т. е.
в двух скрубберах, предва-
рительным впрыском воды в скруббер первой
ступени через отверстие 8, завихрением газоводяной смеси в аппаратах посредством тангенциального подвода потока газов к струе воды.
Сепарация от воды осуществляется в брызгоотбойнике 9. В каплеотделителе очистка происходит за счет замедления потока газа на выходе Рис. 64. Каплеотделитель:
патрубка 1 и поворота его на 180о перед выхо- 1 – патрубок входа газа;
2 – дренаж; 3 – слив;
дом (не показан) из каплеоотделителя.
4 – смотровой лючок;
Палубный водяной затвор
Это устройство предотвращает любой противоток газов и исключает поступление их к источникам воспламенения, расположенным в МО. Наиболее часто встречаются три типа водяных затворов (рис. 65).
Неосушаемый затвор – затвор простейшего типа. Его принцип действия
понятен из рис. 65а. Недостаток этого типа затвора состоит в том, что газ в
нем увлажняется, что может усилить процесс коррозии в танках. Поэтому
газ, проходящий через него, рекомендуется пропускать через антиконденсатное устройство.
78
Частично осушаемый затвор
(рис. 65б). На выходе из него газа в трубе имеется сужение в виде трубы Вентури, которое сообщено с баком для воды.
Когда начинается движение
газа, вода из затвора за счет создаваемого трубой Вентури разрежения втягиватся в бак, избыток ее сливается в дренажную
трубу. Газ при этом с водой не
контактирует.
Осушаемый затвор (рис. 65в).
Наполнение и осушение его
производится
автоматически
управляемыми клапанами, срабатывание которых настроено на
начало и конец движения газа в
нем. При движении газа в прямом направлении открывается
сливной и закрывается заливной Рис. 65. Типы палубных водяных затворов;
клапан. При движении газа в об- а – неосушаемый; б – частично осушаемый;
ратном направлении или его ос- в - осушаемый
тановки срабатывание клапанов
происходит в обратном порядке. Увлажнение газа исключается, но если
клапаны повреждены, этот затвор будет работать как неосушаемый.
Рис. 66. Принцип действия жидкостного прерывателя давления /вакуума:
а – атмо-
сферное давление в СИГ; б – режим эксплуатации СИГ (например, при давлении 1000
мм вод. ст.); в – сброс давления (например, равного 1600 мм вод. ст.) г – сброс вакуума
(например, при давлении на 400 мм ниже атмосферного)
79
Принцип работы жидкостного прерывателя давления/вакуума показан на
рис. 66. Аналогичную функцию выполняет механический дыхательный
клапан в газоотводной системе, если танк не инертизирован.
Контрольные вопросы к лекции 7
1. Пояснить диаграмму образования взрывоопасных газовоздушных смесей.
2. Какие концентрации углеводородов считаются опасными, критическими и безопасными?
3. Назначение систем инертных газов.
4. В каких случаях наличие на судне системы инертных газов обязательно?
5. Какие дополнительные преимущества создает СИГ?
6. Классификация СИГ по способу получения.
7. Классификация СИГ по способу очистки.
8. Состав инертного газа, полученного из котла.
9. Структурная схема СИГ.
10. Размещение СИГ на судне (топологическая схема).
11. Пояснить СИГ фирмы Хаджес.
12. Принципиальная схема СИГ т/к «Победа».
13. Контактно-прямоточный газоочиститель и каплеотделитель.
14. Водяные затворы.
15. Принцип действия жидкостного прерывателя давления/вакуума.
16. Основные отличия СИГ типа А, Б и В.
17. Основные отличия СИГ Г, Д, и Е.
Лекция 8
11.5. Способы и режимы инертизации танков
Существуют два способа инертизации танков: разбавление и замещение. В названии способов содержится их суть. В первом случае газ подается
в танк с большой скоростью так, что он интенсивно перемешивается с газовой средой танка. Подача может подаваться сверху через трубопровод
инертного газа, или снизу через грузовой трубопровод (рис. 67).
Для инертизации по способу разбавлении требуется возможно большая
скорость подачи газа в танк, поэтому танки этим способом инертизируют
по одному.
Способ замещения основан на том, что плотность инертного газа
меньше плотности газообразного углеводорода. Если медленно подавать
инертный газ сверху в танк, а углеводородный газ в это время выпускать
через доведенную до дна танка трубу, то между двумя газами образуется
поверхность раздела (рис. 68), которая будет смещаться медленно вниз до
тех пор, пока весь взрывоопасный газ не будет вытеснен из танка. Для того,
чтобы обеспечить медленную подачу газа, его подают одновременно в не80
сколько танков. Способ разбавления через грузовую систему и способ замещения возможны только при инертизации пустых танков. Такую инертизацию называют продувкой танков.
Рис. 67. Инертизация танков способом разбавления: а – ввод инертного газа сверху;
б
– ввод инертного газа снизу через грузовую магистраль
Режимы работы СИГ в зависимости от этапов транспортного процесса
отличаются один от другого. В одних случаях СИГ работает с полной производительностью, в других включается периодически, в третьих СИГ
выключена, а в четвертых ее газодувки подают в танки чистый воздух для
вентиляции. Рассмотрим основные из них.
- Продувка пустого танка перед его погрузкой, приемом балласта, дегазацией помытого танка. В этом случае СИГ работает с полной производительностью.
- Прием груза или балласта. Танк инертизирован, но СИГ выключена.
Удаление газа производится через газоотводную систему или продувочные
трубы выдавливанием его грузом или балластом.
- Слив груза или удаление балласта. СИГ работает с подачей, обеспечивающей замещение высвобождающегося объема танка.
- Мойка грузовых танков переносными или стационарными моечными
машинками. Замываемые танки должны быть инертизированы, что требует
в некоторых случаях полной производительности СИГ.
81
Рис. 68. Инертизация танка способом замещения
- Вентиляция грузовых танков с помощью газодувок. Газодувки одна
или обе работают в номинальном режиме и подают
в танк чистый воздух.
- Режим поддержания
заданной инертизированной среды в танках с грузом или балластом во
время перехода судна.
Периодическое включение СИГ при снижении
давления инертного газа.
11.6. СИГ типа Г, Д и Е
Инертный газ для СИГ типа Г, Д, и Е вырабатывается в АГГ, которые,
на первый взгляд, мало отличаются один от другого конструктивно. Отличия начинаются с газовой среды на входе в АГГ и заканчиваются качеством
инертного газа в части содержания в нем кислорода, углекислого газа и влаги. Это качество обусловлено не только необходимостью обеспечения
взрывобезопасности, но и требованиями качественной перевозки различных
химических грузов и сжиженных газов. На нефтевозах АГГ иногда устанавливаются для выработки небольшого количества газа для поддержания
инертизированной атмосферы в незаполненных пустотах танков во время
перехода с грузом. В это время вспомогательные котлы, как правило, не работают. Еще одной особенностью установок этого типа является то, что горелка и газоочиститель собраны в одном корпусе, который называют производительной колонной.
Автономные установки инертного газа высокого давления типа Г. Основной особенностью этих установок является то, что в них происходит
дожигание кислорода в отработавших газах газовых турбин, вспомогательных ДВС и уходящих газов котлов. Причем, такая установка может работать на полную мощность и на ходу, и на стоянке.
Рассмотрим АГГ этого типа на примере установки «Турб-инерт», разработанной норвежскими фирмами (рис. 69).
82
22
Рис. 69. Принципиальная схема автономного генератора инертных газов
«Турб-инерт» типа Г
Источником инертных газов в ней является комбинация газотурбинного двигателя (ГТД) и автономного генератора инертных газов. ГТД 5 вращает электрогенератор 3 мощностью 1250 кВт, обеспечивающий судно
электроэнергией, а также воздушный компрессор 4. Топливо в камеру сгорания 19 ГТД подается топливным насосом 7, а сжатый воздух – турбокомпрессором 4. Общий объем газов, выходящих из газовой турбины при полной нагрузке ГТД составляет 31000 м3/ч, что достаточно для супертанкеров
дедвейтом до 500000 т. При неработающей СИГ отработавшие газы ГТД
выпускаются в атмосферу через заслонку 18 при закрытом клапане 17. При
83
вводе СИГ в действие отработавшие в турбине 5 газы с содержанием кислорода около 16 % через клапан 17 отбора газа направляются в камеру
сгорания – дожигатель 21, расположенный в верхней части производительной колонны АГГ. В установке «Турб-инерт» газовая турбина выполняет
функции нагнетателя топочных газов и работает на противодавление около
30 кПа. Нагрузка на электрогенератор в этих условиях должна быть снижена на 40 – 50 % в зависимости от расхода инертных газов. В горелку дожигателя наряду с топочными газами через главное сопло насосом 8 подается
жидкое топливо. Инертные газы с низким содержанием кислорода, образующиеся в дожигателе в процессе сгорания топлива в атмосфере выпускных газов ГТД, подвергаются в скруббере 9 охлаждению и очищению, и
подаются затем в магистраль инертных газов (МИГ). Содержание кислорода в МИГ регулируется изменением подачи отработавших газов в дожигатель за счет сблокированных клапанов 17 и 18. С изменением подачи топлива в камеру дожигателя меняется противодавление на выходе ГТД. Чтобы
сохранить частоту его вращения неизменной, необходимо синхронно регулировать нагрузку электрогенератора, увеличивая ее на других генераторах.
Кислородный газоанализатор 10, датчик давления и расходомер, установленные на МИГ за его регулирующим клапаном 14 (не показаны),
управляют регулирующими клапанами: подачи топлива 20, подачи инертного газа в МИГ 17, выброса инертного газа в атмосферу 18, коэффициента
избытка воздуха 22. Это позволяет в автоматическом режиме работы установки регулировать расход топлива и подачу выхлопных газов на дожигание, а если требования к содержанию кислорода в инертном газе не соблюдаются, производить выброс некондиционного газа в атмосферу через клапан 15.
При работе системы «Турб-инерт» в режиме вентиляции воздух в грузовые танки подается турбокомпрессором 4 через эжектор 2 и скруббер.
Дожигатель 21 при этом не работает. Эжектор 2, рабочей средой для которого является воздух из турбокомпрессора 4, подает в систему дополнительное количество воздуха. Общая подача воздуха составляет 25000 м3/ч.
Дожигание кислорода, содержащегося в газах, путем подачи в дожигатель газогенератора топлива и дополнительного воздуха позволяет получить инертные газы с содержанием кислорода 1,5 – 2 %.
Автономный генератор инертных газов типа Д представлен на рис.
70. Топочный воздух в камеру сгорания подается вентилятором 3, жидкое
нефтяное топливо – насосом 4, каждый из которых резервируется. Замена
газодувок на вентиляторы существенно повышает их техникоэкономические показатели благодаря исключению газодинамического сопротивления на стороне всасывания. Повышается надежность благодаря
тому, что внутренние детали вентилятора не соприкасаются с агрессивными
компонентами газов.
84
В основной горелке 5, к главному соплу которой подается топливо,
происходит его смешивание с воздухом и сжигание. Для охлаждения корпуса топочного устройства используется пресная вода, что снижает его
коррозию. Пресная вода, подаваемая насосом 2, циркулирует по замкнутому контуру. Испаряясь, пар поднимается вверх в паросборник, а затем направляется в конденсатор 14, охлаждаемый морской водой, которая подается насосом 1, и помимо конденсатора направляется в скруббер, в котором
она охлаждает и очищает газы, образующиеся в камере сгорания. Уровень
воды, стекающей в нижнюю часть скруббера, регулируется посредством
поплавкового регулятора 10, связанного с пневматическим приводом 11
Рис. 70. Принципиальная схема СИГ типа Д
85
клапана 12, который предназначен для сброса отработанной воды за борт.
Мокрый 13 и сухой 8 фильтры очищают инертные газы непосредственно в
самом скруббере. Очищенные газы из верхней части скруббера подаются
через клапан Ру3 в МИГ. Если давление инертных газов в МИГ выше нормы, их излишки через клапан Ру4 отводятся в дымовую трубу. В горелку 6
запального устройства топливно-воздушная смесь подается только в период
розжига основной горелки 5 при пуске газогенератора в работу. Газоанализатор 9 предназначен для определения содержания кислорода в инертных
газах.
Повышение содержания кислорода в инертных газах вызывает изменения положения перепускного клапана Ру1, установленного на нагнетательном трубопроводе вентилятора, которым регулируется коэффициент избытка воздуха. При увеличении кислородосодержания до 5 % срабатывает сигнализация, а до 8 % – закрывается регулирующий клапан Ру3 на трубопроводе МИГ, и открывается клапан Ру4 выброса газов в атмосферу. Расход и
давление инертных газов в МИГ поддерживается изменением положения
клапана Ру3, а также клапана Ру2 регулировки подачи топлива в камеру
сгорания, установленном в перепускном топливопроводе. В случае чрезмерного повышения давления перед клапанами Ру3 и Ру4 при вводе АГГ в
работу излишки газа стравливаются в атмосферу через предохранительный
клапан 15.
Жесткие требования, предъявляемые к влажности и химическому составу инертных газов при их использовании для создания нейтральных подушек над сжиженными газами и химическими грузами, не могут быть
обеспечены автономными СИГ типа Г и Д. Если требуется повышение давления, либо сушка инертных газов, либо удаление из них отдельных компонентов, применяют СИГ типа Е с различной дополнительной комплектацией оборудования.
Автономные газогенераторы типа Е.
Скруббер имеется в комплектации любой СИГ, но в зависимости от
дополнительного оборудования системы типа Е делятся еще на шесть вариантов:
Е1 – влага адсорбируется хлористым литием;
Е2 – осушение путем охлаждения в холодильной машине;
Е3 – включает силикагелевый поглотитель влаги;
Е4 – имеет холодильную машину и силикагелевый адсорбент;
Е5 – газовый компрессор и цеолитовый адсорбент;
Е6 – холодильная машина и цеолитовый адсорбент.
Синтетический цеолит, называемый молекулярным ситом, является силикатом алюминия, имеющим кристаллическую структуру с каналами молекулярных размеров. Такая структура хорошо адсорбирует молекулы Н2О,
СО2 и др.
86
Каждый из этих вариантов имеет свою область применения. В частности, при необходимости подачи осушенных газов с повышенным давлением
используют газовые компрессоры, а когда одновременно с осушением требуется удаление СО2, применяют цеолитовые адсорбенты. Если же требуется глубокое снижение точки росы инертных газов, применяют комбинации
указанных методов.
АГГ типа Е используются на газовозах, химовозах и танкерах смешанного типа. Степень очистки газов в них может быть очень высокой. Содержание кислорода может быть снижено до 0,2 %, полностью удаляется сажа,
до 10 млн-1 – SO2, при необходимости – СО2 до 100 млн-1 ( до 0,01 % при
первоначальной концентрации в газах 13 – 15 %).
На танкере могут устанавливаться смешанные СИГ с двумя и более
АГГ, имеющими разные типы и характеристики, с общей или независимыми МИГ. Если МИГ является общей, на выпускном патрубке каждого из
АГГ предусматривается соответствующее запорное устройство.
Когда СИГ используется на судне не только как средство предупреждения пожара, но и для его тушения, источником инертных газов должен
быть только АГГ. В этом случае СИГ должна сохранять свою работоспособность даже в случае обесточивания шин ГРЩ. На роль основного стационарного средства пожаротушения на танкерах наиболее подходит СИГ
типа Г. Ее газотурбинный двигатель приводит во вращение аварийный
электрогенератор, а отработавшие в ГТД газы дожигаются в камере сгорания АГГ.
11.7. Системы инертных газов на газовозах
По требованию Газового кода концентрация кислорода в инертном газе
не должна превышать 0,2 % по объему, содержание углекислого газа и точка росы должны быть низкими, чтобы предупредить вымерзание паров влаги и СО2 в условиях отрицательных температур. При перевозке аммиака не
допускается содержание в инертном газе углекислого газа, т. к. эти два газа
вступают в реакцию, образуя карбаматы. Наиболее подходящим для газовозов
было бы использование чистого азота, но он имеет высокую стоимость. Как
правило, СИГ на газовозах состоит из двух отдельных установок типа Е с раздельными МИГ, в которых поддерживаются разные давления – низкое и повышенное. Помимо грузовых цистерн на газовозах рефрижераторного и полурефрижераторного типов инертизируются и межбарьерные пространства
(объем между внутренней и наружной оболочками, заполненный тепловой
изоляцией). Принципиальная схема такой системы показана на рис. 71.
АГГ низкого давления 6 производит инертные газы, используемые для
продувки магистральных трубопроводов грузовых систем. Инертные газы,
получаемые в газогенераторе 6, охлаждаются в конденсаторе 5 осушительной холодильной установки и подаются в МИГ 10. Съемные коллекторы 7,
87
располагаемые на магистрали 10, позволяют подсоединить гибкие шланги
11 и использовать инертные газы, производимые установкой 6 для аварийной продувки межбарьерного пространства грузовых трюмов газовоза.
АГГ 1 более высокого давления обеспечивает штатную инертизацию
грузовых танков и межбарьерных пространств. Эти газы, проходя через охладитель 2 компрессорной осушительной установки, попадают в МИГ 12, а
от нее распределяются в грузовые танки 17 и межбарьерные пространства
16. На куполе для каждого грузового танка и окружающего его межбарьерного пространства устанавливаются газовпускные 18, 19 и газовыпускные
(продувочные) 20, 21 трубопроводы. Последние на выходе из купола соединяются с групповыми палубными трубопроводами ГОС. Газовпускной
трубопровод 18, по которому инертные газы поступают в грузовой танк,
выведен в его верхнюю часть, а трубопровод 19 в межбарьерном пространстве – наоборот, в нижнюю часть. Подача инертных газов в емкости производится через распределительные клапаны 22. Трубопроводы межбарьерных пространств, кроме того, снабжены сблокированными между собой запорными уравнительными клапанами 13 и 14. эти взаимосвязанные между
собой клапаны поддерживают давление инертных газов в межбарьерном
пространстве постоянным в течение суточного колебания температуры окружающего воздуха. Предохранительный клапан 15 межбарьерного пространства срабатывает в случае неудовлетворительной работы клапанов 13
и 14. Инертные газы, полученные в установке 1, могут подаваться через
гибкие рукава 8 также к коллектору 9 грузовой системы для продувки
инертными газами коллектора и всех магистралей грузовой системы (резервный способ).
Рис. 71. Принципиальна схема СИГ газовоза
88
Рис. 72. Автономные газогенераторы типа Е фирмы «Смит Синус»:
а – генератор
азота повышенного давления типа Е5; б – генератор инертных газов низкого давления с пониженной точкой росы типа Е6; 1 – винтовой компрессор; 2 – осушитель и
отделитель СО2; 3 – фреоновая холодильная установка; 4 – цеолитовый адсорбер;
5 – электрокалорифер; 6 – вентилятор; 7 - скруббер
Отличительной особенностью АГГ, установленных на газовозах, является отсутствие палубных водяных затворов и жидкостных предохранителей, что объясняется низкими температурами сжиженных газов. Невозможность попадания паров сжиженных газов в АГГ достигается установкой на
МИГ невозвратных клапанов.
Пример производства инертных газов на газовозах рефрежираторного и
полурефрижераторного типов показан рис. 72.
На рис. 72а показана установка Е5, в которой винтовой компрессор
ротационного типа подает газ со скруббера 7 в охладитель, прокачиваемый
забортной водой. Это первая ступень осушения, в которой конденсируется
большая часть влаги. Для получения точки росы -45 оС инертный газ досушивается в осушителе 2 с цеолитом, в котором одновременно удаляется и
углекислый газ. Два сосуда работают попеременно: в режиме адсорбции за
счет поднятия давления, и десорбции за счет сброса давления.
Для газовозов-рефрижераторов требуются инертные газы низкого давления с более глубоким понижением точки росы – до -70 оС. Это достигается комбинацией холодильной установки 3 с косвенным охлаждением фреоном на первой ступени охлаждения-осушения и цеолитового адсорбера 4
циклического действия (рис. 72б). В период десорбции через адсорбер вен89
тилятором 6 через нагреватель 5 в адсорбер 4 подается горячий воздух, выпаривающий накопившуюся в нем влагу. Двумя установками инертных газов типа Е с высоким содержанием азота в инертном газе оборудованы газовозы типа «Моссовет».
Установки инертных газов типа А, Б, В на газовозах не применяют
ввиду их чрезмерной зависимости от режимов работы паровых котлов и повышенного содержания кислорода.
Контрольные вопросы к лекции 8
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Способ инертизации разбавлением газов.
Способ инертизации замещением газов.
Различия в скорости подачи газов при разных способах инертизации.
В каком случае СИГ работает с полной производительностью?
В каком случае СИГ включается периодически?
В каком случае СИГ выключена?
Особенности СИГ типа Г.
Устройство АГГ типа «Турб-инерт».
Работа АГГ типа «Турб-инерт» в режиме вентиляции.
Каким образом газоанализатор управляет работой установки «Турб-инерт»?
Устройство АГГ типа Д.
Какие дополнительные устройства имеют системы типа Е?
Какие требования к СИГ предъявляются на газовозах и химовозах?
Как и зачем в некоторых СИГ удаляют СО2?
Устройство АГГ газовоза.
Основные отличия СИГ газовоза и нефтевоза.
СИГ газовозов рефрижераторного и полурефрижераторного типа?
Лекция 9
12. Мойка танков на нефтетанкерах
Мойка танков от нефтеостатков на танкерах, перевозящих нефть и продукты ее переработки, является обязательным условием нормального технологического процесса грузоперевозок. Такая необходимость возникает в
связи с тем, что нефть по фракционному составу неоднородна, содержит
тяжелые частицы, оседающие на дно емкостей с образованием вязких отложений. Вертикальные переборки и элементы набора судна загрязняются в
гораздо меньшей степени, но также требуют очистки. Отложения на днище
и стенках танков выделяют газообразные углеводороды, создающие опасность взрыва или пожара. Отложения содержат твердые включения, пропитывают ржавчину, и поэтому мойка танков часто требует последующего
удаления этих отложений и ржавчины. На каждом танкере эта работа производится механизированными способами, но в некоторых случаях при
тщательной очистке танка требуется и ручной труд. Степень мойки и очи90
стки танков может быть различной и зависит от назначения этой работы в
каждом конкретном случае.
Мойка осуществляется с целью:
- подготовки танкера к балластному переходу;
- удаления из танков отложений остатков груза, ржавчины в профилактических целях и для осмотров танков;
- подготовки судна к ремонту;
- под смену груза.
Определившись с назначением мойки танков, экипажу танкера предстоит сделать и другие выборы:
- выбрать способ мойки и необходимые технологические операции;
- определиться с обеспечением безопасности работ (выбор газовой среды в танке, замеры концентраций газов, необходимость инертизации танка,
вентиляции и пр.);
- обеспечение предотвращения загрязнения моря при удалении с судна
промывочной воды (отстой, очистка в сепараторе, слив в береговые емкости
и пр.);
- решить, что делать с отмытыми нефтеостатками (сдать на берег, смешать с последующим грузом, утилизировать на судне).
Учитывая сложность и трудоемкость процесса мойки танков, старший
механик совместно со старшим помощником судна перед ее началом составляют план-график ее проведения.
12.1. Условия проведения и периодичность мойки
Мойка может производиться сырой нефтью, забортной водой или раствором моющего препарата в морской воде.
Мойка танков производится в одной из следующих атмосфер:
- инертизированная – атмосфера в танке, возгорание в которой исключено, так как танк инертизирован, содержание кислорода в нем не превышает 8 % по объему;
- обедненная – атмосфера, возгорание в которой исключено в результате преднамеренного снижения содержания паров углеводорода до уровня
менее НПВ;
- с неустановленным газовым составом – атмосфера, содержание паров углеводорода в которой может быть выше или ниже пределов взрываемости или находится в их диапазоне;
- перенасыщенная – атмосфера, возгорание в которой исключено в результате преднамеренного повышения паров углеводорода выше ВПВ – не
менее 15 % по объему.
При мойке в перечисленных видах атмосферы должны выполняться
как общие меры безопасности, так и специфические для каждого варианта.
К общим требованиям относятся:
91
- мойка сырой нефтью может производиться только в инертизированной атмосфере;
- должна быть полная информация о концентрации углеводородов в
танке или невозможности ее определения;
- все моечные шланги должны быть заземлены;
- должны быть известны температура и давление моющей воды;
- должна быть известна производительность моечных машинок, а также
продолжительность их паспортного цикла;
- при мойке сырой нефтью должны быть приняты меры по снижению
обводненности нефти.
Специфические требования к мойке в каждом из перечисленных случаев определяются инструкциями, которые должны быть тщательно изучены
членами экипажей судов, ответственными за ее проведение.
Периодичность проведения моечных работ дана в таблице 1.
Таблица 1
Периодичность проведения моечных работ
Назначение мойки
На балластный переход:
полная мойка
частичная мойка
Периодичность проведения моечных работ
При рейсах более 10 суток – ежерейсно, за исключением случаев, когда по условиям плавания проведение моечных работ невозможно;
При продолжительности балластного рейса менее 10 суток – по
усмотрению капитана
Для осмотра, профи- - при рейсах продолжительностью до 20 суток – через 4 – 5
лактического удаления рейсов, но не реже одного раза в 3 – 4 месяца;
неоткачиваемых
ос- - при рейсах продолжительностью свыше 20 суток – не реже
татков
одного раза в 3 – 4 месяца;
- вместо полной мойки в указанные сроки может производиться частичная мойка по несколько танков ежерейсно
Под ремонт:
полная мойка
- перед постановкой судна в заводской ремонт или док;
частичная мойка
- для выполнения неотложных ремонтных работ по устранению
повреждений в отдельных танках
Под смену вида груза
- под светлые грузы – после перевозки темных нефтепродуктов;
- под пищевой груз – после перевозки нефтепродуктов или другого вида пищевого груза
12.2. Технологии механизированной водной мойки танков
Для мойки танков применяют следующее оборудование, которое в комплекте составляет моечную систему: моечный магистральный трубопровод,
моечные машинки (ММ), отстойные танки, моечный насос, подогреватели
воды, нефтеводяные сепараторы, цистерны для сбора отмытых нефтепродуктов, емкости для хранения химических препаратов, арматура моечной
системы, система управления моечным процессом. На современном танкере
92
всегда есть стационарная система мойки. Она резервируется переносным
оборудованием, куда входят переносные моечные машинки, шланги, кронштейны под шланги, вентиляторы, лебедки для удаления из танков твердых
отложений.
Количество ММ зависит от размеров грузовой емкости и может доходить до четырех в одном танке. Причем, машинка может быть одно-, двухи трехсопловой, иметь разные диаметры сопел, различные конструкции и
производительность.
По технологии проведения
различают способы механизированной мойки танков по разомкнутому циклу и по замкнутому циклу.
Мойку танков по разомкнутому циклу, как правило,
проводят с двухступенчатым
отстоем промывочной воды
(рис.73). Мойка с одноступенчатым отстоем промывочной
воды возможна только для грузовых танков, в которых переРис. 73. Схема мойки по разомкнутому циклу
возились лёгкие сорта груза.
При разомкнутом цикле мойки
очистка промывочной жидкости осуществляется способом проточного отстоя. Проточная вода сливается за борт после одноразового использования
и очистки нефти в отстойных танках до концентрации, допускающей слив
её в море.
При мойке танков по разомкнутому циклу моечный насос 2, или используемый для этой цели один из грузовых насосов, через кингстон 4 и
фильтр 9 принимает воду из – за борта и через подогреватель 3, либо минуя
его, подаёт воду к моечным машинкам 6, находящимся в танках. Зачистной
насос 1 откачивает промывочную воду из замываемого танка в первый отстойный танк 8 (первая ступень очистки), из нижней части которого отстоявшаяся промывочная вода перетекает во второй отстойный танк 5 (вторая
ступень очистки), а затем сливается за борт самотёком или выкачивается
зачистным насосом.
Через верхний забортный отливной клапан в процессе мойки по разомкнутому циклу непрерывно сливается за борт промывочная вода, очищенная от нефти в отстойных танках. На судах, где отсутствует верхний отливной клапан , слив производят через днищевой кингстон. Слив воды из
отстойных танков должен быть контролируемым по нефтесодержанию.
С окончанием мойки всех танков отстоявшуюся промывочную воду из
отстойных танков сливают за борт, а нефтепродукты собирают в первый от93
стойный танк и сдают в береговые очистительные сооружения или используют на судне.
Мойка грузовых танков по замкнутому циклу возможна как с двухступенчатым (рис.74) , так и с одноступенчатым отстоем промывочной жидкости.
При замкнутом цикле мойки очистка промывочной
жидкости
осуществляется способом проточного отстоя.
Промывочная жидкость
используется
многократно при непрерывной
очистке от нефти в отстойных танках.
При мойке танков
по замкнутому циклу с
двухступенчатым отстоем (рис. 74) моечный насос 2 (или используемый
для этой цели грузовой
Рис. 74. Схема мойки танков по замкнутому циклу
насос) принимает моющую жидкость из второго отстойного танка 4, подаёт через подогреватель 3
(или минуя его) по трубе 9, клинкеты 11 и гибкие или стационарные патрубки
10 к моечным машинкам 5. Зачистной насос 1 откачивает промывочную жидкость из замываемого танка 12 в первый отстойный танк 6, из нижней части
которого промывочная жидкость по пропускной трубе протекает во второй
отстойный танк 4. Большая часть отмытых нефтепродуктов 7 собирается на
поверхности промывочной жидкости в первом отстойном танке 6.
С окончанием мойки всех танков промывную жидкость из танка после
отстаивания сливают за борт через систему САЗРИУС, либо сдают в береговые очистительные сооружения. Отмытую нефть отправляют на берег
или сливают в груз.
Для мойки танков обычно используют забортную морскую воду. Для
удаления со стенок танка загрязнений используется ударное действие струи
воды. При ударе часть воды распыляется, а часть отражается (эффект отраженных брызг) и затем стекает по переборкам, очищая их, хотя и с меньшей
эффективностью.
Это действие ударной струи воды изменяется в зависимости от места
расположения остатков нефтепродуктов по отношению к стволу гидромонитора (машинки), скорости и давления струи, или от продолжительности
подачи воды на участок с остатками нефтепродуктов.
94
Последующее изменение эффективности ударного действия струи происходит в случае затопления обрабатываемого танка водой, поступающей
из моечной машинки. Когда же затопление обрабатываемого участка сопровождается охлаждением воды, это вызывает при очистке определенные
проблемы. Вода по внутренней поверхности стекает вниз и частично затопляет полку стрингера, оказывая при этом слабое воздействие на обрабатываемую поверхность. Но если струя будет направлена перпендикулярно
полке, то перед областью удара струи может образоваться волна, а в углах
слой воды, который защищает осадок.
При рассмотрении процесса мойки днища танка проблема очистки осложняется с увеличением глубины затопления. Не говоря уже о том, что водой покроются места с максимальными накоплениями остатков мазута.
Кроме того, часть удаленных струей со стенок танка остатков мазута, вероятно, будет отброшена назад, к уже очищенным участкам.
В зависимости от того, под какой груз готовятся танки, мойка может
производиться холодной или горячей водой, нагретой до температуры 70 –
80 оС. Если танки моют для приемки чистого балласта или нефтепродуктов,
мало отличающихся по своим паспортным данным от ранее перевозившегося груза, мойку лучше производить холодной водой или подогретой до
температуры 50 –60 оС. Качество мойки танков горячей водой улучшается
при условии, что температура воды будет поддерживаться в пределах 70 –
80 оС.
Вода достаточно эффективное, но и не идеальное моющее средство.
Практика показала, что после мойки танков горячей водой под большим
давлением на металлической поверхности танков быстро образуется слой
свежей ржавчины. Объясняется это тем, что при такой мойке оголяется поверхность металла танков и труб, так как сбивается старая ржавчина и снимается слой нефтепродуктов, являющийся фактически защитной пленкой,
предохраняющей металл от окисления. Однако, при мойке танков холодной водой нефтяная плёнка на поверхности танков предохраняющая их от
интенсивного ржавления сохраняется. При длительной эксплуатации танкера на перевозке светлых нефтепродуктов (бензин, керосин и пр.) корпус,
переборки и набор грузовых танков подвергаются коррозии. В этом случае
для мойки танков основное значение имеет не температура воды, а как
можно более высокое давление, при котором струи воды сбивали бы ржавчину. При этом ржавчина настолько раздробляется струей воды, что почти
вся удаляется вместе с моечной водой.
Применение морской воды вносит нежелательные солевые добавки в
смесь нефтепродуктов с водой, что затрудняет утилизацию отмытых нефтеостатков.
Мойка водным раствором моющего химического препарата может
производиться только по замкнутому циклу. Применение химических препаратов позволяет многократно использовать одну порцию моющего рас95
твора. Отработанный раствор должен сохраняться на судне и сдаваться на
береговые очистительные сооружения или зачистную станцию, без сброса в
море загрязнённых нефтепродуктов, промывочных вод и отмываемого продукта. Тем самым обеспечиваются условия для выполнения международной
конвенции по предотвращению загрязнения моря нефтью.
В советское время производились и широко использовались отечественные моющие препараты МЛ-6, МЛ-72, ИМФ-1. Иногда закупались и заграничные препараты «Амероид», «Гамлен Сиклин», «Веком» и др. для
мойки танков приготавливался в отстойном танке водный раствор с концентрацией препарата 0,1 – 0,2 %. Сейчас нет сведений о том, сохранилось ли
производство отечественных препаратов. Да и сами химические очистки
стали менее популярны из-за ужесточения требований к защите моря от загрязнений. Привести в соответствие с требованиями МАРПОЛ отработавший моющий раствор практически невозможно, а на берег его принимают
не во всех портах. К тому же, эти препараты дороги, хотя эффективность
мойки они повышают как минимум в два раза. Очевидно, использование их
целесообразно, когда требуется особо тщательная мойка под пищевые продукты после нефтяного груза или перед
постановкой судна в ремонт.
12.3. Моечные машинки
В водных системах мойки наиболее
распространены двухсопловые ММ, которые могут быть как стационарными,
так и переносными. Стационарная ММ
двухсоплового типа показана на рис. 75.
Она крепится к палубе при помощи
фланца 5. В верхней части машинки
крепится гидроприводной сервомотор 2,
к которому по трубопроводу 3 поступает рабочая жидкость от общей моечной
магистрали 4, подающей воду на мойку
танков. Из сервомотора вода сливается в
танк по трубопроводу 1. В нижней части
машинки расположена двухсопловая насадка 8, получающая движение через
червячную передачу 7 от вала 6, приводимого в движение сервомотором. Достоинством гидроприводных машинок
является возможность использования
одной рабочей среды одинакового давления как для управления ММ, так и для
96
Рис. 75. Двухсопловая стационарная
моечная машинка
мойки танка. В системе мойки сырой нефтью используются, как правило,
стационарные односопловые ММ, представляющие собой высоконапорные
гидромониторы лафетного типа (рис.
76). Такая ММ имеет пропускную способность 169 – 190 м3/ч при давлении
0,8 – 0,9 МПа. Длина струи из сопла достигает 40 м. Гидромониторы могут
быть встроенными в танки по два-четыре на танк и закрепленными неподвижно к верхней палубе, либо их
помещают внутри танков на специальных штангах для свободного перемещения в вертикальном направлении. Гидромонитор состоит из
привода (управляющей головки) 1,
устанавливаемого выше палубы 2,
поворотного ствола-сопла 3, соединенного подпалубным трубопроводом 5 с палубной моечной магистралью посредством фланца 4. Движения ствола состоят из комбинации вращательного движения поворотного ствола вокруг вертикальной оси и качательного движения
вокруг горизонтальной оси на угол
± 45о. Тем самым создается двухспиральная траектория обмыва с
хорошим охватом поверхности тан- Рис 76. Гидромонитор лафетного типа
ка. Моющая жидкость к ММ подается через клинкет 6.
Кроме показанных есть другие конструкции машинок, отличающихся
рабочей средой, количеством уровней расположения сопел, устройством
управляющей
головки.
Способы перемещения сопел на разные уровни тоже различны. Часто используются
переносные
ММ опускаемые в танки
на разные уровни с помощью канатов. Моющая
среда подводится к ним по
шлангам, причем не допускается на них удержиРис. 77. Кронштейн для шлангов переносных ММ
вать вес ММ. В комплект
97
переносных моющих машинок входят резинотканевые рукава 2 и кронштейны 3 для них (рис. 77). Кронштейны устанавливают на палубную горловину 1, специально предназначенную для ММ. Это предотвращает выброс на палубу моющей жидкости и паров, устраняет заломы шлангов. Секции шлангов соединяются друг с другом и с рожками моечной магистрали
при помощи быстроразъемных соединений, выполненных из материалов, не
образующих искр при ударах. Все шланги для подачи моющей жидкости
должны быть армированы связующей проволокой. Сцепляющие устройства
должны быть присоединены к шлангу таким образом, чтобы между ними
была обеспечена надежная электрическая связь.
12.4. Системы мойки танков
Принципы построения систем мойки, показанные на рис. 73 и 74 на
Рис. 78. Двухкаскадная разомкнутая система мойки танков с грузовым насосом, турбонасосом и вакуумным удалением воды из замываемого танка
практике могут иметь различное исполнение. Если на танкере имеется отдельная зачистная система, выкачка из танков продуктов мойки принципиально не отличается от показанных на рис. 73 и 74. В некоторых случаях
моечная вода подается грузовым насосом, и специальный насос может отсутствовать. Если зачистная система отсутствует, моечная вода может удаляться из танка специально предусмотренным объемным или струйным насосом. В любом случае не допускается скопление в танке использованной
воды, так как она препятствует мойке днища танка. На рис. 78 показан один
из вариантов устройства системы мойки на танкере без зачистной системы.
Забортная вода через кингстонную коробку 2 грузовым насосом 1 подается
98
одновременно в моечную магистраль 6 и на гидротурбину 11. Из моечной
магистрали чистая вода поступает к моечным машинкам 7. Гидротурбина
вращает центробежный насос, выполняющий функцию зачистного. Этот
насос забирает эмульсию из грузового танка по всасывающему грузовому
трубопроводу 9 через сепаратор 4 и подает ее по трубопроводу 10 в отстойный танк первого каскада 8. В сепараторе 4 газовоздушная смесь, прохватываемая через приемные храпки, удаляется при помощи вакуумного насоса (не показан) по трубопроводу 5. После отстоя промывочная вода самотеком перетекает в отстойный танк 12 второго каскада, из которого чистая
вода удаляется за борт.
Следует отметить, что эту систему нельзя назвать универсальной. Она
не дает возможности мыть танки одновременно с выгрузкой, а также осуществлять мойку по замкнутому циклу. Для того, чтобы сделать подобную
систему замкнутой, ее необходимо дополнить отдельным моечным насосом
с забором воды из отстойного танка и подогревателями воды. Очевидно, авторы системы не ставили такую цель исходя из назначения танкера. К тому
же, правилами по безопасности при мойке в обедненной атмосфере и с неустановленным газовым составом не допускается повторное использование
моечной воды.
При раздельной грузовой системе танкер должен иметь отдельный моечный насос, а удаление использованной воды производится погружным
грузовым насосом. В остальном система мойки не отличается от других моечных систем.
12.5. Мойка танков сырой нефтью
На судах, перевозящих сырую нефть, этим же грузом осуществляют
мойку танков. Такая мойка дает ряд преимуществ перед мойкой водой, хотя
не может ее заменить полностью. Эти преимущества состоят в следующем:
- более полно удаляются загустевшие остатки груза за счет использования свойств нефти растворять смолистые отложения;
- многократно уменьшается загрязнение моря нефтью даже в том случае, когда требуется домывка водой;
- увеличивается грузовместимость танкера за счет полного удаления
неоткачиваемых остатков груза;
- сокращаются потери груза при последующей водной мойке;
- уменьшается коррозия корпуса судна от ударного воздействия на металл моющих струй морской воды;
- сокращается простой судна под моечными операциями.
Мойка сырой нефтью допускается при выполнении некоторых условий:
- замываемый танк должен быть инертизирован;
- система мойки должна быть стационарной;
99
- мойка производится по разомкнутому циклу.
Мойка танков сырой нефтью производится одновременно с разгрузкой
танкера. В моечной магистрали должно быть давление около 1 МПа. Чтобы
его создать прикрывают перед манифольдом клинкет. При работе одновременно 4 – 8 машинок это уменьшит подачу груза на берег на 4 – 5 %.
Мойка выполняется одноэтапным или двухэтапным способом. При одноэтапном способе мойка каждого танка производится по окончании его
выгрузки с отбором моющей нефти из других танков. При двухэтапном
способе первый этап (мойка переборок танка) совмещается с выгрузкой
танка, а второй этап (мойка днища) производится после полной выгрузки
танка с отбором моющей нефти из других танков. Мойку танков нефтью
допускается производить только в тех танках, в которых был груз сырой
нефти.
12.6. Дегазация танков
Во время дегазации любые газы (углеводороды, инертные газы) из танка вытесняются чистым воздухом. Однако дегазация и вентиляция – не одно и тоже, так как вентиляция без предварительной мойки танка и выборки
твердых отложений не даст долгосрочной чистоты воздуха, необходимой,
например, для работы людей в танке. Вентиляция является заключительным
этапом дегазации.
В зависимости от назначения дегазация условно подразделяется на три
вида:
1. Дегазация под балластный переход. После выгрузки нефтепродуктов
или нефти концентрация углеводородов обычно остается взрывоопасной и
после приемки в танк балласта, если не произведена после выгрузки мойка
танка. Однако мойка в этом случае может быть менее трудоемкой, чем в
других случаях. На балластный переход допускается концентрация паров
нефтепродуктов 50 % и менее от НПВ, что соответствует 0,4 % объемных.
При такой концентрации работа людей в танке не допускается.
2. Дегазация для ремонта и осмотра танков предусматривает длительное нахождение людей в танках, и для них должны быть обеспечены абсолютно безопасные условия и с санитарной и пожарной точек зрения. Поскольку контроль этой безопасности осуществляется разными ведомствами,
то и нормы разные: санитарная норма 0,3 мг/л, пожарная (при выполнении
огневых работ) – 1/10 от НПВ. Эти нормы близки одна к другой, но при
предъявлении дегазированных танков санитарной и пожарной инспекциям
выполняются разные анализы газоанализаторами разного принципа действия и оформляются разные документы.
В период выполнения работ должна производиться постоянная вентиляция танка для предотвращения возможного повышения концентрации уг-
100
леводородов в воздухе танка. Если работа производится на переборке, должен быть дегазирован смежный танк.
3. Дегазация при смене груза. Степень этой дегазации зависит от влияния остатков и паров прежнего груза на новый груз и в каждом отдельном
случае определяется ответственными за сохранность груза лицами от экипажа и поставщика груза. Особо жесткие требования к очистке танков и
дегазации предъявляются при перемене несовместимых химических наливных грузов. Не допускается перевозка пищевых грузов после перевозки
этилированного бензина.
Вентиляция грузовых танков осуществляется обычно принудительно с
помощью вентиляторов, способ использования которых может быть различным. Вентилировать танки можно, например, через грузовую систему.
Грузовая и вентиляционная система соединяются между собой патрубком с
двойными клинкетами. Грузовой трубопровод при этом должен быть промыт. Можно вентилировать танки газодувками системы инертных газов через специальный патрубок для забора чистого воздуха. Переносные вентиляторы должны быть искробезопасного исполнения. Обычно используют
для этого паровоздушные эжекторы.
Контрольные вопросы к лекции 9
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Какая необходимость вынуждает мыть танки?
Какие задачи решаются до начала мойки?
В каких газовоздушных средах осуществляется мойка танков?
Общие меры безопасности при мойке танков.
Периодичность проведения моечных работ.
Какое оборудование входит в систему мойки танков?
Мойка танков по разомкнутому циклу.
Мойка танков по замкнутому циклу.
Условия обеспечения эффективности мойки.
Мойка танков забортной водой.
Мойка танков раствором моющего препарата.
Мойка танков сырой нефтью.
Моечные машинки (ММ).
Мойка танков переносными ММ.
Пример судовой системы мойки танков с грузовым насосом и вакуумным удалением моечной воды из танков.
Сущность дегазации танков и необходимость ее проведения.
Дегазация под балластный переход. Допустимые концентрации паров нефти.
Дегазация танков перед постановкой в ремонт.
Дегазация танков под смену вида груза.
101
Лекция 10
13. Системы подогрева груза
13.1. Назначение и классификация
Вязкость нефти и нефтепродуктов зависит от температуры. При понижении температуры некоторые из них застывают настолько, что перекачка
их
насосом
становится затруднительной
и иногда даже
невозможной.
Как было сказано выше, в
качестве грузовых
насосов
сейчас в подавляющем большинстве
используются
центробежные,
а именно их
основные параметры в значительной степени зависят от
вязкости перекачиваемой
жидкости.
В
меньшей степени на вязгруза
Рис.79. Диаграмма вязкость-температура с логарифмической кость
реагируют
шкалой: а – предельная вязкость для перекачки центробежным
поршневые и
насосом; б – предельная вязкость для поршневого насоса;
1 – флотский мазут Ф-5; 2 – флотский мазут Ф- 12; 3 – топочный винтовые насомазут М40В; 4 – топочный мазут М40; 5 – топочный мазут сы. По диаМ100В; 6 – топочный мазут М100; 7 – мангышлакская нефть
грамме, рис. 79,
можно определить по предельной вязкости допустимую температуру подогрева мазута
при перекачке центробежным и поршневым насосом. За предельную вязкость здесь принята такая вязкость, после которой начинается существенное снижение КПД и подачи насоса. Из диаграммы видим, что если мазут
102
флотский Ф-5 может быть выгружен при 20 оС, то мазут топочный М100
для выгрузки необходимо подогреть до 70 оС. Для подогрева до такой температуры многотонной большой массы мазута М100 необходимо подвести
соответствующее количество теплоты, что требует мощного источника
энергии, развитой теплообменной поверхности и теплоносителя для доставки этой теплоты к теплообменнику в танке. Причем, должен быть запас
этой тепловой энергии на нейтрализацию тепловых потерь, которые постоянно существуют из-за интенсивного теплообмена наружной поверхности
судна с морской водой, особенно на ходу судна.
На танкерах используются в качестве теплоносителей водяной пар ( в
подавляющем числе случаев) и термальное масло. Теплообмен теплоносителя и груза происходит в подогревателях, которые могут быть расположены в танке на расстоянии около150 мм от днища, или вынесены за пределы
танка. В последнем случае груз прокачивается через подогреватель насосом. Другие способы подогрева груза, например, электрические или с помощью дымовых газов энергетических установок хотя и описаны в литературе, но на морских судах применения пока не нашли, так как не вышли пока за пределы экспериментов.
Подогреватели, смонтированные на днищах танков, называют трубчатыми. Они представляют собой трубы, проложенные в виде змеевиков, петель или батарей из прямых труб и коллекторов, причем, существенного
значения не имеет ориентация этих подогревателей – вдоль или поперек
судна. Трубчатые подогреватели могут быть вертикальными спиральными,
могут располагаться на вертикальных переборках. Подогреватели, стационарно расположенные на днище танка имеют существенные недостатки.
Они затрудняют мойку танков, выборку твердых отложений, подвержены
коррозии, в особенности , если в танк периодически принимают балласт. На
нефтенавалочниках их вообще приходится убирать перед сменой груза с
жидкого на твердый. Однако, если требуется интенсивный подогрев груза,
им альтернативы нет. Их существенным достоинством является большая
тепловая мощность, равномерность прогрева массы груза.
Циркуляционный способ подогрева груза осуществляется с помощью
насоса и отдельного теплообменника, который может быть вынесен за пределы танка или находиться в самом танке. Применяется на нефтенавалочниках и на танкерах с раздельными танками и погружными насосами. Последние в этом случае используют не только для выгрузки, но и в качестве
циркуляционных.
13.2. Трубчатая система подогрева
Наибольшее распространения получила змеевиковая трубчатая система
подогрева с продольно или поперечно расположенными змеевиками (рис.
80). Подогреватели подключаются параллельно, что дает возможность ре103
гулировать интенсивность подогрева по отдельным танкам. Конденсат отводится отдельно от каждого подогревателя через смотровые стекла в общий коллектор, откуда подается на общий смотровой бачок, расположенный у теплого ящика, отвод несконденсированного пара не допускается,
поэтому на выходе из каждого подогревателя устанавливают конденсатоотводчики.
Рис. 80. Принципиальная схема змеевиковой горизонтальной системы подогрева
грузовых танков: 1 – коллектор конденсата; 2 – трубопровод к теплому ящику; 3 – вентиль невозвратный (слив за борт); 4 – конденсатоотводчик; 5 – кран пробный тройниковый; 6 – вентиль регулирующий; 7 – трубопровод на пропарку танков; 8 – трубопровод
продувочного воздуха; 9 – паропровод от котла
Так как трубы подогревателей из обычной стали подвергаются интенсивной коррозии и требуют частой замены, экономически более целесообразнее их изготавливать из более дорогих материалов – нержавеющей стали, алюминиевой бронзы, алюминиевой латуни. Такие трубы и меньше весят, поэтому их можно сделать съемными для удобства ремонта. На нефтенавалочниках это свойство особенно востребовано, так как под сыпучие и
генеральные грузы подогреватели необходимо убирать из танков или хотя
бы с днища танка. Их иногда подвешивают в этом же танке-трюме под палубой, а иногда делают на шарнирах и отводят их к поперечным и продольным переборкам в специальные ниши и закрывают съемными листами. На
японских нефтенавалочниках в нишах или гофрах поперечных переборок
устанавливаются стационарные подогреватели ( рис. 81). Гофры 4 образуют
полости, внутри которых установлены вертикальные подогреватели 3. Эти
полости закрыты дополнительными листами 2. Холодная жидкость подте104
кает к подогревателям снизу через наклонное соединение гофра с настилом
двойного дна. Нагреваясь, жидкость в полости гофра поднимается вверх и
через отверстия в верхней части поступает в танк. При перевозке навалочных грузов верхние и нижние отверстия закрываются заглушками.
В паровых трубчатых системах подогрева в последнее время
нередки случаи использования в
системах подогрева термальных
жидкостей. Они обладают рядом
преимуществ перед пароконденсатными системами. Отсутствует
опасность размораживания труб в
зимнее время и при плавании в
Арктике. Коррозия труб со стороны теплоносителя практически
отсутствует, давление в них небольшое, в связи с чем масса конструкции значительно снижается.
Отсутствует необходимость водоподготовки и очистки труб от
накипи, что упрощает эксплуатацию и котельной установки, и
системы подогрева. Работу системы несложно автоматизировать.
Рис. 81. Стационарные подогреватели
грузовых
трюмов
нефтенавалочников: Однако, такая система требует
1 - трубопровод конденсата; 2 – съемный тщательной герметизации, так как
лист; 3 – теплообменник; 4 – гофр попереч- утечка жидкости недопустима по
ной переборки; 5 – паровой трубопровод; причине ее дороговизны, а так же,
6 – поперечная переборка
если это произойдет в котлах, возможно возникновение пожара.
Системы с термальной жидкостью могут быть одноконтурными и двухконтурными. Более универсальна двухконтурная система (рис. 82).
13.3. Циркуляционная система подогрева
Эта система имеет определенные достоинства: легкость обслуживания
и ремонта, отсутствие загромождений на днище танков, снижение времени
на мойку и последующую очистку от твердых отложений. Недостатком системы является неравномерность прогрева массы груза, и не всегда достаточна интенсивность прогрева. Из-за этого этот способ подогрева получил
меньшее распространение, чем трубный и как указывалось, в основном
применяется на нефтенавалочниках и на танкерах с раздельной грузовой
105
системой, т. е. с единичными танками, обслуживаемыми
погружными
насосами. В этом случае
упрощается решение задачи циркуляции груза
через подогреватель: в
качестве циркуляционного может быть использован грузовой насос. Два
таких варианта использования погружных насосов
показаны на рис. 83 и 84.
Теплообменники устанавливаются либо в
подпалубном пространстве и крепятся снизу к
Рис. 82. Двухконтурная система подогрева нефтепродуктов термальными жидкостями: 1 – расширительпалубе (рис. 83), либо на
ный бак; 2 – циркуляционные насосы вторичного конпалубе (рис. 84). В потура; 3 – утилизационный термомасляный котел;
следнем случае исполь4 – вспомогательный термомасляный котел; 5 – цирзован вариант системы
куляционные насосы первичного контура; 6 - смесиподогрева
норвежской
тель
фирмы «Фрахто», в которой применены погружные насосы фирмы «Туне-Эурека». Для
улучшения всасывания застывших масс
продукта погружными грузовыми насосами, работающими в режиме циркуляционных без местного подогрева у
нижнего храпка, установлен второй
приемник 5, расположенный на высоте
1,0 – 1,5 м от днища танка. На этой высоте расположено «ядро» незастывшей
массы груза. Приемник 5 имеет в верхней части запорный клапан с избыточной плавучестью. Когда насос работает
как циркуляционный, забор груза производится через верхний приемник. В
Рис. 83. Циркуляционный способ
период работы погружных насосов в
подогрева груза в подпалубном теплообменнике: 1 и 2 – соответственно
режиме грузовых верхний приемник в
грузовой погружной насос и его
конце выгрузки закрывается оседаюпривод; 3 – фильтр; 4 – клапан;
щим клапаном, и всасывание груза про5 - теплообменник
изводится через нижний приемник.
106
Если танкер универсальный или спроектирован для работы в северных
широтах, на нем предусматривается система подогрева в танках изолированного балласта. Ее назначение – предотвратить образование льда или ледяной шуги в танках, и таким образом обеспечить надежную работу балластной системы. Существенный подогрев воды не предусматривается, поэтому подогреватели в балластных танках имеют значительно меньшую поверхность нагрева, чем в грузовых.
14. Системы измерения и управления грузовыми операциями
В процессе проведения
грузобалластных
операций
(ГБО) и транспортировки жидких грузов экипаж судна должен иметь постоянную информацию об уровне груза, состоянии газовой среды, температуре, давлении в танке. Причем эта информация должна
поступать в ЦПУ и ЦПУГО и
быть на постоянном контроле.
Для этого на каждом танкере
имеется измерительная система
для дистанционного измерения
Рис. 84. Циркуляционный способ подогрева
груза в палубном теплообменнике с усоверперечисленных
параметров.
шенствованным храпком: 1 – нижний приемКроме того, должны быть пеник храпка; тройниковый храпок; 3 и 4 – соотреносные приборы для ручного
ветственно грузовой погружной насос и его
измерения в случае необходипривод; 5 – верхний приемник храпка; 6 – грумости уточнения или дублирозовой трубопровод; 7 – запорный клапан;
вания дистанционных измере8 – теплообменник; 9 – поплавковый запорный
клапан
ний.
Главные задачи, которые
решают измерительные системы и приборы – определение количества груза
на борту судна и обеспечение безопасности ГБО и перевозки груза. Кроме
того, в эксплуатации танкера приходится решать и ряд сопутствующих задач: предотвращение загрязнения моря, балластировки танкера и др. Для
осуществления любых измерений необходимы приборы, к которым предъявляются требования:
- обеспечение пожаробезопасности;
- надежность действия;
- удобство пользования;
- обеспечение заданной точности измерения.
107
14.1. Измерители уровня груза
Существует несколько способов измерения уровня груза в танках. Наиболее старый и простой способ – с помощью мерной ленты (рулетки) или
футштока. Последний используется для неглубоких цистерн на бункеровщиках. Это достаточно точный способ измерения, но требует много времени. Если пользоваться только этим способом, это вызовет лишний простой
судна после погрузки. В современных измерительных системах используют
те методы, которые могут передавать результаты измерений в посты управления ГБО.
а) Пневматический (пневмеркаторный) уровнемер. Определяют высоту уровня h по разности давления воздуха, уравновешивающего столб нефтепродукта в танке и над поверхностью груза, которая измеряется с помощью дифманометра.
h
рп
pв
g
h0 ,
где рв – давление воздуха,
уравновешивающего столб нефтепродукта, Па;
рп – давление в паровоздушном пространстве танка над поверхностью нефтепродукта, Па;
h0 – расстояние от кромки открытого конца уравнительной камеры до днища, м.
Рис. 85. Схема системы пневматического
измерения уровня
Принцип действия уровнемера (рис.
85) состоит в том, что сжатый воздух от
судовой сети, через фильтр 4 и редукционный клапан 3 поступает с небольшой
подачей в уравнительную камеру 6, расположенную около днища танка 5. Один
конец дифманометра 1 соединяется с трубопроводом, через который подается воздух, другой – с трубопроводом 2, подведенным к паровоздушному пространству
танка. Обычно дифманометр имеет ряд
шкал, соответствующих различной плотности груза.
108
Рис. 86. Уровнемер «Вессое»
б) Поплавковые указатели уровня. Принцип поплавкового измерения
может иметь различное конструктивное воплощение. Применяются уровнемеры УДУ10 и поплавково-ленточные указатели уровня «Вессое». В этих
измерителях передвигающийся вместе с уровнем груза поплавок воздействует на движущуюся за ним мерную ленту. Уровнемеры «Вессое» (рис. 86)
применены на танкерах серии «Сплит». Прибор показан в выключенном
положении. Поплавок 1, находящийся в танке, рукояткой 3 установлен в
своем верхнем неподвижном положении, которое фиксируется закрытием
клапана 2. При включении в работу поплавок опускается вместе с уровнем
груза, находясь под действием своей массы и ленты 4, которая натянута
пружиной 6. Последняя расположена на приводном и магазинном 7 барабанах. При работе этого указателя высоту незаполненного объема танка показывает измерительная лента, находящаяся за незастекленным окном. Дистанционная передача показаний прибора осуществляется пневматическим
способом.
Поплавковая реостатная система показана на рис. 87, ее устройство понятно из подрисуночной
подписи. Как видно из рис. 87, дистанционная передача осуществляется электрическим способом, что
значительно удобнее и точнее, чем
Рис. 87. Схема измерения жидкого груза
поплавковым датчиком с реостатом: 1 –
реостат; 2 – ползунок реостата; 3 – индикатор уровня жидкости; 4 – слаботочный
блок питания; 5 – поплавок; 6 – труба из
немагнитного материала
пневматическая передача указателя
«Вессое».
Из применяемых на танкерах способов измерения еще следует назвать
радиолокационный
(радиометрический) способ. Он довольно точен и
наиболее полно отвечает требованиям
к
автоматизированным
системам
управления ГБО.
Рис. 88. Радиолокационный способ измерения уровня жидкости: 1 – радиолокационный луч; 2 – антенна радиолокатора; 3 – радиолокационный передатчик; 4 – приемник; 5 – блок обработки
данных; 6 - индикатор
109
Существует еще гидростатическая система (мембранная), но она допускает значительные погрешности. Удовлетворительную точность и надежность дает ультразвуковая система. Электронный способ с емкостным
датчиком предназначен для непрерывного измерения уровня жидкости. Он
позволяет осуществлять дистанционное наблюдение за изменением уровня
в емкости.
14.2. Контроль состояния атмосферы в танках и смежных помещениях
Для осуществления контроля за атмосферой в грузовых танках на каждом танкере имеются приборы для измерения концентрации того или иного
компонента газовой среды – газоанализаторы. На судне должно быть не
менее двух комплектов газоанализаторов. Измерения производятся в зависимости от пределов измерения разными приборами:
- для обедненной атмосферы танка – газоанализатором, называемым
эксплозиметром, позволяющим определять концентрации углеводородов от
ноля до НПВ;
- для инертизированной атмосферы танка – индикатор газа, позволяющий определять процентное содержание углеводородов в инертизированной среде, а также анализатор содержания кислорода;
- для перенасыщенной атмосферы танка – индикатор газа, позволяющий производить определение концентраций углеводородного газа свыше
15 % от объема.
Кроме указанных приборов на танкере должны быть газоанализаторы
для определения концентраций ядовитых газов и установления соответствия газовой среды санитарным нормам.
14.3. Системы измерения концентрации нефти в воде
Как известно, МАРПОЛ 73/78 устанавливает жесткие ограничения по
содержанию нефти в сбрасываемых с танкеров балластных и промывочных
вод. Для соблюдения установленных конвенцией норм каждый танкер должен иметь измерители этих концентраций, а также сигнальные и автоматические устройства по предотвращению их сброса в море.
Танкеры валовой вместимостью 10000 рег. тонн и более должны иметь
устройство сигнализации и автоматического прекращения любого сброса
нефтяной смеси, когда концентрация нефти в потоке превышает 15 млн-1.
Это САЗРИУС – система автоматического замера, регистрации и управления сбросом нефти. Она устанавливается в ПУГО и должна вести непрерывный контроль за сбросом воды из зоны грузовых танков. Система получает автоматические сигналы: о содержании нефти в сбросе, об интенсивности сброса, скорости судна, даты и времени. Помимо этого должна автоматически производиться запись следующих параметров: мгновенная ин110
тенсивность сброса нефти в литрах на милю, мгновенное содержание нефти
в миллионных долях, общее количество сброшенной нефти в литрах (м3),
количество сброса в м3.
14.4. Системы дистанционного управления грузовыми операциями
Каждый современный танкер оснащен системой дистанционного
управления грузовыми операциями (ДАУГО), которая управляется с центрального поста управления
грузовыми операциями (ЦПУГО). Наиболее типичной для
танкеров является гидравлическая система ДАУГО которая
часто сблокирована с пневмеркаторной системой измерения
уровня. В качестве рабочей
жидкости используется обычно
масло, которое подается к сервомоторам клинкетов под высоким давлением (до 20 МПа).
Причем, давление открытия
клинкета, как правило, превышает давление закрытия в связи
необходимостью срывать
Рис.89.. Принципиальная схема гидравли- с
клинкет с места при плотном
ческой системы управления клинкетами
закрытии его. Групповые системы рассчитаны на последовательное открытие многих клинкетов. Так, на танкерах типа «Лисичанск» дистанционное управление
предусмотрено для 70 грузовых и
зачистных клинкетов.
Принципиальная схема гидравлической системы управления
одним клинкетом показана на рис.
89. Масло из бака 1 забирается насосом 2 (один резервный) производительностью 15 л/мин. Насос
приводится в действие электродвигателем 3. Предохранительный
клапан 8 служит для перепускания
Рис. 90. Полуавтоматическая штекерная
масла в бак при повышении давления в системе свыше 4,5 МПа. Для система управления грузовыми операциями
111
пополнения в случае утечки и поддержания постоянного давления имеются
три масляных резервуара-аккумулятора 6 вместимостью 40 л каждый. Аккумуляторы отключаются от системы с помощью клапанов 7, слив масла в
бак осуществляется клапанами 9 по магистрали 10. Управление насосами
производится вручную или автоматически. От насосов масло поступает к
щиту в ЦПУГО 4, где установлены трехпозиционные четырехходовые золотники 5 для каждого клинкета. Возможна установка клинкетной задвижки в положение «Открыто», «Закрыто» и в промежуточные положения. Регулируя положение рукоятки золотника, направляют масло по трубопроводу 11 в соответствующую полость сервомотора 12, в результате чего клинкет открывается или закрывается. Время открытия или закрытия клинкета
не превышает одну минуту. При установке распределителя в нейтральную
позицию отвод или подвод масла к сервомотору прекращается, клинкет
удерживается в положении, которое занимал в данный момент. Аварийное
управление клинкетами в случае каких-либо неисправностей станции осуществляется с помощью ручного переносного насоса.
Кроме гидравлических существуют ДАУГО с другими способами подачи энергии к сервомоторам автоматических систем управления грузобалластными опрациями. Пневмоэлектрическая система ДАУГО отличается
тем, что рабочей средой является сжатый воздух. Для управления сервомоторами и измерения уровня жидкости имеется электрическое устройство,
обеспечивающее автоматическую защиту от перелива.
Используются также полуавтоматические системы, предусматривающие участие в процессе управления оператора. На рис. 90 показана такая
система. Программа грузовых операций выполняется путем включения
штекеров, включающих связь между системой уровнемеров и органами
управления сервомоторами. В грузовом танке 1 имеются три контрольные
трубки а, b и c, соединенные с ртутными манометрами ЦПУГО. Каждая
измерительная магистраль пневматическим штекером связана с управляющим органом 2. В зависимости от комбинации набора штекеров на входе
прибора 3, на выходе вырабатывается определенный сигнал, который поступает к распределителю 4. Последний управляет сервомотором 5, открывая или закрывая клинкетную задвижку 6. Программа предусматривает автоматический переход с одного танка на другой по достижении заданного
уровня груза.
Контрольные вопросы к лекции 10
1. Определить, при какой температуре целесообразно выгружать мазут флотский Ф5? М100? М40В?
2. На что расходуется теплота при подогреве груза?
3. Теплоносители, их достоинства и недостатки.
4. Охарактеризовать трубчатые подогреватели, их достоинства и недостатки.
5. Материалы для изготовления трубчатых подогревателей.
112
6. Подогреватели жидкого груза на нефтенавалочниках.
7. Двухконтурная система подогрева термальной жидкостью.
8. Достоинства и недостатки систем термальной жидкости, используемые теплоносители.
9. Циркуляционный способ подогрева груза, достоинства и недостатки.
10. Циркуляционный способ подогрева груза с использованием погружного грузового
насоса.
11. Задачи, решаемые измерительными системами и требования к ним.
12. Пневмеркаторная система измерения уровня.
13. Поплавковая система измерения уровня.
14. Реостатный, радиометрический и электронный способы измерения уровня.
15. Контроль состояния атмосферы в танках.
16. Системы измерения концентрации нефти в воде.
17. Гидравлическая система управления грузовыми операциями
18. Штекерная система управления грузовыми операциями.
Лекция 11
15. Химовозы
15.1. Назначение и классификация химовозов
Танкер-химовоз – это грузовое наливное судно, построенное или приспособленное и используемое для перевозки любого жидкого продукта,
указанного в главе 17 Международного кодекса по химовозам. Таких продуктов в гл. 17 МКХ насчитывается более 400. Кроме МКХ перевозку химических грузов регламентируют еще ряд документов: СОЛАС 74, МАРПОЛ 73/78, Правила классификации и постройки Регистра, Наставление по
предотвращению загрязнения с судов, РД 31.04.23-94, ЦНИИМФ, Правила
по предотвращению загрязнения с судов, Регистр, 1998 г.
По химическому составу грузы можно разделить на следующие основные группы:
- нефтехимические грузы, т. е. те, которые являются продуктами переработки нефти, каменного угля и природного газа. К ним относятся промежуточные и светлые нефтепродукты, различные растворители, ароматические углеводороды;
- спирты и углеводы – вина, коньяки, спирты, глюкоза, целлюлоза, мелассы (патоки);
- неорганические химические грузы: кислоты, щелочи и др.
Подавляющее большинство этих грузов представляют большую или
меньшую опасность для живых организмов и окружающей среды, для конструкций судна и для друг друга при их контакте или смешивании. Степень
опасности каждого груза оценивается в главе МКХ «Критерии оценки
опасности наливных грузов». В соответствии с этой опасностью определя113
ется степень конструктивной защиты судна, типы танков и материалы для
их постройки, системы обнаружения паров. Глава 17 МКХ определяет распределение и размещение конкретного груза с учетом его свойств по грузовым танкам, обеспечивающим сохранность груза, безопасность танкера и
предотвращение загрязнения моря.
Грузы по степени их опасности разделены на три группы. Соответственно и химовозы делятся на три группы и в дополнение к символу класса
Регистра получают словесные характеристики: химовоз-I, химовоз-II, химовоз-III. Каждой словесной характеристике соответствует определенный
объем конструктивных мероприятий, назначаемых с учетом степени биологической опасности допущенных к перевозке грузов, степени обеспечения
живучести судна, максимального количества груза, допускаемого к перевозке в единичной емкости и расположения грузовых емкостей относительно наружной обшивки судна. Химовозы редко строятся под какой-либо
конкретный груз. Но если химовоз предназначен для перевозки только одного конкретного груза, в символе класса дополнительно указывается название этого груза, например, химовоз- III (серная кислота). В этом случае
требования, предъявляемые к химовозу, должны учитывать конкретные
опасности, связанные с перевозкой данного груза. Если химовоз предназначен для перевозки нескольких грузов, требования назначаются исходя из
совокупности свойств всех перевозимых грузов. Если грузовые емкости
имеют различную конструктивную защиту, это указывается в графе «Прочие характеристики» классификационного свидетельства конкретно для каждой группы танков, например: химовоз-I – средние грузовые танки № 1, 2,
3; химовоз-II – бортовые грузовые танки № 1 – 5. Грузы, перевозка которых
требует химовоз III степени защиты, допускается перевозить в грузовых
емкостях двойных бортов и двойного дна.
В число требований конструктивной защиты к химовозам каждого из
трех типов входят ограничения по единичной емкости танков, по возможным
повреждениям бортов и днища и расположению емкостей с опасными грузами,
непотопляемости (делению на отсеки).
Требования по отстоянию танков с
опасными грузами от наружных бортов
показаны на рис. 91.
Максимальное количество груза,
допускаемое к перевозке в любой единичной емкости, равно: для химовоза-I –
Рис. 91. Конструктивная защита
1250 м3, для химовоза-II – 3000 м3, для
танков
химовоза III – не ограничивается.
Химовозы в зависимости от экс114
плуатационного назначения делятся на специализированные и многоцелевые. Из более 1900 химовозов, насчитываемых в мировом флоте, более 80
% по вместимости приходится на долю многоцелевых судов. Такие суда
могут перевозить одновременно грузы с разной степенью опасности с наиболее полным полезным использованием дедвейта судна. На рис. 92 приведен пример расположения грузовых емкостей и помещений в пределах грузовой зоны на химовозе для жидкостей с различной степенью опасности.
Рис. 92. Схема размещения танков на многоцелевом химовозе: 1 – танки для перевозки грузов, требующих первой степени конструктивной защиты; 2 – танки для второй
степени конструктивной защиты; 3 – танки для грузов с третьей степенью конструктивной защиты; 4 – насосные отделения; 5 – коффердамы
15.2. Грузовые танки химовозов
Основные отличия химовозов от нефтетанкеров состоят в количестве,
устройстве, вместимости грузовых емкостей, а также в использовании для
их изготовления различных материалов, противостоящих агрессивному
воздействию химических грузов. Отдельные грузы имеют высокое давление
насыщенных паров, что предъявляет повышенные требования к прочности
танков.
На химовозах применяются емкости двух типов
- вкладные (автономные) грузовые цистерны, оболочка которых не
входит в состав корпусных конструкций судна и не участвует в обеспечении прочности корпуса судна;
- встроенные грузовые танки, которые являются неотъемлемой частью
корпуса судна и воспринимают те же нагрузки и таким же образом, что и
судовые корпусные устройства.
Крепление вкладных танков должно исключать или сводить к минимуму возможность передачи нагрузок и перемещений от судовых корпусных
конструкций. Вес грузового танка и создаваемые им нагрузки должны быть
равномерно распределены на корпусные конструкции. То пространство вокруг вкладного танка, которое ограничено корпусом судна, называется
трюмным пространством. Конструкция корпуса химовоза со встроенными
танками показана на рис. 93.
115
Рис. 93. Конструкция грузового пространства химовоза: 1 – гладкостенный центральный грузовой танк; 2 – двойное дно; 3 – двойной борт; 4 – коффердам; 5 – наружный палубный набор; 6 – переходный мостик; 7 – газоотводные стояки
По внутреннему давлению танки химовозов могут быть напорными (до
70 кПа) и прочными (свыше 70 кПа). Напорный танк может быть вкладным
или встроенным, прочный – только вкладным и иметь конфигурацию, принятую нормами проектирования для емкостей под давлением. Танки, предназначенные для перевозки грузов, требующих для их сохранности определенного температурно-влажностного режима, должны быть оборудованы
специальными системами для поддержания определенной температуры, при
необходимости эти емкости должны иметь тепловую изоляцию. Емкости
для несовместимых грузов должны быть отделены друг от друга коффердамами или танками для
совместимого груза. Эти
танки должны иметь автономные системы грузообработки и газоотвода. В
отличие от нефтетанкеРис. 94. Конструкционные материалы грузовых танков
ров, на химовозах для
116
разделения несовместимых грузов могут быть встроены продольные коффердамы (рис. 92).
Материалы для изготовления танков, трубопроводов, клапанов должны
быть инертными по отношению к грузу или иметь инертное защитное покрытие. На судах-химовозах для изготовления танков обычно используется
углеродистая сталь, планкированная нержавеющей сталью (рис. 94), толщина планкирующего слоя 1,5 – 2,5 мм. Планкированные стали имеют ряд
недостатков: образование трещин, снижение прочности сварных швов, попадание химических грузов под планкирующий слой. Эти недостатки проявляются при перевозке высокоагрессивных грузов и грузов с высокой температурой. На многоцелевых химовозах в качестве материала для танков
применяют нержавеющую сталь с молибденом или инвар (сталь с 36 % никеля). Помимо этого используются аустенитные нержавеющие стали, которые совместимы с широкой номенклатурой грузов. Грузовые системы, обслуживающие эти танки, включая насосы, клинкеты и пр. также изготавливаются из нержавеющей стали.
В качестве внутреннего покрытия танков используются лакокрасочные
и эпоксидные покрытия. Помимо защиты от коррозии они упрощают и сокращают мойку танков. Однако эпоксидные покрытия имеют ограниченную
сопротивляемость по отношению к ароматическим углеводородам (бензол),
спиртам (метанол), кетонам (ацетон) и к температуре 60 – 80 оС. Помимо
перечисленных используются полиэфирные и цинкосиликатные покрытия.
Обычно на многоцелевых химовозах центральные танки изготовлены из нержавеющей стали, а бортовые из углеродистой с различными инертными
покрытиями.
На химовозах, так же, как на нефтетанкерах имеются танки изолированного балласта, отстойные танки, небольшие цистерны для хранения
моющих препаратов, отмытых химикалий. Балластные танки часто отделяются от грузовых коффердамами. В этом случае в грузовом танке можно
перевозить груз, несовместимый с водой. Не допускается размещать агрессивные грузы через переборку с топливными цистернами.
Танки с одинаковыми грузами объединяются в группы со своим насосом или даже с отдельным насосным отделением. Эта группа имеет свою
групповую газоотводную систему. Днищевые трубопроводы на химовозе
прокладываются по трубному туннелю, который должен иметь два выхода
на палубу, один из которых может выходить в насосное отделение. Этот
туннель должен удовлетворять всем требованиям безопасности и удобства
обслуживания проложенных в нем систем.
15.3. Специальные системы химовозов
Большое разнообразие грузов, перевозимых химовозами, их повышенная опасность обусловливает специфику систем судна, хотя принципиаль117
ных отличий от нефтетанкеров практически нет. Но применение на них в
большом количестве дорогостоящих материалов, сложных систем безопасности, большое количество перегородок и пр. приводят к значительному
удорожанию постройки таких судов по сравнению с нефтетанкерами. Количество грузовых насосов на химовозе может достигать 50 и более. В основном используются погружные насосы. Группы танков обслуживаются
насосами, установленными в насосных отделениях, расположенных на палубе. Там же устанавливаются и бустерные насосы, если погружные насосы
являются подкачивающими. Насосные отделения не должны сообщаться с
другими помещениями, кроме трубных туннелей. От других помещений
они должны отделяться газонепроницаемыми переборками. Кроме основного они должны иметь аварийный выход. В насосном отделении должен
быть обеспечен безопасный доступ ко всей арматуре и приборам, обслуживающим грузовую систему.
На химовозах используются центробежные, винтовые и поршневые насосы. Требования к ним обусловлены характером перекачиваемых грузов.
Если они предназначены для перекачки агрессивных грузов, изготавливаются из нержавеющей стали.
Грузовые магистрали химовозов, учитывая большое количество погружных насосов, располагаются в основном на палубе, которая загромождена трубами в значительно большей степени, чем на нефтетанкере. Это отражается на внешнем облике химовоза: его можно отличить от нефтетанкера по большому количеству труб небольшого диаметра на палубе. Соединения труб выполнены сварными. Грузовые трубопроводы должны иметь
устройства, позволяющие сливать остатки груза в грузовой танк или специальную емкость.
Насосы, арматура и трубопроводы должны быть рассчитаны на максимальное давление паров груза при температуре 45 оС, которое может возникнуть в процессе эксплуатации химовоза, но не менее 1 МПа. Трубопроводы по днищу должны прокладываться вне зоны условных повреждений
для каждого типа химовоза. Все шланги должны соответствовать перевозимому грузу, выдерживать пятикратное рабочее давление, но не менее 1
МПа, должны быть четко промаркированы и иметь дату последнего испытания.
Газоотводная система грузовых и отстойных танков должна соответствовать перевозимому грузу и исключать смешение паров несовместимых
грузов. Она должна обеспечивать минимальное скопление паров груза на
палубе и исключать проникновение воды в грузовые танки. С 1 января 1994
года газоотводные системы вновь строящихся судов должны удовлетворять
требованиям гл. 8 МКХ. При проектировании и эксплуатации газоотводной
системы необходимо учитывать следующие основные факторы:
- расчетные интенсивности погрузки и выгрузки;
118
- интенсивность выделения газа путем умножения максимальной интенсивности грузообработки на коэффициент, равный, по меньшей мере,
1,25;
- плотность смеси паров груза;
- установочное значение давления/вакуума в дыхательных клапанах;
- иметь средства для предупреждения, сигнализации и сброса переполнения грузового танка.
Если в танке перевозятся нетоксичные грузы, имеющие температуру
вспышки выше 60 оС, танк может иметь систему безнапорного выпуска газов, обеспечивающую свободный выпуск паров. В противном случае должна быть система регулируемого выпуска паров с дыхательными клапанами.
Она предусматривается для грузов которые перечислены в колонке «g» гл.
17 МКХ. Система может быть автономной или групповой при условии соблюдения требований, предъявляемых к разделению несовместимых грузов. Система должна быть оборудована пламепрерывающей сеткой. При
перевозке особо опасных грузов должна быть предусмотрена газовая линия
для возврата паров в береговую емкость. Выпускные отверстия регулируемой системы должны быть расположены на высоте не менее 6 м над палубой и на расстоянии 10м от воздухозаборника или отверстий, ведущих в
жилые помещения, а также от источников воспламенения. При наличии
ВВУ с производительностью более 30 м/с высота колонны может быть
уменьшена до 3 м.
Система инертного газа. Широкая номенклатура перевозимых химовозами грузов является причиной того, что на них используются СИГ почти
всех типов. Главное при выборе типа СИГ – инертный газ должен быть совместим с перевозимым грузом. Топочный газ котлов используется как для
инертизации грузовых танков, так и трюмного пространства, коффердамов,
редкопосещаемых помещений. Инертный газ могут получать в АГГ, но широко используется и сжиженный азот. Требования к качеству инертного газа и к инертизации емкостей зависят от перевозимого груза и в каждом конкретном случае даются в соответствующих инструкциях.
15.4. Система вентиляции
На химовозах устанавливается стационарная система вытяжной вентиляции, которая обеспечивает вентиляцию помещений, смежных с грузовыми танками, в том числе помещения насосных отделений, коффердамов и
др. Система независима от других систем вентиляции. Выпускные отверстия должны находиться на высоте не менее 6 метров от верхней палубы и
на расстоянии 10 м от жилой надстройки. Производительность системы
должна обеспечивать не менее 30 воздухообменов в час в насосном отделении, 10 воздухообменов в час других помещений: коффердамов, пространства двойного дна и др.
119
Система вентиляции грузовых танков может быть использована для
удаления остатков груза из танков при условии расположения вентиляционных всасывающих отверстий у днища танка в районе сборного колодца.
Для этого надо, чтобы упругость паров груза превышала 5 кПа. Разумеется,
эта операция должна производиться при условии проверки безопасности в
отношении воспламеняемости и токсичности. Этот метод заключается в
следующем:
- трубопроводы осушаются и затем освобождаются от жидкости с помощью вентиляционного оборудования;
- крен и дифферент судна должны быть минимально возможными для
того, чтобы увеличить площадь испарения остатков груза в танке;
- струя воздуха должна достигать днища танка;
- вентиляционное оборудование размещается на горловине танка, ближайшей к сборному колодцу или месту всасывания;
- вентиляция продолжается до тех пор, пока сборный колодец или место всасывания не будут полностью осушены.
16. Комбинированные суда (КС)
Стремление сократить непроизводительные балластные переходы танкеров привело к созданию со второй половины двадцатого века так называемых нефтенавалочников, которые могут в одном направлении перевозить нефть, в другом – массовые и навалочные грузы. Такие суда называют
комбинированными. Они подразделяются на четыре подтипа: ОО (Oil/Ore
Carriers) – нефтерудовозы, OB (Oil/Bulk Carriers) – балк-танкеры или нефтенавалочники, OBO (Oil/Bulk/Ore Carriers) – нефтенавалочники-рудовозы,
PROBO (Product/Oil/Bulk/Ore Carriers) – суда, предназначенные для перевозки нефтепродуктов (PR), сырой нефти (О), навалочных грузов (В), и руды (О).
Нефтерудовозы отличаются от нефтенавалочников плотностью перевозимых грузов, хотя те и другие – грузы навалочные. Плотность руды превышает плотность нефти в 2,5 – 4 раза, плотность грузов, перевозимых на
судах типа ОВ превышает плотность нефти в 1,3 – 1,5 раза. Руда загружается в сравнительно узкие центральные трюма, объем которых составляет 40
– 50 % всего грузового объема. На судах типа ОВ центральные трюма шире
– 65 – 70 % от всего грузового пространства. Под центральными трюмами
размещается двойное дно. У судов типа ОО оно более высокое в связи с
большим изгибающим моментом, действующим на корпус судна. Встречаются три конструктивных типа нефтерудовозов (рис. 95):
120
Рис. 95. Схема сечений трюмов нефтерудовозов: а – тип I, б - тип II, в - тип III
Отличия этих типов видны из рисунка. Наиболее распространены нефтерудовозы
I и II типов. Длина этих
судов составляет от 200 до
300 м, количество трюмов –
от трех до шести. Жидкие
грузы на них размещают в
цистернах
трех
типов:
раздельных
бортовых
и
днищевых, цистернах Lобразной формы, образующихся
сообщающимися
бортовыми и днищевыми
отсеками, и в диптанках,
Рис. 96. Схема поперечного сечения трюмов на
расположенных
между
комбинированных судах типа ОВ
центральными
трюмами.
Танки двойного дна используются обычно под балласт. Использование рудных трюмов под перевозку нефти и нефтепродуктов встречается редко, так как в этом случае
возникают затруднения с подогревом груза, защитой трубопроводов от повреждений и предохранения систем от засорения рудными примесями.
Центральные трюма на балк-танкерах имеют так называемую хопперную конструкцию (рис. 96) для обеспечения саморазравнивания сыпучих
грузов при погрузке и ссыпания их под грузовой люк при выгрузке. Для
этого как продольные, так и поперечные переборки в нижней и верхней
121
частях трюма имеют скосы под углом 45о и 30о к горизонту. Хопперная
конструкция позволяет значительно сократить продолжительность и трудоемкость грузовых операций с навалочным грузом. Центральные трюма отделяются друг от друга коффердамными переборками. Внутренние стенки
этих трюмов выполняют гладкими без набора, что облегчает зачистку и
мойку трюмов. Элементы набора центральных трюмов выполняют со стороны бортовых танков, коффердамов и двойного дна. Нефтегрузы на балктанкерах размещают как в бортовых танках, так и в центральных трюмах.
Нефтенавалочники-рудовозы (типа ОВО) отличаются от универсальных судов наличием грузовых трубопроводов, систем подогрева нефтегруза, системы инертных газов, газоотвода. Продольные переборки только бортовые, т.е. суда имеют двойные борта, а также двойное дно. Причем
высота двойного дна больше, чем у судов типа ОВ. Форма трюмов аналогична судам ОВ. В двойных бортах проходят продольные коридоры, используемые для прокладки негрузовых трубопроводов и кабельных трасс к
трюмам и носовым помещениям. Грузовые трюма отделяются друг от друга
переборками коффердамного типа, внутри которых размещаются паропроводы системы обогрева нефти, выведенные к клапанам, встроенным в поперечные переборки. Змеевики системы подогрева груза обычно съемные и
при перевозке сухих грузов размещаются под крышками трюмов. Чередующиеся грузовые танки-трюма, предназначенные под перевозку руды,
имеют меньшие по длине размеры и выполняются усиленными. Это объясняется разной плотностью руды и сыпучих грузов. Балласт размещают в
подпалубных и скуловых цистернах, которые отсутствуют на судах типа
ОО и ОВ, а также в днищевых емкостях.
Грузовое пространство КС типа PROBO отличается от судов типа
ОВО конструктивной приспособленностью для транспортировки не только
темных, но и светлых нефтепродуктов и сырой нефти. Различие между ними заключается в деталях конструкции и оборудовании грузовых систем.
Следует заметить, что в соответствии с поправками 1996 г к МАРПОЛ
73/78 все нефтеналивные суда дедвейтом более 5000 т грузовые танки
должны быть защищены двойными бортами. Поэтому современные КС
имеют соответствующие изменения в конструкциях корпуса.
Грузовые насосные отделения на КС располагаются так же, как и на
нефтетанкерах. Обычно их располагают перед МО, но иногда и в средней
части судна. В этом случае над насосным отделением располагают небольшую рубку, в которой устанавливают приводные двигатели насосов. В дополнение к грузовым насосным отделениям обычно имеется общесудовое
носовое отделение.
На палубе КС размещается магистральный грузовой трубопровод. Грузовой коллектор, как и на нефтетанкерах, располагают в средней части судна. Так же имеются стояки для заливки танков грузом. Трюмные грузовые и
зачистные трубопроводы располагают в бортовых танках, или в туннелях
122
по обе стороны киля, или в коробчатом киле. В некоторых случаях функцию грузового трубопровода выполняет коробчатый киль. Коробчатые кили, туннели и коффердамы оборудуются стационарной системой вентиляции, освещения и газового анализа.
Мойка грузовых танков и центральных трюмов КС осуществляется стационарными моечными машинками, которые на время перевозки сухого
груза убираются в надпалубные выгородки, размещенные между комингсами грузовых люков. Для зачистки остатков нефтегруза, а также для удаления промывочной воды во время мойки трюма могут быть оборудованы
эжекторами с подачей рабочей среды от грузового насоса.
Контрольные вопросы к лекции 11
1. Какими документами регламентируется перевозка химических грузов. Деление
грузов по химическому составу?
2. Как делятся суда по степени опасности?
3. Каковы требования конструктивной безопасности к химовозам?
4. Принцип размещения грузовых емкостей на многоцелевом химовозе.
5. Два типа грузовых емкостей химовоза и их устройство.
6. Материалы для изготовления и покрытия грузовых танков химовоза.
7. Трубопроводы химовозов и их расположение.
8. Насосы химовозов и их расположение на судне.
9. Газоотводная система газовоза.
10.
Система инертных газов химовоза.
11.
Система вентиляции химовоза.
12.
Зачистка танков с помощью системы вентиляции на химовозе.
13.
Классификация комбинированных судов.
14.
Устройство трюмов нефтерудовозов.
15.
Устройство трюмов судов типа ОВ.
16.
Особенности специальных систем нефтенавалочников.
17.
Как решаются вопросы расположения и защиты от насыпных грузов трубопроводов систем и подогревателей груза на нефтенавалочниках?
18.
Как решаются вопросы защиты от загрязнений жидких грузов на нефтенавалочниках?
Лекция 12
17. Газовозы
17.1. Документы, регламентирующие перевозку сжиженных газов (СГ)
Транспортировка сжиженных газов наливом является очень опасным
видом перевозок. Поэтому правила безопасности строго регламентируются
рядом международных и российских документов. К ним относятся:
- Международный кодекс по газовозам (МКГ);
123
- Конвенция СОЛАС-74, глава 7: Перевозка опасных грузов (часть С.
Конструкция и оборудование судов, перевозящих сжиженные газы наливом);
- Руководство по безопасности танкеров (сжиженные газы). 1995. МПС
(Международная палата судоходства);
- Правила классификации и постройки газовозов. Регистр морского судоходства России.
-Правила перевозки сжиженных газов наливом специализированными
судами-газовозами, РД 31.11.81.43-83, 7-М, 1996.
Кроме того, по различным видам груза имеются технические условия
на их перевозку.
17.2. . Классификация, некоторые характеристики СГ и способы
перевозки
По природе происхождения различают три вида газов:
- СПГ (LNG) – сжиженный природный газ, который в природе существует в естественном виде. Таким газом является метан. Он бывает чистым
(99 %) и с примесями других газов, которые ухудшают его качество: этана,
азота, углекислого газа, сероводорода, воды. Процентное содержание примесей зависит от месторождения и достигает 25 %.
- СНГ (LPG) – сжиженный нефтяной газ, является попутным газом при
добыче нефти или растворенным в ней. К нефтяным газам относятся пропан, бутан, пропилен, бутадиен, бутилен и др., а также газовый конденсат.
- ПСГ (Chemicals) – промышленные сжиженные газы: аммиак, азот, винилхлорид, фреоны и др. Наибольший удельный вес в производстве и
транспортировке приходится на аммиак NH3.
Транспортировка газов в сжиженном состоянии позволяет уменьшить
их объем в 200 – 600 раз. Сжижение газа проводится в районе добычи или
непосредственно перед погрузкой на судно. Выбор способа сжижения зависит от его физико-химических свойств и технико-технологических параметров в транспортно-технологической системе. Сжижение осуществляется
тремя способами:
- путем глубокого охлаждении (рефрижераторный способ). Этот способ применяется к газам с очень низкой температурой кипения: метан
(-161 оС), этилен (-104 оС), этан (-89 оС), азот (-196 оС);
- путем повышенного давления (напорный способ). Этим способом
сжижаются газы, имеющие температуру кипения, близкую к естественной
отрицательной температуре: бутан (-0,5 оС), бутадиен (-4,5 оС), бутилен
(-6,3 оС);
- путем охлаждения и умеренного повышения давления (полурефрижераторный способ). Этот способ сжижения используется для газов, темпера-
124
тура кипения которых при атмосферном давлении не ниже -50 оС: аммиак
(-33 оС), пропан (-42 оС), пропилен (-48 оС).
Перечисленным трем способам сжижения газов соответствуют три
способа их перевозки: рефрижераторный, напорный и полурефрижераторный. Наиболее эффективный способ – полурефрижераторный, так как при
широкой номенклатуре перевозимых газов он не требует дорогостоящего
технологического оборудования. Перевозка производится при температуре
несколько ниже температуры окружающей среды (-10 оС), а давление в танках колеблется в пределах 0,4 – 1,0 МПа. Еще проще в технологическом отношении напорный способ, но он обладает существенными недостатками
(большая масса толстостенных емкостей, повышенная опасность, из-за чего
дедвейт таких газовозов не превышает 10 тыс. т). Не все газы можно перевозить под давлением, так как давление в танках не превышает 1,75 МПа,
а критическое давление газов минимум 3,5 МПа.
Рефрижераторным способом транспортируют метан, перевозки которого составляют 40 % от общего объема перевозимого морем сжиженного
газа.
Транспортировка сжиженного газа производится при температуре,
близкой к температуре кипения, поэтому часть газа находится в газообразном состоянии, образуя так называемую «газовую шапку». Физикохимические свойства газов индивидуальны, а их параметры колеблются в
широких пределах, и они определяют способ сжижения и транспортировки.
Плотность в сжиженном состоянии, например, у метана 422 кг/м3, аммиака
681 кг/м3, винилхлорида 973 кг/м3. Отношение объема в газообразном состоянии к объему в жидком состоянии от 221 (бутан) до 882 (аммиак). Относительная плотность по воздуху от 0,554 до 2,15. последняя характеристика имеет значение при инертизации и дегазации танков, а также при
утилизации испарившихся газов.
Сжиженные газы обладают следующими опасными свойствами:
- способностью накопления значительных зарядов статического электричества в процессе грузообработки судна;
- огнеопасны и взрывоопасны;
- токсичны: отравление и наркотическое воздействие при попадании
паров газа и жидкости в дыхательные пути, в глаза и на кожу человека;
- вызывает обмораживание при попадании на кожу человека;
- низкие температуры отрицательно воздействуют на материалы конструкций и систем управления.
Помимо перечисленных опасностей повышенная химическая активность приводит к следующим негативным явлениям:
- к опасным химическим реакциям с отдельными примесями, несовместимости материалов конструкций с перевозимым грузом, образованию
опасных смесей с кислородом воздуха и другими газами;
- способности к реакции полимеризации и саморазложению.
125
17.3. Классификация газовозов
По степени опасности грузов и конструктивной защиты Регистр делит газовозы на три класса:
- класс «Газовоз 1» предназначен для перевозки наиболее опасных для
окружающей среды и живых организмов грузов. К этим грузам относятся
хлор, бромистый этил, двуокись серы, оксид этилена;
- класс «Газовоз 2» предназначен для перевозки менее опасных грузов:
аммиак, нефтяные газы, метан, этан, винилхлорид, хлористый метил, хлористый этил, уксусный альдегид, этил и др.
- класс «Газовоз 3» определяет условия транспортировки нетоксичных
и невоспламеняющихся газов: азот, дихлордифторметан и др.
Конструктивная защита груза предусматривает три степени защиты,
причем жесткость требований возрастает по мере роста опасности перевозимого груза. На газовозах всех классов грузовые танки должны отстоять от
внешнего днища на высоте не менее В/15 или 2 м отстояние танка от борта
в районе летней ватерлинии у «Газовоза 1» должно быть В/5 и не менее 760
мм в любом другом месте. Это же расстояние должно отделять танки от
теоретической линии борта на газоа
б
возах других классов. Вкладные грузовые танки обязательны для «Газовоза 1».
Если корпусные конструкции
не рассчитаны на
Рис. 97. Расположение грузового танка от днища и борта
низкотемпературна газовозе: а – расстояние от танка до внешнего днища;
ное
воздействие
б– расстояние от танка до обшивки борта
груза, то они подлежат теплоизоляо
ции при перевозке груза с температурой ниже -10 С. При этом судно должно иметь второе дно, а если температура груза ниже -55 оС, то и второй
борт.
По способу транспортировки сжиженных газов газовозы делятся на
четыре типа.
Тип 1 – суда с полным давлением (напорные). Сжиженные газы перевозятся при температуре окружающей среды. Расчетное давление равно давлению паров СГ при температуре 45 оС. Танки и трубопроводы не имеют
теплоизоляции. На судне нет рефрижераторной установки для повторного
сжижения газа. Танки изготавливаются из углеродистой стали и должны
выдерживать давление 1,75 МПа. Форма танков цилиндрическая или в виде
126
пакетов труб, которые при равном давлении имеют меньшую толщину стенок и массу, проще в изготовлении. Напорные газовозы предназначены для
транспортировки СНГ и аммиака и некоторых других грузов.
Тип 2 – суда с частичным давлением. Сжиженные газы перевозятся при
температуре до -10 оС и при давлении в танке до 785 кПа. Газ охлаждается
на берегу и под давлением подается на судно. Танки изготавливаются из
углеродистой стали, имеют теплоизоляцию. Форма танков плоскостенная,
что позволяет более полно использовать трюмное пространство газовоза
суда оборудуются рефрижераторной установкой для охлаждения груза.
Грузоподъемность этих судов выше по сравнению с газовозом напорного
типа из-за уменьшения массы вкладных и встроенных танков. Номенклатура перевозимых СГ такая же, как у газовозов первого типа.
Тип 3 – суда с частичным давлением и полным охлаждением. Сжиженный газ перевозится при температуре -45 оС и при давлении в диапазоне 490
– 765 кПа. Танки изготавливаются из специальной углеродистой или никелевой стали. Танки и трубопроводы имеют теплоизоляцию. Судно оборудовано рефрижераторной установкой.
Тип 4 – суда с полным охлаждением газа при атмосферном давлении.
Делятся на три подтипа:
«А» - суда для перевозки полностью охлажденных СНГ, винилхлорида
и этила. Грузовместимость 75 – 100 тыс. м3. Теплоизолированные танки
рассчитаны на температуру -50 оС и избыточное давление 27,5 кПа. Это избыточное давление исключает попадание атмосферного воздуха в грузовые
танки. Незначительный уровень избыточного давления позволяет устанавливать вкладные танки призматической формы.
«В» - суда для перевозки полностью охлажденного этилена. Танки этого типа рассчитаны на температуру -104 оС. Материал для свободно стоящих танков – алюминий или никелевая сталь (5 – 9 % никеля), для мембранных танков – нержавеющая сталь или инвар.
«С» - суда для перевозки СПГ. Танки рассчитаны на температуру -164
о
С при атмосферном давлении (температура кипения метана), имеют мощную теплоизоляцию. Рефрижераторная установка не устанавливается. Испаряющийся газ выпускается в атмосферу либо используется как топливо
СЭУ. Степень испарения метана 0,2 – 0,3 % от общего количества груза в
сутки. Свободно стоящие танки изготавливаются из алюминия или никелевой стали (9 % никеля), мембранные танки изготавливаются из алюминия,
нержавеющей стали или инвара. Грузовместимость метановозов достигает
160 м3.
Часто приведенную классификацию упрощают и все приведенные типы с подтипами объединяют в три основных типа:
- Газовоз напорного типа – приведенный выше тип 1.
- Газовоз полурефрижераторного типа – суда типа 2 и 3;
- Газовоз рефрижераторного типа – суда типа 4 (А, В, С).
127
Следует заметить, что чем ниже температура перевозки газа, тем больше его плотность, а это существенно увеличивает грузовместимость судна.
Коэффициент использования грузовместимости рефрижераторного газовоза
на 16 % больше, чем напорного.
По грузовместимости газовозы разделяются на малые до 60 тыс. м3,
средние от 60 до 100 тыс. м3 и супергазовозы – грузовместимостью свыше
100 тыс. м3. В качестве критерия размеров газовоза выбрана суммарная грузовместимость его танков, а не грузоподъемность, так как масса различных
СГ может на много отличаться одна от другой, а вместимость танков – величина постоянная.
17.4. Классификация и устройство грузовых танков газовозов
По принципу устройства танков их, также как и на химовозах, делят на
встроенные и вкладные с уже описанными в разделе 13 отличительными
признаками. Но в классификации
танков газовозов есть емкости,
которые не относят к первым или
вторым: мембранные и полумембранные. С учетом этого грузовые танки газовозов делятся на
четыре основные типа.
Тип 1 – встроенные танки.
Танки являются частью корпуса
судна и обеспечивают его общую
и местную прочность. Выдерживают давление до 25 кПа (в отдельных случаях до 70 кПа). Танки предназначены для грузов с
температурой перевозки до -10
о
С.
Тип 2 – мембранные грузовые танки. Танк представляет собой оболочку из гофрированной
нержавеющей стали или листового инвара, которая через изоляцию опирается на корпус судна.
Оболочки должны выдерживать
Рис. 98. Некоторые виды грузовых цистерн на
избыточное давление до 25 кПа
газовозах и их размещение на судне:
(в отдельных случаях до 79 кПа).
а – призматическая цистерна; б – прочТип 3 – полумембранные
ная вертикальная цилиндрическая цисгрузовые танки. Танк состоит из
терна; в – прочная сферическая цистерна
оболочки, которая поддерживает128
ся корпусом судна. Форма танка призматическая со скругленными углами.
Оболочка должна выдерживать такое же давление, как и в мембранных танках.
Тип 4 – вкладные грузовые танки, которые часто называют цистернами.
Танки воспринимают и выдерживают статические и динамические нагрузки
от сжиженного газа и собственной массы. Танки опираются на набор корпуса судна, не имея с ним жестких связей, и не участвуют в обеспечении
общей и местной прочности судна.
Вкладные грузовые танки, в свою очередь, подразделяются на три категории:
Категория «А» - прочность танков соответствует требованиям правил
Регистра, которые предъявляются к судовым конструкциям. Танки имеют
плоские поверхности и должны выдерживать избыточное давление до 70
кПа.
Категория «В» - танки, прочность которых устанавливается специальными модельными испытаниями и расчетами действующих напряжений,
усталости металлов и трещинообразований. Танки, сформированные плоскими поверхностями, должны
выдерживать избыточное давление 70 кПа.
Категория «С» - прочность
танков соответствует требованиям, которые предъявляются к
сосудам давления. Танки должны выдерживать давление до
1,75 МПа, рассчитаны на транспортировку сжиженного газа
под давлением.
При конструировании грузовых танков приходится решать две основные задачи. Необходимо обеспечить прочность
танков для тех условий перевозки СГ, для которых они предназначены. В то же время загрузка
танкера должна быть максиРис. 99. Призматический грузовой танк с гофрированной мембраной: 1 – внутренняя мембран- мально возможной, а это требоная обшивка; 2 – клинообразные стыки; 3 – трех- вание вступает в некоторое прослойная теплоизоляция из бальсы; 4 – теплоизо- тиворечие с предыдущим. А усляция из стекловолокна; 5, 7 – подпалубные и ловия перевозки зависят от фискуловые цистерны; 6 – шпангоуты; 8 – днище- зико-химических характеристик
вые стрингеры; 9 – туннельный киль; 10 – второе транспортируемого СГ. Наибодно
лее полно используется внут129
ренний объем судна с призматическими танками, но в этом случае давление
в них должно быть близким к атмосферному. А это возможно при перевозке
газа с температурой, близкой к температуре кипения при атмосферном давлении, или равной ей. Чем выше давление в танке, тем более округлую
форму он должен иметь при равном объеме груза и толщине стенки.
Призматические танки (цистерны) бывают разной конструкции: мембранные, полумембранные и наборные, т.е. имеющие балки прочностного
набора. Мембранные танки могут состоять из одной или двух мембранных
оболочек, изготовляемых из гофрированных листов нержавеющей стали
или из плоских листов инвара толщиной 0,7 мм. Отдельные листы мембранной оболочки свариваются контактной сваркой. Каждая оболочка покрывается слоем прочной теплоизоляции, воспринимающей усилия от мембранной оболочки и передающих их на корпусные конструкции судна. Каждый слой изоляции набирается из большого числа фанерных блоков, заполненных перлитом. Гофрировка мембранных оболочек по типу вафельной необходима для компенсации термических деформаций. Оболочки из
инвара практически не подвержены термическим деформациям, поэтому
они выполняются плоскостенными.
Рис. 100. Призматические полумембранные грузовые танки газовозов рефрижераторного типа: а – подвесного типа: 1 – горловина цистерны; 2 – подпалубная подвеска; 3 – полумембранная стенка цистерны: 3-1 – пустой цистерны при глубоком охлаждении; 3-2 – та же стенка после заполнения цистерны СГ; 3-3 – та же стенка при
нормальной температуре; наружная обшивка; 5 – теплоизоляция; 6 – продольная переборка; б – опорного типа с набором, подпалубными и скуловыми цистернами и теплоизоляцией
130
Полумембранные грузовые танки представляют собой гладкостенные
безнаборные емкости, выполненные в форме параллепипеда, из алюминиевых стальных конструкций или листов никелевой стали толщиной от 3 до
12 мм со скругленными углами, посредством которых эти емкости опираются через слой теплоизоляции на корпусные конструкции судна. Грузовой
танк такой конструкции называется опорным. Встречаются также полумембранные танки подвесного типа, при использовании которых палубное перекрытие выполняют двойным, повторяющим конструкцию двойных бортов. Овальная форма углов полумембранного танка хорошо воспринимает
термические деформации. Полумембранные танки проще, технологичнее и
дешевле по сравнению с танками мембранного типа. Однако из-за малой
толщины стенок подвесные полумембранные оболочки не сохраняют свою
форму, когда танк не заполнен сжиженным газом. Для поддержания формы
танка и обеспечения прилегания его плоских стенок к изоляции в порожнем
состоянии в них необходимо поддерживать небольшое избыточное давление (2,5 – 3,0 кПа).
Призматические грузовые танки наборного типа
могут быть одностенными с внутренним или внешним набором или
двустенными
с
междустенным набором. Грузовое
пространство танков этого типа разделено на четыре
отсека посредством
сплошной
продольной переустановРис. 101. Призматический вкладной танк наборного типа борки,
газовоза СНГ с продольной сплошной переборкой, отбойной ленной в диаметпоперечной переборкой, внутренним и внешним набором, под- ральной
плоскопалубными и скуловыми цистернами, туннельным килем и тепсти, и поперечной
отбойной переборки, расположенной посередине танка. По конструкции призматические наборные танки могут быть встроенными и вкладными, с внешней или внутренней теплоизоляцией. Если температура груза не ниже -10 оС, теплоизоляция обычно отсутствует.
На газовозах напорного типа применяют только вкладные цистерны и
только в виде сосудов давления различной формы: сферические, цилиндри131
ческие, цилиндроконические, трубообразные, сотовые и др. Эти цистерны
располагаются в трюмном пространстве судна вертикально, горизонтально,
поперек или вдоль судна, в один или в два яруса. При больших размерах
они имеют внутри тавровые подкрепления, снаружи они имеют крепления
от смещения внутри судна. Незаполненное пространство трюмов используется под балласт.
Широкое применение находят сферические танки норвежской фирмы
«Мосс Розенберг», выполненные из алюминия или никелевой стали. Эти
танки испльзуются как на газовозах СНГ, так и на метановозах и отличаются толщиной изоляции. В первом случае ее толщина составляет 200 мм, во
втором достигает 500 мм и более. Снаружи теплоизоляция защищена алюминиевой фольгой. Диаметр сферического танка 37 – 44 м, масса в сборе
680 – 700 т. Экваториальный пояс сферического грузового танка, называемый юбкой, усилен и установлен на цилиндрический фундамент, опирающийся на двойное дно судна.
Рис. 102. Варианты расположения цилиндрических вкладных грузовых танков в
трюмах газовозов: а, б – горизонтальное
расположение грузовых цистерн соответственно вдоль и поперек корпуса судна;
в, г – вертикальное расположение цистерн
соответственно одинарных и спаренных;
д, е – блок-цистерны сотового типа с горизонтальной и вертикальной установкой;
1 – купол цистерны; 2 – тронковая палуба;
3 – внутренние продольные перемычки в
блок-сотах
Рис. 103. Конструкция грузового сферического танка типа «Мосс Розенберг» газовоза:
1 – кожух из стали; 2 – теплоизоляция;
3 – алюминиевая оболочка танка; 4 – трубная
колонна с куполом наверху и фундаментом
внизу; 5 – биметаллическое соединение
«алюминий-нержавеющая сталь»; 6 – термобарьер из нержавеющей стали; 7 – опорная
юбка из стали с высоким сопротивлением
разрыву; 8 – двойной стальной корпус судна;
9 – танк балластной воды
Верхняя часть танка любой конструкции называется куполом. Он выступает над поверхностью танка и служит для ввода в танк трубопроводов
132
разных систем, размещения приводов штанговых погружных насосов, а
также обеспечения доступа в грузовой танк.
У сосудов давления купола имеют цилиндрическую форму (рис 104), у
призматических танков – форму параллепипеда (рис. 105). Цилиндрический
купол сферического танка переходит внутри танка в цилиндрическую вертикальную колонну-башню диаметром 2,5 – 3,0 м, которая опускается до
днища танка. Внутри нее проходят все трубопроводы, необходимые для обслуживания танка. В ней размещены погружные насосы и другое оборудование, доступ к которому обеспечивается по спиральному трапу.
На рис. 104 показаны основные трубопроводы для подвода и отвода
жидкостей и газа в сферический танк. Подобная принципиальная схема
сферического танка метановоза «Гранд Анива» дана на рис. 106 (колоннабашня на этой схеме не показана).
Рис. 104. Схема купола сферического танка: 1 – отвод инертного газа
(азота) через предохранительный клапан; 2 – подача азота ко дну околотанкового пространства; 3 – отвод испаряющегося газа; 4 – коллектор распылителей СГ в средней части танка;
5 – коллектор распылителей конденсата в верхней части танка; 6 – отвод газа со дна танка при зачистке выпариванием и продувке; 7 – выгрузка СГ;
8 – погрузка СГ; 9 – выпуск паров17.1.
из
17.2.
околотанкового
пространства;
17.3.
10 – грузовой насос; 11 – подача
инертного газа
17.4.
Рис. 105. Конструкция купола вкладного
призматического танка: 1 – продольная
непроницаемая переборка; 2 – трапы;
3 – трубопроводы грузовых систем;
4 – теплоизоляция тронка и купола;
5 – тронкковая палуба; 6 – лаз; 7 – отбойная поперечная проницаемая переборка; 8 – купол; 9 – тронк грузового
танка
17.5.
133
17.5. Вторичные барьеры, сточные колодцы, теплоизоляция
На крупных газовозах грузовые танки мембранного типа оборудуют
тронком – суженным возвышением верхней части танка над верхней палубой, простирающимся на всю его длину по диаметральной плоскости. При
загрузке танкера его грузовые емкости заполняются до верхней палубы. Незаполненным оставляют только пространство внутри тронка. Будучи более
узким по отношению к ширине танка, оно уменьшает свободную поверхность жидкости в танке и за счет этого повышает остойчивость судна в
штормовых условиях.
При перевозках СГ возможны его протечки при нарушении герметичности оболочки танка. Эти протечки опасны тем, что они могут вызвать местное переохлаждение корпуса судна. Поэтому, если танк не напорный и не
имеет толстых надежных стенок, его заключают в герметичную вторую
оболочку, которую называют вторичным барьером. Если температура газа
не превышает -10 оС, вторичный барьер обычно не требуется. Использование в качестве вторичного барьера корпуса судна допускается, если температура кипения сжиженного газа лежит в пределах от -10 до -55 оС при атмосферном давлении и материал корпуса выдерживает такой температурный режим.
Полный вторичный барьер необходим для газовозов с мембранными
танками, а также вкладными и полумембранными танками, спроектированными в соответствии с требованиями категории А, и для танков с внутренней изоляцией. В качестве материала для вторичного барьера используется
листовой или гофрированный инвар, листовой алюминий. Бальсовая древесина, выполняющая роль изоляции, также может быть и вторичным барьером. Внутренняя обшивка танка является первичным барьером, внешняя –
вторичным. Расстояние между обшивками 150 – 200 мм. В этом пространстве располагается теплоизоляция из полиуретана. Вторичный барьер из теплоизоляции применяется на газовозах с мембранными танками. Вторичный барьер в этом случае опирается с помощью обрешетника на внутренние корпусные конструкции. Обычно первичный барьер – внутренняя оболочка, далее – слой изоляции, далее вторичный барьер – внешняя оболочка,
и опять слой изоляции. Первый и второй слой изоляции выполняются жесткими, что позволяет передать нагрузки давления на корпус судна.
134
Вкладные призматические танки категории В или полумембранные
танки могут иметь частичный вторичный барьер, который возвышается на
1/3 высоты танка. Между барьером и обшивкой танка размещается теплоизоляция из стекловолокна. Сам грузовой танк покрыт стекловолокном и
пенополиуретаном, армированным капроновой сетью. Изоляция днища
танка состоит из обрешетника, заполненного полиуретаном и опирающегося на настил второго дна, двух слоев фанеры, между которыми находится
несколько слоев бальсовой древесины. Два слоя фанеры с бальсовой древе-
Рис. 106. Подробная схема оснащения и коммуникаций грузового сферического танка
газовоза «Гранд Анива» Совкомфлота
синой между ними и образуют частичный вторичный барьер.
Сточные колодцы предназначены для сбора протечек сжиженного газа
и удаления их с целью дальнейшего вовлечения в основной груз. Они располагаются в углублении второго дна кормовой части танка и представляют
собой углубления на 200 – 300 мм во втором дне или вторичном барьере.
Снабжаются извещателями, принцип работы которых основан на резком
понижении температуры при протечках СГ.
Тепловая изоляция обязательна на танках газовозов, перевозящих СГ
при температуре ниже -10 оС. Изоляция предназначена для снижения потерь СГ и поддержания температуры судовых конструкций не ниже допустимой. Изоляция подразделяется на три вида: твердую, мягкую и сыпучую.
Тепловая изоляция может быть в некоторых случаях нанесена внутри танка,
если она совместима с грузом и не разрушается при сжатии.
135
Контрольные вопросы к лекции 12
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Какими документами регламентируется перевозка СГ?
Классификация СГ.
Способы сжижения газа.
Способы перевозки СГ.
Опасные свойства СГ.
Классификация газовозов по способу транспортировки и опасности груза.
Требования к конструктивной защите газовозов.
Типы газовозов по параметрам перевозимых грузов.
Классификация грузовых танков газовозов.
Мембранные грузовые танки.
Полумембранные грузовые танки.
Призматический грузовой танк наборного типа.
Сферические и цилиндрические танки.
Купол сферического грузового танка.
Купол и тронковая палуба призматического танка.
Вторичные барьеры.
Тепловая изоляция грузовых танков газовозов.
Коммуникации грузового танка метановоза «Гранд Анива»
Лекция 13
18. Грузовые, зачистные и газоотводные системы газовозов
18.1. Грузовые системы
Грузовые системы газовозов различных типов существенно отличаются одна от другой, а все вместе – от грузовых систем нефтетанкеров. Это
обусловлено главным образом физико-химическими свойствами грузов и
способами их транспортировки. При транспортировке СГ должны также
учитываться технические возможности терминалов. Невозможно, к примеру, на судно с призматическими танками принять СГ с терминала, на котором он хранится под высоким давлением, или выгрузить из рефрижераторных газовозов СПГ в хранилища, не оборудованные соответствующими холодильными установками. Технологии погрузки и выгрузки СГ на разных
типах газовозов могут быть совершенно разными. Эти различия зависят еще
и от наличия или отсутствия на судне установок повторного сжижения газов (УПСГ) и системы утилизации испарившихся газов (СУИГ). Поэтому
следует рассматривать отдельно грузовые системы напорных, рефрижераторных и полурефрижераторных газовозов, комплектация которых оборудованием зависит еще и от их грузовместимости.
136
Рис. 107. Упрощенные схемы грузовых систем напорных газовозов:
а – с промежуточной цистерной; б – без промежуточной цистерны: 1 – грузовая цистерна; 2 – промежуточная цистерна; 3 – грузовой перекачивающий насос;
4 – грузовой компрессор; 5 – береговая емкость; 6 – отделитель жидкости
Газовозы напорного типа имеют грузовместимость до 10000 м3. Грузовые цистерны – сосуды под давлением имеют формы, показанные на рис.
102, которые стараются разместить как можно компактнее в пределах судовых трюмов. Грузовые системы таких газовозов наиболее просты: нет
УПСГ, распылительной системы, погружных, зачистных и аварийных насосов. Температура груза такая же, как и вокруг танка, нет вторичных барьеров, изоляции, не нужны дорогостоящие материалы. Насосы используются,
но они вынесены за пределы грузовых цистерн. Основное погрузочноразгрузочное средство – компрессор. Обязательны две магистрали – парогазовая и жидкостная. В каждой группе танков парогазовая магистраль обслуживается отдельным грузовым компрессором, а жидкостная – отдельным грузовым центробежным насосом. Резервный комплект из компрессора
и насоса обычно один на все танки. Могут быть на судне две схемы выгрузки: с промежуточной цистерной и без нее.
В первом варианте (рис. 107а) компрессор 4 отсасывает из промежуточной емкости 2 газ и направляет его в судовую цистерну 1 с грузом. Во
втором варианте (рис. 107б) компрессор отсасывает газ из берегового газохранилища и направляет его в судовую цистерну. За счет образующейся
разницы давлений в сосудах жидкость перетекает в промежуточную емкость (рис.107а), из которой грузовым насосом 3 она перекачивается в береговое хранилище. При отсутствии промежуточной емкости (рис. 107б)
груз поступает сразу под давлением на всасывающий патрубок насоса 3.
Газовозы рефрижераторного типа. Грузовая система так же, как и у
напорных газовозов имеет и жидкостную, и паровую магистрали, но паровая труба нужна для отвода или подвода испарившегося газа при выгрузке/погрузке, на УПСГ или СУИГ. Сферические танки на таких газовозах
137
тоже иногда используются, но давление в них невысокое (например, суда
типа «Гранд Елена», перевозящие СПГ с Сахалина в Японию). Однако, чаще СПГ перевозятся в призматических вкладных танках.
Погружные грузовые насосы и трубопроводы размещены в грузовых
цилиндрических башнях, являющихся продолжением купола и достигающих в диаметре 3 м. Эти башни располагают или над грузовым колодцем,
если грузовой танк имеет призматическую форму, или по центру, если
форма сферическая. Погружные насосы могут быть как штангового типа
(колодезные) с приводами на палубе, так и безштангового типа с приводами
в танке в одном корпусе с насосом.
Принципиальная схема грузовой системы газовоза типа «Моссовет»
показана на рис. 108. Суда предназначены для перевозки нефтяных газов и
аммиака при температуре в грузовых танках -48 оС и атмосферном давлении. Четыре вкладных призматических танка системы «Технигаз» разделены на две независимые группы: первая – танки А и С, вторая – В и D. Жидкостные I и парогазовые II палубные магистральные трубопроводы соединены соответственно через фильтры 9 с жидкостным и парогазовым манифольдами 10, обращенными своими фланцевыми приемниками к обоим
бортам судна.
Жидкостная магистраль каждой группы грузовых танков соединена
на куполах с трубопроводами погрузки и выгрузки, рассоложенными в танках с каждой стороны непроницаемой продольной переборки 15. Трубопроводы выгрузки соединены с двумя грузовыми центробежными пятиступенчатыми электронасосами 1 штангового типа мощностью 230 кВт, производительностью 650 м3/ч и напором 1,3 МПа. Загрузка танков осуществляется
по трубопроводам 12. В балластном переходе при подходе к порту погрузки
производится захолаживание грузовых танков посредством распыления СГ
через конденсатно-струйный распылительный коллектор 14. Жидкий газ к
нему может подаваться либо по грузовой жидкостной магистрали I из грузовой емкости, в которой он оставлен специально для захолаживания грузовых танков, либо по конденсатному трубопроводу III из реконденсационной
установки (УПСГ). Последняя отсасывает по трубопроводам II из охлаждаемой емкости испаряющиеся пары СГ, конденсирует их и возвращает в
грузовой танк через распылительный коллектор 14. После того, как температура грузового танка снизится до допустимого значения, груз в танк подается береговым насосом только по грузовой магистрали I к загрузочным
трубопроводам 12. Обе половины грузового танка могут сообщаться через
запорные перепускные клапаны 2, управляемые ручными приводами 3 с купола танка. В процессе транспортировки пары груза из грузовых танков по
газовым трубопроводам и по палубным магистралям II подводятся к соответствующей холодильной установке, входящей в УПСГ. Там они подвергаются повторному сжижению, а затем возвращаются по конденсатным магистралям III в грузовые танки через конденсатно-струйные коллекторы 14.
138
139
УПСГ состоит из трех одинаковых комплектов каскадных холодильных установок, из которых два обслуживают каждый свою независимую
группу танков, а третий является резервным и может быть подключен к любой группе танков. Нижний каскад каждой холодильной установки состоит
из фильтра-отделителя 6 жидкой и паровой фракций, двухступенчатого
компрессора 5 и конденсатора 4, охлаждаемого фреоном, подаваемого из
верхнего каскада (не показан). Отделившаяся в сепараторе жидкость по
трубопроводу 7 возвращается в грузовые танки. Парогазовые магистрали II
обеих групп танков через предохранительные клапаны соединены с магистральными трубопроводами газоотводной системы 8. Несконденсировавшиеся газы через угловой клапан возвращаются в грузовой танк. Эти газы
могут быть направлены из конденсаторов через перепускные клапаны на
вход отделителей 6 на повторное сжижение.
При выгрузке грузовыми насосами 1 давление в грузовом танке быстро снижается. Для поддержания его постоянным освобождающееся пространство необходимо заполнять парами груза, которые отсасываются компрессором судовой УПСГ из береговой емкости и нагнетаются, минуя конденсатор, в выгружаемый грузовой танк через конденсатный трубопровод
14. Трубопроводы 13, соединяющие магистрали II со змеевиками в грузовых колодцах, служат для зачистки грузовых танков методом выпаривания.
Горячие пары груза подаются к змеевикам от компрессоров 5, минуя конденсаторы.
Газовозы полурефрижераторного типа. Такие суда используются
для перевозки СНГ и аммиака при одновременном повышении давления и
понижения температуры. На разных судах расчетное давление находится в
диапазоне в грузовых танках от 0,4 до 0,9 МПа, поэтому они изготавливаются как сосуды давления (типа С), подверженные к тому же воздействию
пониженных температур.
При эксплуатации газовозов на линиях, береговые терминалы которых оснащены хранилищами под высоким давлением погрузки/выгрузки
применяют такой же метод, что и для напорных газовозов, т.е. за счет создания разрежения в береговой емкости и вытеснения СГ из судовой цистерны под действием разности давлений. Если за расчетное давление перевозки СГ принимаются значения из нижнего предела приведенного выше диапазона, выгрузка повышением давления в танке становится неприемлемой.
В этом случае выгрузка производится погружным грузовым насосом. При
разделении цистерны продольной непроницаемой переборкой устанавливаются два таких насоса. Для преодоления противодавления в береговой
цистерне устанавливаются на палубе бустерные насосы по числу независимых групп танков.
В практике работы газовозов приходится сталкиваться с несоответствием не только давлений, но и температуры СГ на судне и береговом терминале. Если она на берегу ниже, чем на судне, охлаждение груза произво140
дится береговыми холодильными установками. Если температура груза
выше на берегу, подогрев груза производится в процессе выгрузки на судне
прокачиванием его через теплообменник, в который подается большое количество морской воды. Главное при этом – не допустить замерзания воды
в трубах теплообменника. При достаточной скорости прокачки замерзание
не произойдет. К примеру, для подогрева СГ от -45 оС до +5 оС на 1 т груза
надо прокачать 6 т воды при ее температуре около 15 оС.
18.2. Зачистка танков
На газовозах, так же как и на других видах наливных судов, грузовой
насос не может удалить груз до сухого состояния танка, и зачистные операции проводятся, но не при каждой выгрузке, как на нефтяном танкере. Такие операции не требуются на рефрижераторном газовозе при перевозке
одного и того же груза. Неоткачиваемые остатки СГ оставляют для поддержания в танке низкой температуры, т. е. для захолаживания танка при последующей погрузке. Полное осушение танка бывает необходимым перед
проведением ремонтных работ или при смене груза. Если это происходит
редко, то и зачистная система не нужна. Зачистку в этом случае производят
методом выпаривания с помощью компрессора УПСГ, а если его нет – грузового компрессора.
Компрессор забирает пары груза из зачищаемой емкости, сжимает их
и направляют нагретыми от сжатия в змеевиковые подогреватели, находящиеся в колодце грузового танка у его кормовой переборки. Там они охлаждаются и конденсируются, после чего конденсат груза из подогревателя
направляется в грузовой танк, не подлежащий дегазации или на берег. Таким образом, для нагрева и испарения остатков груза используются его пары. Возможно испарение остатков груза горячими парами фреонового хладоагента. Недостатками этого способа зачистки являются большие затраты
времени и энергии на зачистку.
На многоцелевых газовозах смена вида груза производится сравнительно часто. Поэтому на них оказалось целесообразным устанавливать
специальные зачистные системы для каждого танка в отдельности. Зачищаемые остатки груза опорожненного танка перекачиваются, как правило, в
соседний заполненный танк, из которого они удаляются грузовым насосом.
Большого напора насосу при этом создавать не требуется.
На газовозах большое значение придается надежности функционирования грузовой системы. Для этого предусматриваются аварийные средства
выгрузки. В сосудах давления аварийная выгрузка возможна созданием
достаточного для этого избыточного давления. При наличии в одном танке
двух погружных насосов также можно обойтись без аварийного насоса. В
других случаях каждый танк может быть обеспечен специальным аварийным стационарным насосом, заключенным в достающий до дна танка ко141
жух. Насос хранится подвешенным вне танка, а при необходимости опускается по этому кожуху на дно для выгрузки СГ. Его подача примерно в два
раза ниже подачи основного грузового насоса.
Для аварийной выгрузки используют еще так называемую
«газлифтную схему (рис. 109).
Компрессор создает разрежение в
сепараторе 3, отчего в него поступает газожидкостная смесь. Из сепаратора жидкий газ перекачивается в береговую емкость, а газообразная фракция конденсируется в
теплообменнике и вновь поступает
в цистерну или непосредственно в
береговую емкость. Уровень жидкости в сепараторе поддерживается
автоматическим устройством, регулирующим производительность
компрессора и насоса. При абсолютном давлении в грузовой цисРис. 109. Схема газлифтной разгрузки терне 0,105 МПа подобная система
СГ: 1 – цистерна для СГ; 2 – приемный позволяет подавать жидкость на
патрубок; 3 – сепаратор; 4 – грузовой высоту 15,2 м при абсолютном давкомпрессор; 5 – грузовой насос;
лении в сепараторе 0,805 МПа.
6 – конденсатор; 7 – трубопровод СГ;
Газлифтная система требует
8 – береговое хранилище СГ
большой мощности компрессоров.
Поэтому в некоторых случаях используют переносные аварийные насосы.
18.3. Системы газоотвода на газовозах
Понятие газоотвода на газовозах более сложное, чем на нефтетанкерах. На судах этого типа нельзя сообщать танки с атмосферой даже через
дыхательные клапаны или заполнять освобождающееся пространство при
выгрузке воздухом или инертным газом. Хотя в определенных случаях возможен выпуск газа в атмосферу через предохранительные клапаны.
Если не считать исключительную ситуацию, например, возникновение пожара, испарение газа – естественный процесс. Оно не происходит
только тогда, когда давление в танке превышает давление насыщения, соответствующее самой высокой температуре перевозки, т. е. в напорных танках. При транспортировке частично или полностью охлажденных газов и
пониженном расчетном давлении, несмотря на теплоизоляцию из-за слабого притока теплоты происходит испарение и повышение давления. Поэтому
каждый танк снабжен системой автоматического поддержания определен142
ного давления. Если это давление превышается, испарившийся газ сбрасывается в газовую магистраль. Во время погрузки объем этого газа равен
объему поступающего в танк груза. Как правило, этот газ поступает через
газовый приемник на манифольде в береговую емкость, замещая объем подаваемого на судно груза. Имеется в виду погрузка в захоложенный судовой танк, заполненный парами того же СГ. Если береговая газовая магистраль отсутствует, газ подается в порожний танк. Если имеется УПСГ, вытесняемый газ пропускается через эту систему, сжижается и подается в грузовой танк.
Что касается УПСГ, то здесь следует иметь в виду следующее. На метановозах такие установки экономически целесообразно устанавливать при
грузовместимости судна более 125 м3 в связи с тем, что для сжижения метана до -163 оС требуются большие затраты энергии. Целесообразнее испарившийся метан утилизировать в СЭУ, да и это, если цена метана мало отличается от цены на мазут, не всегда целесообразно на небольших метановозах. На суперметановозах количество испарившегося метана иногда превышает потребности СУИГ. Таким образом, стравливание метана в атмосферу через ГОС – обычная практика. Причем выпущенный в атмосферу
метан улетучивается вверх и не создает опасности судну и экипажу (метан
значительно легче воздуха).
В отличие от метановозов на газовозах СНГ стравливание испарившихся газов в атмосферу крайне нежелательно и даже опасно, так как нефтяные газы тяжелее воздуха. Это создает угрозу образования удушающих и
взрывоопасных смесей в околопалубном пространстве. По этой причине
испаряющиеся нефтяные газы не допускается использовать в качестве топлива для СЭУ. Поэтому УПСГ для газовоза СНГ необходим не только для
сохранения груза, но и для безопасности. Учитывая то, что СНГ имеют не
очень низкую температуру кипения, УПСГ на этих судах относительно просты, менее энергоемки по сравнению с метановозами, менее дорогостоящие. А если уж возникает необходимость выпуска нефтяного газа в атмосферу, то его сжигают в факеле.
Грузовые танки газовозов оборудуются системой защиты, независимой от системы автоматического поддержания постоянного давления. Эта
система имеет предохранительные клапаны (ПК), открывающиеся при превышении давления выше рабочего на 20 %. Пропускная способность их устанавливается исходя из скорости заполнения грузовых танков инертным
газом или из интенсивности образования паров груза при воздействии пожара на грузовые танки. В первом случае давление в системе инертных газов должно быть выше давления, на которое установлены ПК. Межбарьерные пространства, а также трубопроводы оборудуются своими ПК. В состав
защиты входят также пожарные ПК, оборудованные электромагнитным
или гидравлическим приводом с дистанционным управлением, а также
143
плавкие предохранительные элементы. Пожарный ПК должен пропускать
объем газа, в 3 – 5 раз больше, чем технологический ПК.
Для того, чтобы удалять в атмосферу газ, поступающий через ПК,
имеется ГОС, аналогичная такой, какая применяется на нефтетанкерах (рис.
108). Выпускные отверстия газоотводных труб и колонн должны быть расположены над уровнем верхней палубы газовоза на расстоянии, равном
большему из двух значений: 6 м или В/3 (В – ширина судна). Над площадкой рабочей зоны и над переходным мостиком выпускные отверстия газоотводных труб должны возвышаться не менее, чем на 6 м. От ближайшего
воздухозаборника выпускные отверстия, отводящие газы из грузовых емкостей, должны быть расположены на расстоянии не менее ширины судна или
25 м в зависимости от того, которая из величин меньше. Другие отверстия
газовыпускных труб, не связанных с грузосодержащей системой, должны
располагаться на расстоянии не менее 10 м от ближайших воздухозаборников или отверстий в жилых, служебных или иных газобезопасных помещений. Если газовоз приспособлен для транспортировки нескольких видов СГ,
системы газоотводных труб, связанных с ПК, должны быть независимыми
от каждого вида груза. В выходных отверстиях ГОС устанавливаются сетки, защищающие от попадания посторонних предметов, и предусматриваются устройства для удаления жидкости, которая может скапливаться в газоотводных трубах.
Система защиты грузовых танков от вакуума применяется на газовозах-рефрижераторах, оборудованных УПСГ, или установкой утилизации
испаряющихся газов. Она оборудуется двумя независимыми манометрическими реле на каждом грузовом танке и вакуумным (перепускным) ПК. Во
время выгрузки эти реле при понижении давления ниже установленного
уровня способны приостановить разгрузку танка, а при переходе судна в
грузу – приостановить работу УПСГ и СУИГ. Одновременно открывается
доступ в вакуумированный танк парам груза из другого танка в целях поддержания заданного давления. Пропускная способность перепускных клапанов должна быть не менее, чем подача грузовых насосов данного грузового танка. Если перепускные клапаны системы защиты грузовых танков от
вакуума открывают доступ в грузовые танки парам груза, то последние
должны поступать из УПСГ, но ни в коем случае не из системы грузовых
трубопроводов. Защита от вакуума не требуется для грузовых емкостей,
рассчитанных на давление выше 0,025 МПа.
19. Установки повторного сжижения испарившихся газов
Как упоминалось ранее, вопросы реконденсации газов решаются по
разному в зависимости от типа газовоза и вида перевозимого СГ. Выбор
способа сжижения – технико-экономическая задача. Прежде всего решается
вопрос о том, быть или не быть на судне УПСГ, а если быть, то какого типа
144
она должна быть. Существует семь типов УПСГ, принцип действия каждого из которых показан на рис. 110.
Рис. 110. Способы охлаждения и сжижения газов на газовозах:
пенчатая и двухступенчатая УПСГ прямого охлаждения; в,
а и б – односту-
г, д, е – УПСГ косвенного
охлаждения: с внутренним испарителем одноконтурная (в), с внутренним испарителем
двухконтурная (г), с внешним испарителем (д), с циркуляцией азота в рубашке охлаждения (е); ж – каскадная УПСГ комбинированного охлаждения; 1 – грузовая цистерна;
2 – грузовой компрессор; 3 – теплообменник (охладитель); 4 – дроссельнорасширительный клапан; 5 – погружной грузовой насос; 6 – внешний конденсаториспаритель; 7 – испаритель, встроенный в грузовую цистерну; 8 – компрессор промежуточного хладоагента; 9 – коллектор с распылительными соплами
В зависимости от технологии сжижения испарившегося груза УПСГ
можно разделить на три типа:
- установки прямого сжижения: одно- и двухступенчатые;
- установки непрямого или косвенного сжижения: одно- и двухконтурные;
- комбинированные или каскадные УПСГ, в которых сочетаются первых два типа.
Примером установок прямого сжижения являются те, что действуют
по схемам а и б на рис. 110. В установках этого типа хладоагентом служит
сам испарившийся газ. В установке а газ отсасывается компрессором из грузовой цистерны, сжимается, нагреваясь при этом, затем проходит три ступени
охлаждения: в охладителе-конденсаторе 3, прокачиваемом забортной водой, в
дроссельно-расширительном клапане 4 за счет расширения и при дросселировании в коллекторе 9. В схеме б газ проходит двухступенчатое сжатие ком145
прессором и охлаждение в охладителе. Т. е установка б может произвести более глубокое охлаждение газа. Одноступенчатые УПСГ прямого типа могут
охлаждать газ до -40 – 50 оС, двухступенчатые – до -100 оС.
Основным недостатком УПСГ первого типа является необходимость
использования оборудования, рассчитанного на высокое давление (до 4,2
МПа). Из-за высокого давления возможны утечки газа в компрессорах, а это
недопустимо, если газ ядовитый (например, хлор). Возможно загрязнение
газа смазочным маслом компрессоров, что для некоторых видов СГ тоже
недопустимо. Некоторые газы, например, бутадиен при контакте с маслами
образуют смолистые осадки (полимеризуются). Полимеры засоряют арматуру, клапаны компрессоров, в результате чего случаются отказы системы.
УПСГ второго типа, действующие по схеме непрямого сжижения, более безопасны, чем системы прямого сжижения. Они основаны на циркуляции паров испарившегося газа через конденсатор, охлаждаемый вторичным
хладоагентом, циркулируемым в замкнутом контуре холодильной машины
(рис. 110д). Сжижение паров груза происходит на поверхности конденсатора без предварительного сжатия. Их недостатком является меньшая экономичность и большая стоимость. Кроме того, необходимость проведения
операций с парообразной фракцией груза в период погрузки-выкрузки ,
инертизации и дегазации грузовых танков требует наличия еще и отдельных газовых компрессоров (либо вентиляторов) и теплообменников, что усложняет систему. В перечисленных случаях эту роль выполняют компрессоры УПСГ. Поэтому холодильные установки непрямого сжижения имеют
ограниченное применение на специализированных газовозах, например,
хлоровозах.
Некоторые установки действуют не по принципу сжижения испарившихся газов, а по принципу недопущения испарения СГ, т.е. газ ими переохлаждается до такого состояния, при котором не происходит испарения до
состояния насыщения. Такими являются установки по схемам в, г и е на
рис. 110. По схемам в и г испарители холодильных установок располагаются в грузовых танках, а в схеме е охлажденный в холодильной машине азот
циркулирует между внутренней оболочкой танка и тепловой изоляцией.
Установки, в которых нижний контур работает по схеме прямого, а
верхний – непрямого сжижения, называют каскадными (рис. 110ж).
Контрольные вопросы к лекции 13
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
146
Особенности грузовых систем напорных газовозов.
Грузовая система напорного газовоза с промежуточной цистерной.
Грузовая система напорного газовоза без промежуточной цистерны.
Грузовая система газовозов рефрижераторного типа.
Принципиальная схема грузовой системы газовозов типа «Моссовет».
Грузовая система газовозов полурефрижераторного типа.
Выгрузка СГ при несоответствии температур груза на судне и терминале.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Захолаживание танков.
Зачистка грузовых танков способом выпаривания.
Аварийная выгрузка груза.
Газлифтная система аварийной выгрузки.
Различия в газоотводе на газовозах СПГ и СНГ.
В каких случаях целесообразно устанавливать на газовозе УПСГ?
Требования к газоотводной системе на газовозе.
Газоотвод при пожаре на газовозе.
Типы УПСГ.
Различия УПСГ прямого и непрямого сжижения газа.
В каких случаях недопустимо прямое сжижение газа.?
УПСГ с переохлаждением СГ.
Лекция 14
20. Системы утилизации испарившихся газов, совмещенные с УПСГ
Рис. 111. Двухступенчатая установка прямого сжижения газа, совмещенная с системой их утилизации в паровом котле
147
Как было сказано выше, утилизации на газовозах подвергается только
метан, поэтому в этой главе речь будет идти о метановозах. Их УПСГ наиболее дороги и энергоемки, и их стоимость составляет 10 – 12 % от стоимости самого судна. При этом затраты на постройку газовоза в три раза превышают затраты на постройку нефтяного танкера. Затраты на постройку
метановоза снизятся, если он будет перевозить СПГ при частичном давлении, а УПСГ установлена первого типа, т. е. работающая по способу прямого сжижения газа. Такая УПСГ может сжижать до 35 % испарившегося газа,
до 55 % можно сжечь в паровом котле, и оставшиеся 10 % метана будут выпущены в атмосферу вместе с негорючими газами. Такая система изображена на рис. 111. Она используется на газовозах СПГ небольшой грузовместимости (до 75 тыс. м3), которые могут перевозить также СНГ, но уже без
утилизации их паровой фракции.
Пары груза засасываются компрессором 11 через трехступенчатый регенеративный теплообменник 10. Пары газа при этом сжимаются до рабочего давления, при котором возможна подача газа в топку котла 8. Часть
паров СГ после компрессора 11 направляется на предварительную подготовку перед транспортировкой его в машинное отделение, а затем подается
через регулировочный клапан 13 в топку котла. Оставшаяся часть дожимается двухступенчатым компрессором 1 или 4 (один из них резервный) до
давления 4,2 МПа. Этот компрессор носит название бустерного. Под таким
давлением сжатый метан проходит конденсаторы 2 и 3 водяного охлаждения, после чего направляется в регенеративный теплообменник 10 повторного сжижения, в котором он частично конденсируется и охлаждается, а затем дросселируется посредством дроссельно-регулирующего клапана 14 до
давления 0,2 МПа, за счет чего переохлаждается. Образующаяся при этом
жидкость скапливается в отделителе-ресивере 9, а неконденсирующийся
парообразный метан с примесью других газов направляется в теплообменник 10 на подогрев паров, отсасываемых из грузовых танков и далее, в топку котла либо на повторное сжижение. После наполнения ресивера по сигналу датчика уровня 18 открывается регулировочный вентиль 15, в котором
жидкий метан повторно дросселируется до значения пара и температуры
жидкости в грузовых танках. Если в газе, неконденсирующемся в теплообменнике 10, будет велико содержание азота, то такой газ стравливается в
атмосферу через регулировочный вентиль 16 по сигналу анализатора 17 состава газа. Образующийся в котле 8 пар используется для привода паротурбокомпрессора 11 – 12, а также для собственных нужд судна.
УПСГ данного типа имеют широкий диапазон регулирования холодильной мощности. Их легко приспособить к различным проектным условиям за счет гидравлического регулятора, которым обычно снабжают дожимающий компрессор, изменения частоты вращения вала турбины 12, сокращения числа или исключения из схемы дожимающих компрессоров 1 и
4. Вследствие этого УПСГ данного типа применяются как на газовозах СНГ
148
при изотермической перевозке груза, так и СПГ. На газовозах СНГ этот тип
УПСГ используется в режиме 100-процентного повторного сжижения без
утилизации испарившихся газов в паровом котле 8, который работает при
этом на жидком топливе. При этом регенерация теплоты сжимаемых нефтяных газов происходит в теплообменнике 5. Испарившийся газ не может
быть подан на сжигание в котле при тех параметрах, при которых он отбирается из грузового танка. Его давление перед горелкой должно составлять
0,17 – 0,20 МПа, а температура должна быть положительной. Не должно
быть включений капель жидкой фракции. Должны быть предусмотрены меры безопасности. Эти мероприятия выполняются при любом способе утилизации.
Рис. 112. Комбинированная утилизационная и реконденсационная системы метановоза с утилизацией в ДВС и глубоким охлаждением СГ: 1 – главный двигатель;
2 – компрессор системы утилизации испарившегося природного газа (ИПГ); 3 - компрессор отбора ИПГ в систему реконденсации; 4 – конденсатор-испаритель; 5 – азотная турбина-детандер; 6 – азотный регенеративный теплообменник; 7 – азотный бустерный компрессор; 8 – охладитель морской воды; 9 – главный азотный компрессор
системы реконденсации; 10 – станция баллонов с азотом; 11 – электродвигатели;
12 – азотный охлаждающий трубопровод; 13 – трубопровод СГ; 14 – трубопровод
ИПГ; 15 – ресивер; 16 – метановый регенеративный теплообменник; 17 – УПСГ;
18 – вентилятор системы утилизации ИПГ; 19 – призматический грузовой танк
Система утилизации СПГ в дизеле изображена на рис. 112. ИПГ через
регенеративный подогреватель 16 забирается компрессором 2 и подается в
ресивер 15 под давлением 0,17 – 0,20 МПа, откуда он подается на утилизацию в главном двигателе. Ресивер служит для сглаживания колебаний дав149
ления при подаче газа на двигатель. Греющий газ в подогреватель 16 подается после сжатия ИПГ в компрессоре 3. Если во время утилизации УПСГ
не работает, в подогреватель 16 подается пар от котла. На метановозах вместимостью более 50000 м3 устанавливают два таких теплообменника. Если
теплоносителем служит пар, его конденсат после использования должен
быть дегазирован в специальном танке, расположенным в грузовом районе.
Этот танк оборудован средствами обнаружения газа и подачи сигнала тревоги в ЦПУ МО в случае его появления. Для освобождения дегазационного
танка от паров метана служит вентиляционное отверстие, которое выводится в безопасное место и снабжается пламяпреградителем.
Перед непосредственной подачей газа в МО в газопровод подается
одоризующее вещество для придания топливному газу характерного запаха.
Одоризация газа способствует установлению его утечек по запаху. Система
одоризации полностью автоматизирована. Количество одоризирующего газа строго пропорционально количеству подаваемого на утилизацию ИПГ.
Для подачи ИПГ в МКО служит специальный трубопровод, отдельные
участки которого соединяются только сваркой. Этот трубопровод не должен проходить через жилые, служебные помещения и посты управления, а
через другие помещения он может проходить, если трубопровод выполнен
двойным (труба в трубе) с пустотелым пространством-коффердамом вокруг
внутренней трубы. Это пространство заполняется инертным газом, причем
давление инертного газа должно быть больше давления метана во внутренней трубе. Если давление инертного газа падает, срабатывает аварийная
сигнализация. Вместо инертизации межтрубное пространство допускается
оборудовать принудительной вытяжной вентиляцией, обеспечивающей не
менее 30 обменов воздуха в час и поддерживающей давление в коффердаме
ниже атмосферного. Указанная система вентиляции оборудуется блокировкой, исключающей подачу метана по трубопроводу при неработающем вентиляторе либо при недостаточном потоке воздуха в межтрубном пространстве.
Перечисленными мерами системы безопасности утилизации газов не
ограничиваются. Существует много различных блокировок, перекрывающих подачу газа в МО, останавливающих компрессоры, имеются автоматические газоанализаторы. Если в грузовом танке возникает вакуум, на куполах танков срабатывают вакуумные предохранительные клапаны. Объемные газовые компрессоры оборудуются предохранительными клапанами,
соединяющими сторону нагнетания со стороной всасывания компрессора и
рассчитанными на пропускную способность такую, при которой рабочее
давление не должно быть превышено более, чем на 10 %.
Имеется определенная специфика утилизации ИПГ в котлах и в дизелях. Топочное устройство котла имеет конструкцию, позволяющую газообразное и нефтяное топливо сжигать как по отдельности, так и одновременно
в любых соотношениях. Независимо от соотношения подач этих топлив ре150
жим работы котла не должен меняться. Розжиг котла производится на легком жидком топливе, постоянная работа – на жидком тяжелом и газообразном топливе, или только на тяжелом. Таким образом, для каждого вида топлива имеется своя форсунка. В любом случае до момента подачи газа котел уже должен работать на жидком топливе. В любом аварийном случае
клапан подачи газа к котлу автоматически перекрывается. В зависимости от
количества ИПГ регулируется подача на котел жидкого топлива, но в любом случае его не должно быть менее 10 % от его расхода при работе котла
на одном жидком топливе.
Характер рабочих процессов в цилиндрах дизеля при работе на газе и
жидком топливе существенно отличается. Температура воспламенения метана значительно выше, чем у нефтяного топлива, поэтому от сжатия газ не
воспламеняется. Кроме того, метан в отличие от жидкого топлива плохо
смешивается с воздухом из-за значительной разницы в их плотности. Это
очень сказывается на качестве рабочего процесса. Поэтому для использования метана в дизелях потребовались небольшие конструктивные изменения
топливоподачи и подготовки горючей смеси. Добавляется газовый смеситель, который устанавливается на газовый патрубок (для четырехтактных
двигателей без наддува), или газовый клапан, через который газ поступает
внутрь цилиндра после продувки (для четырехтактных с наддувом и двухтактных дизелей).
В конце сжатия температура газовоздушной смеси недостаточно высока для самовоспламенения, но превышает температуру воспламенения жидкого топлива. Поэтому зажигание газовоздушной смеси производится в
конце сжатия впрыском небольшого количества жидкого топлива (рис.
113), которое, воспламеняясь,
зажигает
газовоздушную
смесь. При изменении количества испаряющегося газа,
поступающего из грузовых
емкостей, автоматически изменяется подача жидкого топлива в цилиндры двигателя,
поддерживая заданный режим
работы
двигателя.
Управляет этим процессом
электронная система регулиРис. 113. Рабочий газожидкостный процесс сгорарования газо- и топливоподания: а – четырехтактный дизель без наддува:
1 – газовоздушный смеситель; 2 – топливная форчи.
сунка; 3 – момент впрыска жидкого топлива;
Запуск двигателя осущеб – двухтактный и четырехтактный с наддувом диствляется на жидком топливе,
зели: 1 – продувка и заполнение цилиндра воздухом;
на котором он продолжает
2 – впуск газа; 3 – момент впрыска жидкого топлива
работать до тех пор, пока не
151
установится требуемый температурный режим. После этого разрешается
подача газа в цилиндры дизеля. При падении нагрузки двухтопливного дизеля ниже установленной величины (25 – 30 %) или при возникновении неисправности в системе подачи газа система автоматики должна обеспечить
переключение двигателя на жидкое топливо. Запуск двигателя и его работу
при маневрировании судна в целях безопасности необходимо осуществлять
на дизельном топливе. При работе на двух видах топлива двигатель оснащен рядом защит и блокировок, предотвращающих работу его при обнаружении утечек метана в картер сверх допустимых, нарушении порядка и изменении параметров топливоподготовки, охлаждения двигателя.
21. Системы вентиляции газовозов и нефтетанкеров
Основное внимание в этой главе будет уделено системам вентиляции
газовозов, как наиболее сложным. На рис 114 показаны газоопасные зоны
газовозов с призматическими грузовыми танками. Мы видим, что все пространство на верхней палубе, за исключением кормовой части судна, является газоопасным, т. е. потенциально взрывоопасным, или опасным для
здоровья человека. К этим зонам относятся: пространство 3, покрывающее
верхнюю палубу на высоту 2,4 м, пространство 4, расположенное вокруг
куполов грузовых танков слоем толщиной 3 м, пространство 6, охватывающее таким же слоем приемные фланцы трубопроводов грузового коллектора, пространства 2, 9 и 8, окружающие выходные отверстия вентиляционных каналов из коффердамов, туннельного киля и насосно-компрессорного
отделения грузовой системы соответственно. Радиус этих зон равен 3 м. Радиус зон у отверстий вытяжных стояков газовыпускной системы – 9 м. К
числу грузосодержащих относятся следующие замкнутые пространства:
грузовые танки, межбарьерные и междудонное пространство 13, пространства 11 и 12 подпалубных и скуловых цистерн, коффердамы, пространство
7 ЦПУГО, насосно-компрессорное и электромоторное отделения, склад запасного и аварийного оборудования, противопожарные посты, носовое общесудовое насосное отделение.
Грузосодержащая зона 3, расположенная над верхней палубой, простирается от носовой переборки МО на З м в корму и от форпиковой переборки на З м в нос судна (пространства 1 и 10). Если непосредственно над носовой переборкой МО возвышается рубка, то грузосодержащая зона распространяется на 3 м вдоль бортовых проходов между бортами и бортовыми переборками рубки.
Помещения, расположенные в грузосодержащей зоне, принято подразделять на газоопасные и газобезопасные. Причем одни и те же помещения в
зависимости от их исполнения могут быть газоопасными или газобезопасными. Чтобы замкнутое пространство было газобезопасным, оно должно
быть ограничено газонепроницаемыми переборками и перекрытиями, обо152
рудовано воздушным шлюзом и соответствующей вентиляцией как самого
пространства, так и его шлюза. Без выполнения этих условий пространство
будет отнесено к газоопасной категории. Газобезопасное исполнение должны иметь помещения, в которых в период выполнения грузовых операций
постоянно находится обслуживающий персонал, в частности, помещение
ЦПУГО. Газобезопасное исполнение могут иметь и помещения, которые
периодически посещаются персоналом в процессе эксплуатации: отделение
электроприводов грузовых насосов, помещение АГГ, выполненное вместе с
его постами управления.
Рис. 114. Газоопасные зоны газовоза
Газобезопасные помещения и их воздушные шлюзы снабжаются стационарной принудительной приточной вентиляцией (независимо от других
систем вентиляции), создающей избыточное давление в этих помещениях и
шлюзах по отношению к атмосферному, что исключает проникновение атмосферного воздуха в эти помещения в случае нарушения герметизации.
Приемные отверстия этой системы вентиляции должны быть расположены
таким образом, чтобы опасность возврата опасных паров, выходящих из
любого соседнего выпускного вентиляционного отверстия, включая отверстия системы ГОС, была сведена до минимума.
Периодически посещаемые помещения грузосодержащей зоны, если
они рассматриваются как газоопасные (не оборудованы воздушными шлюзами), тоже оборудуются принудительной независимой вытяжной вентиляцией стационарного исполнения. В зависимости от плотности паров перевозимых грузов прием воздуха в этих помещениях может производиться из
верхних (природные газы), либо нижних (нефтяные газы) его частей. Каналы вытяжкой вентиляции из газоопасных помещений обеспечивают удале153
ние воздуха вверх. Выпускные отверстия вентиляционных каналов этих помещений располагаются над грузовой палубой на высоте не менее 4 м для
газо- и химовозов и 2,4 м для нефтетанкеров. В горизонтальном направлении эти отверстия отстоят не менее чем на 10 м от приемных каналов вентиляции и отверстий в жилые и служебные помещения, посты управления и
другие газобезопасные помещения. Вентиляционные каналы из газоопасных помещений не должны проходить через МО, жилые и служебные помещения и ЦПУГО.
Искусственная вентиляция газобезопасных и газоопасных помещений
и воздушных шлюзов проектируются из расчета обеспечения не менее 30
обменов воздуха в час. Лишь для помещений ЦПУГО газобезопасного исполнения допускается, как исключение, 8 обменов в час, а для грузовых насосных отделений нефтетанкеров и общесудовых насосных отделений химовозов – 20 обменов в час. Пуск систем вентиляции газобезопасных и газоопасных помещений осуществляется за пределами этих помещений до входа обслуживающего персонала и до включения их оборудования в действие. У входа в эти помещения вывешивается предупредительная надпись о необходимости предварительного включения вентиляции. Воздушные шлюзы газобезопасных помещений оборудуются с обеих сторон герметичными дверями,
снабженными блокировкой, исключающей их одновременное открытие, а
также открытие любой из дверей при выключенной системе вентиляции данного помещения. При потере избыточного давления в воздушном шлюзе помещения, в котором установлены не взрывозащищенные электродвигатели,
срабатывает блокировка, которая отключает их питание и предотвращает
включение до восстановления давления до прежнего значения.
Вентиляторы, входящие в системы вентиляции наливных судов, не
должны являться источником воспламенения. Электродвигатели вентиляторов при перевозке воспламеняющихся грузов располагаются за пределами вентиляционных каналов, конструкция которых исключает искрообразование. Последнее достигается использованием:
- неметаллической крылатки и кожуха, но при этом должна исключаться возможность накопления статического электричества;
- крылатки и кожуха из цветных металлов;
- крылатки и кожуха из аустенитной (нержавеющей) стали;
- крылатки и кожуха из железных сплавов с расчетным радиальным зазором не менее 13 мм.
Любая комбинация пары «крылатка – кожух», в которой одна деталь
выполнена из алюминиевого или магниевого сплава, а другая – из железного сплава, не допускается независимо от размера радиального зазора. В целях повышения надежности работы вентиляционных систем все штатные
вентиляторы снабжаются ремонтным комплектом, в который входят крылатка вентилятора с валом, подшипники и электродвигатель. От попадания
посторонних предметов в вентиляционные каналы служат защитные сетки,
154
которые устанавливаются на всех приемных и выходных отверстиях этих
каналов. Ячейка защитных сеток не превышает 13 мм.
К помещениям, обычно не посещаемым в процессе выполнения ГО газовоза, принято относить трюмные межбарьерные пространства, коффердамы, туннельный киль, туннели грузовых трубопроводов. В этих помещениях возможно скопление паров груза из-за возможных его протечек. Они
также должны иметь вентиляцию в целях создания безопасной атмосферы
при эпизодических посещениях, производимых для выполнения профилактического осмотра и контроля. Стационарных средств принудительной вентиляции в этих помещениях может и не быть, но тогда должна быть предусмотрена эффективная переносная система вентиляции. Вентиляторы
трюмных пространств в любом исполнении должны быть искрозащищенными, допускать и не затруднять перемещение обслуживающего персонала.
Системы противохимической вентиляции (ПХВ) устанавливаются на
газовозах и химовозах. Они предназначены для подачи очищенного воздуха
в жилые, служебные помещения, в воздушные шлюзы, а также в МО. Эти
системы создают также воздушный подпор в вентилируемых помещениях и
поддерживают необходимую температуру. В случае возникновения аварийной обстановки, во избежание удушающего воздействия паров груза на
экипаж судна судовую надстройку нужно герметизировать, а систему ПХВ
включить. Очищенный воздух необходимо подавать во все обслуживаемые
помещения. Для этого используются штатные бытовые системы вентиляции
и кондиционирования воздуха. Отработанный воздух из обслуживаемых
помещений выводится через пропускные устройства, позволяющие поддерживать необходимый подпор, исключающий проникновение наружного
воздуха в обслуживаемые системой ПХВ помещения.
В систему ПХВ входят фильтро-вентиляционные установки (ФВУ) с
охладителями и нагревателями воздуха. ФВУ содержит фильтрыпоглотители, собираемые в колонки из двух-трех фильтров номинальной
производительностью 200 м3/ч с примерно одинаковым сопротивлением.
Вентиляторы, входящие в состав ПХВ, обычно центробежного типа с производительностью примерно на 30 % больше требуемой воздухоподачи.
Системы ПХВ машинного отделения, помещений вспомогательных дизельгенераторов, АГГ имеют подачу очищенного воздуха от отдельных ФВУ.
Здесь должен обеспечиваться двукратный обмен воздуха в час, а избыточный подпор должен составлять 0,15 – 0,30 кПа., температура воздуха не
должна превышать 40 оС. Системы ПХВ проектируются на работу в автоматическом режиме.
Нефтетанкеры. Помещения ГНО оборудуются стационарной принудительной вытяжной вентиляцией, отдельной для каждого из этих помещений, обеспечивающей по крайней мере 20 обменов воздуха в час. Вентиляционные каналы вытяжной вентиляции должны быть газонепроницаемыми.
Приточная вентиляция этих помещений может быть естественной. В местах
155
пересечения водонепроницаемых палуб вентиляционные каналы выполняются водонепроницаемыми. Если ГНО (или иное помещение) оборудовано
объемными средствами пожаротушения, указанные каналы снабжаются заслонками, имеющими приводы для их закрытия из мест, расположенных
вне этих помещений. Приемные отверстия вытяжных каналов располагаются так, чтобы обеспечивалось удаление воздуха из-под настила. На случай
затопления этих отверстий на вытяжном канале на высоте 2 м от нижних
решеток предусматривается дополнительное приемное отверстие, оборудованное заслонкой, которая управляется с главной палубы и нижних решеток
ГНО. Система вентиляции ГНО может использоваться и для вентиляции
грузового трубопровода, а через него – грузовых танков. В этих случаях в
местах присоединения вентиляционного канала к грузовому трубопроводу
устанавливается двойная запорная арматура.
Рис. 115. Оборудование системы вентиляции грузового насосного отделения
большого нефтетанкера типа «Москва»: а – поперечное сечение (вид в нос);
б – сечение по В-В; 1 – вентиляционные каналы; 2 – входной тамбур ГНО; 3 – отстойные танки; 4 – топливные и за ними балластные танки; 5 – двойное дно; 6 – осевой вентилятор; 7 – аварийное отверстие; 8 – настил нижней платформы
Наружные отверстия вытяжных каналов снабжаются пламяпрерывающей сеткой и должны отстоять не менее чем на 2 м от любого отверстия,
идущего внутрь судна в места, в которых может содержаться источник воспламенения паров нефтепродуктов. По отношению к приемным отверстиям
приточной вентиляции они располагаются так, чтобы исключалась возможность загрязнения приточного воздуха и, кроме того, исключалась возможность попадания забортной воды в вентиляционные каналы. Приемные от156
верстия приточной вентиляции должны отстоять от грузовой палубы на
расстоянии не менее 2,4 м, а от любых отверстий грузовых танков и открытых выводов газоотводных труб – на расстоянии не менее 5,0 м. Главные
приемные и вытяжные отверстия всех систем вентиляции ГНО и других
помещений судна оборудуются закрытиями с приводами из мест, расположенных вне этих помещений. На арктических танкерах каналы приема воздуха защищаются от попадания в них снега, их воздухозаборные устройства
рекомендуется размещать с обоих бортов судна и оборудовать обогревом.
На рис. 115 в качестве примера приведена естественная приточная и принудительная вытяжная вентиляция ГНО, используемая на нефтетанкерах типа
«Москва».
22. Системы орошения
На наливных судах имеется система, которую можно отнести к специальным системам танкеров, так как она отсутствует на сухогрузных судах.
Ее можно рассматривать как одно из средств борьбы с пожаром. Система
водяного орошения (СВО) палубы имеется на всех танкерах, перевозящих
легковоспламеняющиеся грузы. Учитывая большую пожарную опасность
СГ на газовозах, эта система более развита, чем у нефтетанкеров, и включает также орошение куполов и надстроек. Эта система подает забортную воду к распылителям, предназначенным не тушить пожар – для этого используются другие намного более эффективные средства – а предохранять металлические палубы и стенки переборок от перегрева, могущего послужить
причиной развития пожара. СВО применяется также для орошения шахт
аварийных выходов из МО и спасательных шлюпок, грузового коллектора.
СВО не имеет собственных насосов, так как для ее редкого функционирования достаточно тех водяных насосов, которые имеются в других системах, прежде всего в системе пожарного водотушения. Существуют нормы
расхода воды на орошение поверхностей:
- при орошении шахт выходов из МО – 30 л/мин на 1 м горизонтального периметра орошаемой поверхности при ее высоте не более 5 м; при
большей высоте на каждые следующие 5 м высоты предусматривается следующий ярус распылителей с такой же интенсивностью расхода, что у распылителей вышерасположенных ярусов;
- при орошении стенок надстроек, палуб и надпалубных конструкций
газовозов – 10 л/мин на 1 м2 горизонтальных поверхностей и 4 л/мин на 1 м2
вертикальных поверхностей.
На рис. 116 показано расположение труб и распылителей орошения
передней стенки кормовой надстройки газовоза.
Трубопроводы системы располагаются горизонтально с таким интервалом, чтобы одна горизонтально расположенная магистраль орошала не более двух ярусов надстройки. Раструбы распылителей устанавливают с ин157
тервалом 1,5 м, и только на уровне ходового мостика этот интервал сокращен до 1,32 м. Трубопроводы распылителей отстоят от орошаемой поверхности на 450 мм. Объемный угол распыления воды, обеспечиваемый раструбом распылителя, составляет 120о. Ось этого раструба наклонена к горизонту на 10о так, чтобы раструб был слегка направлен вниз.
б,
Рис. 116. Система орошения надстройки: а – установка распылителей по ярусам;
в, г – горизонтальное расположение распылителей в каждом ярусе
СВО пускается в действие и управляется дистанционно из мест, защищенных от пожара. Если она не пущена в действие своевременно, при повышении температуры плавятся плавкие предохранители и автоматически
приводят ее в действие.
Контрольные вопросы к лекции 14
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
158
В каком случае на метановозе можно использовать УПСГ прямого сжижения?
Схема двухступенчатой УПСГ, совмещенной с системой утилизации СГ в котле.
Как будет работать система, рис. 111, при перевозке СНГ?
Схема утилизации СПГ в дизеле.
Одоризация газа.
Меры безопасности при утилизации СПГ в СЭУ.
Специфика утилизации СПГ в котлах.
Специфика сжигания СПГ в дизелях.
Рабочий газожидкостный процесс в дизеле.
Газоопасные зоны на газовозе.
Газоопасные и газобезопасные помещения на газовозе.
Требования к системам вентиляции на газовозе.
Требования к конструкции вентилятора на газовозе.
Система противохимической вентиляции.
15.
16.
17.
18.
Требования к системе вентиляции на нефтетанкере.
Система вентиляции нефтетанкера «Москва».
Системы орошения на танкерах.
Система орошения на газовозе.
Лекция 15
23. Предотвращение загрязнения моря с танкеров
В этой главе будут рассмотрены меры по предотвращению загрязнения
моря с танкеров, которые могут произойти в результате выполнения технологии перевозки грузов. Именно эти загрязнения представляют серьезную
угрозу морской среде при эксплуатации наливных судов.
Сброс балластных и промывочных вод с танкеров регламентируется
рядом документов, основным из которых является Международная конвенция, которую сокращенно называют МАРПОЛ 73/78. Кроме конвенции существуют национальные документы:
- Правила Регистра по предотвращению загрязнения с судов;
- РД 31.04.23-94 «Наставление по предотвращению загрязнения с судов».
Требования, этих документов следует рассматривать отдельно для нефтетанкеров и химовозов. Требования для газовозов аналогичны тем, которые предъявляются к химовозам, но они менее актуальны из-за полного испарения сжиженных газов при положительных температурах. Поэтому и
каких-нибудь норм сброса газов в море либо разделения их по категориям
вредности для морской среды при сбросах не существует, кроме требований, установленных для всех судов по льяльным водам.
23.1. Сброс с нефтяных танкеров
На каждом нефтяном танкере валовой вместимостью 150 рег. тонн и
более должен быть Журнал нефтяных операций (ЖНО), содержащий две
части: часть I (полный перечень операций машинного отделения) и часть II
(полный перечень грузовых и балластных операций). Все операции подлежат регистрации в ЖНО в соответствии с Правилом 20 МАРПОЛ 73/78.
ЖНО является судовым документом, он должен быть пронумерован и внесен в реестр, заверен капитаном порта.
Конвенция для исключения разночтений ее положений дает разъяснение ряда используемых ею терминов:
- нефть – нефтепродукт в любом виде, включая сырую нефть, жидкое
топливо, нефтяные остатки и очищенные нефтепродукты (не являющиеся
нефтехимическими веществами).
- нефтеводяная смесь – вода с любым содержанием нефти;
159
- мгновенная интенсивность сброса нефти – интенсивность сброса в
литрах в час в любой момент, деленная на скорость судна в узлах в тот же
момент;
- чистый балласт – балласт, принятый в танк, очищенный таким образом, что сток этого танка при сбросе в ясную спокойную погоду не приводит к появлению видимых следов нефти на поверхности воды. Показания
автоматического замера содержания нефти в сбрасываемом стоке не выше
15 частей на миллион принимается как доказательство чистоты балласта независимо от наличия видимых следов;
- изолированный балласт – чистая вода, принятая в танк, который полностью отделен от грузовой и топливной систем и постоянно предназначен
для перевозки балласта или для перевозки балласта и грузов, не являющихся нефтью, или ядовитыми веществами.
Определения грязного балласта конвенция не дает, очевидно, полагая,
что и так ясно, что это балласт, принятый в грязный, не помытый танк. Конвенция также дает разъяснения по определению и толкованию связанного
со сбросом нефтеводяной смеси оборудования:
- оборудование для нефтеводяной сепарации – это сепаратор или
фильтр, или их комбинация, которые спроектированы для получения потоков, содержащих менее 100 млн-1 долей нефти;
- оборудование для фильтрации нефти – это любая комбинация сепаратора и фильтра или коалесцирующего элемента, которые спроектированы
для получения потоков, содержащих не более 15 млн-1 долей нефти. Коалесценция – слияние капель жидкости или пузырьков газа при их соприкосновении;
- САЗРИУС – система автоматического замера, регистрации и управления сбросом нефти, настроенная на сброс нефтесодержащей воды с содержанием нефти не более 15 млн-1.
Оборудование для фильтрации нефти с 06.07.1998 г. должны иметь все
суда валовой вместимостью 400 рег. тонн и более.
САЗРИУС устанавливается в ПУГО, она должна вести непрерывный
контроль за сбросом балласта из зоны грузовых танков. Система должна
получать сигналы: о содержании нефти в сбросе, об интенсивности сброса,
скорости судна, даты и времени. Помимо этого должна автоматически производиться запись следующих параметров: мгновенная интенсивность
сброса нефти в литрах на милю, мгновенное содержание нефти в млн-1, общее количество сброшенной нефти в литрах (м3), количество сброса в м3/ч,
срабатывание сигнального устройства.
Нефтеналивные суда должны быть оборудованы САЗРИУС балластных и промывочных вод:
- при дедвейте 4 тыс. тонн и более – системой контроля категории «А»
(полностью автоматизированной);
160
- при дедвейте менее 4 тыс. тонн, но валовой вместимостью более 150
рег. тонн – системой контроля категории «В», в которую вводятся вручную
данные об интенсивности сброса, скорости судна и положении устройства
для управления сбросом.
На борту каждого танкера должны находиться документы, регламентирующие эксплуатацию судна без загрязнения моря нефтью, позволяющие
быстро оценивать аварийную обстановку, принимать решения и выполнять
необходимые действия по предотвращению загрязнения моря. Список международных и национальных документов по вопросам охраны морской среды перечислен в Приложении Г к «Наставлению по предотвращению загрязнения с судов».
Условия сброса балласта и промывочной воды.
Чистый и изолированный балласт может быть сброшен в пределах 50
миль от ближайшего берега и в специальных зонах, при этом необходимо
заранее убедиться, что местные правила данного района не препятствуют
сбросу в нем чистого балласта, и придерживаться требований «Руководства
по предотвращению внесения нежелательных водных и патогенных организмов в результате сброса с судов водяного балласта и осадков» (резолюция МЕРС. 50 (31) от 04.07.1991г.).
В территориальных и внутренних водах России чистый и изолированный балласт разрешено сбрасывать только на ходу судна за пределами района водопользования. Во внутренних водах России: в районах водопользования, в находящихся под юрисдикцией России районах санитарной охраны, на акваториях портов России, в районах рыбохозяйственного значения
слив с судна любых нефтесодержащих смесей, в том числе и чистого балласта, запрещается.
Перед входом танкера в пределы зоны 50 миль или пределы особого
района рекомендуется произвести непродолжительный (в течение 5 – 10
мин.) слив балласта из каждого танка теми насосами и по тем трубопроводам, которые будут использоваться для слива балласта в порту. Рекомендуется, чтобы при сливе чистого балласта работал САЗРИУС.
Условия сброса грязного балласта.
Грязный балласт при определенных условиях может быть сброшен
только после отстоя в течение от 12 до 24 часов. Иногда времени требуется
больше, если отстой неудовлетворительный из-за погодных условий, или
перевозимый перед балластировкой груз образовал стойкую эмульсию. Результатом отстоя является всплытие нефти на поверхность воды. Однако
четкой границы раздела воды и нефти не возникает, всегда есть переходный
слой с повышением концентрации нефти снизу вверх. Поэтому необходимо
уменьшить интенсивность сброса при достижении толщины слоя около 20
% от высоты танка и прекратить сброс, когда уровень слоя достигнет высоты, с которой возможен захват нефти. Приближение этого слоя определит
система САЗРИУС, слив через которую грязного балласта обязателен. Ос161
тавшуюся в грузовом танке часть балласта необходимо перекачать в отстойный танк. В отстойном танке смесь должна отстояться не менее 36 часов, так как представляет собой довольно стойкую нефтеводяную эмульсию.
Во время слива грязного балласта должен работать САЗРИУС и должно постоянно проводиться визуальное наблюдение за ходом слива. Перед
началом слива из отстойного танка необходимо определить с помощью
специального прибора высоту взлива смеси, положение поверхности раздела «нефть-вода», толщину слоя нефти, высоту воды. Необходимо помнить
об электризации смеси и принимать соответствующие меры предосторожности. Скорость выкачки имеет большое значение для сохранения в целости
переходного слоя – чем подача насоса меньше, тем меньше вероятность
разрушения переходного слоя и помутнения воды.
Сброс воды грязного балласта запрещен в особых районах. Вне особых
районов сброс возможен при следующих условиях:
- танкер движется на расстоянии не ближе 50 миль от ближайшего берега;
- танкер находится в движении;
- мгновенная интенсивность сброса не превышает 30 литров на милю;
- общее количество сброшенной в море нефти не превышает 1/30000
доли общего количества груза нефти, который перевозился в рейсе, предшествующем сбросу;
- судно имеет оборудование и устройства, соответствующие Правилу
15 МАРПОЛ 73/78: отстойные танки, САЗРИУС, индикатор границы раздела «нефть вода».
Сброс промывочной воды.
Промывочная вода перед сбросом отстаивается в отстойном танке не
менее 24 часов. Далее ее сброс производится по методу, описанному выше
для грязного балласта. Отмытую и отстоявшуюся нефть необходимо сдать
на берег или распределить по танкам для смешивания ее с принятым впоследствии грузом. Если танк помыт с применением химического моющего
препарата, на него распространяются требования по сбросу с судов химических веществ, которые даны ниже.
23.2. Предотвращение загрязнения моря с химовозов
Приложение II МАРПОЛ 73/78 определяет порядок сброса вредных
жидких веществ (ВЖВ), перевозимых на судах наливом. Конвенция дает
определения ВЖВ и в зависимости от степени их опасности делит на категории вредности X, Y, Z и другие вещества:
- категория X – вредные жидкие вещества, которые, будучи сброшены
в море в процессе очистки танков или слива балласта, считаются представ-
162
ляющими большую опасность для морских ресурсов или здоровья человека,
в силу чего оправдывают запрещение сброса в морскую среду;
- категория Y – вредные жидкие вещества, которые, будучи сброшены
в море в процессе очистки танков или слива балласта, считаются представляющими опасность для морских ресурсов или здоровья человека либо наносят ущерб природной привлекательности моря в качестве места отдыха
или другим видам правомерного использования, в силу чего оправдывают
ограничение качества и количества сброса в морскую среду;
- категория Z – вредные жидкие вещества, которые будучи сброшены в
море в процессе очистки танков и слива балласта, считаются представляющими небольшую опасность для морских ресурсов или здоровья человека, в
силу чего оправдывают менее строгие ограничения по качеству и количеству сброса в морскую среду;
- другие вещества – вещества, указанные в колонке категории загрязнителя в главе 18 Кодекса IBC, которые оценены и установлены как не входящие в категории X, Y или Z, как они определены в правиле 6.1 настоящего Приложения МАРПОЛ 73/78, поскольку в настоящее время рассматриваются как не причиняющие вреда морским ресурсам, здоровью человека,
природной привлекательности моря в качестве места отдыха или другим
видам правомерного использования моря, будучи сброшены в море в процессе очистки танков или слива балласта. Сброс льяльных или балластных
вод либо других остатков или смесей, содержащих только вещества, именуемые «другими веществами», не подпадает ни под какое требование настоящего Приложения.
Стандарты сброса в море остатков ВЖВ категорий X, Y, Z балластных и
промывочных вод и смесей, содержащих ВЖВ:
- судно находится в пути, имея скорость не менее 7 узлов;
- сброс производится через подводное сливное отверстие;
- сброс производится на расстоянии не менее 12 миль от ближайшего
берега на глубине более 25 м.
Порядок сброса остатков ВЖВ категории X. По окончании выгрузки
ВЖВ категории X, танк, в котором они находились, должен быть подвергнут предварительной мойке. Промывочная вода сбрасывается в приемное
береговое сооружение до тех пор, пока концентрация ВЖВ категории X в
воде не станет менее 0,1 % по весу. Далее этот танк должен быть опорожнен и затем заполнен балластом. Данный балласт разрешается сбрасывать в
море в соответствии со Стандартами.
Порядок сброса остатков ВЖВ категории Y и Z. Балласт с остатками
ВЖВ категории Y и Z сбрасывается в соответствии со Стандартами. Однако, если выгрузка этих грузов производилась с отступлениями от рекомендаций Руководства, то до отхода судна в рейс необходимо произвести предварительную мойку танков. Промывочная вода сбрасывается в приемное
163
береговое сооружение, а затем принимается балласт. Сброс балласта производится в соответствии со Стандартами.
Балласт, содержащий менее 1 млн-1 ВЖВ, может быть сброшен в море
без учета интенсивности сброса, скорости судна и расположения сливного
отверстия, при условии, что судно находится на расстоянии 12 миль от ближайшего берега и в водах глубиной более 25 м.
Сброс в море чистого и изолированного балласта не попадает под требования Приложения II МАРПОЛ 73/78.
Удаление остатков вредных веществ. Остатки ВЖВ могут быть сброшены с химовоза в следующих количествах:
- если судно построено до 01.07.1986 г., X и Y – 300 литров, Z – 900 литров;
- если судно построено 01.07.1986 г. и после, ВЖВ X и Y – 100 литров,
Z – 300 литров;
- если судно построено 01.01.2007 г. и после ВЖВ категорий X, Y, Z могут быть сброшены в количестве не более 75 литров.
Эти количества ВЖВ должны быть перед сбросом разбавлены в объеме
воды, который рассчитывается по формуле:
V =C/DKc ,
где V – объем воды, в котором следует разбавить ВЖВ, м3;
С – общее количество вредного вещества, подлежащее сбросу, кг;
DKс – допустимая концентрация вредного вещества в загрязненных водах непосредственно перед их сбросом с судна, кг/м3.
Величина допустимой концентрации вредного вещества DKс в воде перед ее сбросом с судна находится в зависимости от допустимой интенсивности сброса Qдоп (количество вредного вещества, которое допустимо сбрасывать с конкретного судна в море в единицу времени) и производительности откачивающих насосов или устройств и должна быть такой, чтобы в
кильватерной струе концентрация вредного вещества не поднималась выше
допустимой DKс:
DKс= Qдоп/W,
где Qдоп – допустимая интенсивность сброса, кг/ч;
W – суммарная производительность всех откачивающих насосов при
сбросе, м3/ч.
Допустимая интенсивность сброса вредных веществ с судна в кильватерную струю Qдоп находится в зависимости от размеров судна, мощности
главного двигателя и категории вредности сбрасываемого вещества:
Qдоп=2660 DKс3Ne(TL)n/nн ,
где DKс – допустимая концентрация ВЖВ в кильватерной струе для категории Y DKс=10-3 кг/м3; для Z DKс=10-2 кг/м3;
Ne – номинальная мощность двигателя, э. л. с.;
Т – осадка судна в момент сброса вещества, м;
L – длина судна между перпендикулярами, м;
164
nн – номинальная частота вращения винта, об/мин;
n – тоже в момент сброса, об/мин.
24. Противопожарная защита танкера
Противопожарная защита танкера состоит из трех взаимодополняющих
элементов:
- конструктивные меры защиты;
- противопожарное оборудование и системы;
- организационно-технические мероприятия по предупреждению пожаров.
Конструктивные противопожарные меры защиты — это пассивные
средства, направленные:
- на предотвращение возникновения пожаров и ограничение распространения огня и дыма по судну;
- на создание условий безопасной эвакуации людей из судовых помещений и с судна, а также для тушения пожара.
К конструктивным мерам защиты относятся:
- отделение грузовых танков от машинно-котельного отделения (МКО)
и служебных помещений коффердамами или огнестойкими переборками;
- изоляция конструкции типа А-60 лобовой переборки надстройки на
высоту три яруса и примыкающих к ней бортовых переборок на протяжении трех метров;
- установка на лобовой переборке надстройки окон и иллюминаторов
глухого (неоткрывающегося) типа;
- установка на верхней палубе сплошного комингса высотой 150 мм от
борта до борта на расстоянии не менее 2 метров от лобовой переборки;
- установка леерного ограждения в грузовой зоне вместо фальшборта с
целью предупреждения скопления паров углеводорода на палубе;
- расположение грузовых насосов в насосном помещении, ограниченном газонепроницаемыми переборками;
- отделение МКО от жилых и служебных помещений, находящихся над
ним, огнестойкой палубой типа А-60.
На грузовых судах с целью защиты жилых и служебных помещений
используется один из следующих способов:
- способ IС: устройство в жилых и служебных помещениях всех внутренних переборок из негорючих конструкций типа В или С;
- способ IIС: устройство автоматических систем — обнаружения пожара и спринклерной во всех помещениях, в которых возможно его возникновение; при этом к типам внутренних переборок специальные требования
обычно не предъявляются;
- способ IIIС: устройство автоматической системы обнаружения пожара во всех помещениях, в которых возможно возникновение пожара; при
165
этом к типам внутренних переборок специальные требования не предъявляются, за исключением того, что площадь любою жилого помещения или
помещений, ограниченных конструкциями типа А или В, не должна превышать 50 м2.
Противопожарное оборудование и системы — активные средства противопожарной защиты, предназначенные для тушения пожара и ограничения его распространения по судну.
Водо-пожарная система состоит из двух стационарных насосов и одного аварийного, разветвленной по всему судну пожарной магистрали и пожарных рукавов со стволами. Суммарная подача пожарных стационарных насосов должна быть не менее м3/ч: Q = km2, где m = 1/68 vL(В+D)+25 и k =
0,008. Общая подача может не превышать 180 м3/ч. Насосы должны создавать
у кранов минимальное давление 0,26-0,28 МПа. Подача аварийного насоса
должна обеспечивать для двух ручных стволов не менее 25 м3/ч.
Диаметр пожарной магистрали и ее отростков должен быть достаточным для эффективного распределения воды максимально требуемой подаче
двух одновременно работающих насосов, т.е. чтобы магистраль пропускала
не менее 140 м3/ч. Трубопроводы водо-пожарной магистрали должны быть
рассчитаны на рабочее давление не менее 1 МПа. На открытой палубе с каждого борта водо-пожарная магистраль должна иметь средства для подключения международного берегового соединения. На танкерах на магистральном трубопроводе на палубе грузовых танков через каждые 30 м должны быть установлены отсечные клапана, которые должны быть постоянно
открытыми. Перед клапанами устанавливаются сдвоенные краны диаметром 70 мм. Каждый пожарный кран должен быть оборудован запорным
клапаном и стандартной соединительной головкой. Количество и размещение пожарных кранов должно быть таким, чтобы две струи воды от разных
кранов доставали до любой части судна. Во внутренних помещениях пожарные краны устанавливаются на расстоянии не более 20 м. Все пожарные
краны должны быть окрашены в красный цвет.
Система пенотушения. Пенотушение используется для тушения пожаров в грузовых танках и на площади грузовой зоны, в машинном и насосном отделениях. Система вырабатывает в качестве огнетушащего вещества
воздушно-механическую пену которую различают по кратности — по отношению объема пены к объему потребляемой воды: низкой кратности —
около 10:1, средней кратности — между 50:1 и 150:1, высокой кратности —
около 1000:1. Воздушно-механическая пена изолирует горящую поверхность от воздуха — поверхностное тушение пожара. Пенообразователь для
получения пены должен работать на пресной и морской воде. Для тушения
пожаров в машинном и насосном отделениях используется высокократная
пена, работающая на пресной воде.
166
Производительность системы и количество пенообразователя должны
обеспечивать подачу пены низкой кратности в течение 20 мин. при наличии
СИГ и 30 мин. без нее с интенсивностью:
- 6 литров в минуту на 1 м2 площади наибольшего танка;
- 0,6 литров в минуту на 1 м2 площади грузовой зоны.
Запас высокократного пенообразователя должен обеспечить объем пены, равный пятикратному объему защищаемого помещения.
Пена подается с помощью лафетных стволов. Лафетный ствол должен
быть снабжен переключающим устройством для обеспечения переменной
подачи воды и пены. Расстояние от лафетного ствола до самой отдаленной
границы защищаемой площади должно быть не более 75% длины струи лафетного ствола.
Система инертных газов. СИГ используется для объемного тушения
пожаров — заполнения помещений газом, не поддерживающим горение.
СИГ может применяться в качестве:
- основного средства пожаротушения в сухогрузных трюмах при условии установки автоматического генератора инертных газов:
- средства, предупреждающего возникновение пожара путем создания
и постоянного поддержания в грузовых танках невоспламеняющейся атмосферы.
Система углекислотного тушения. Используется для объемного тушения пожара. Предназначена для тушения пожара в МКО и насосных отделениях, других специальных помещениях. В качестве наполнителя используется углекислый газ (СО2). Количество СО2 определяется по формуле:
3
Q = 1,79V где V — объем наибольшего защищаемою помещения, м ,
( — коэффициент, равный 0,4 для МКО).
Ввод углекислого газа для машинного отделения и других помещений,
где применяется жидкое топливо и воспламеняющиеся жидкости, должен
составлять 85% расчетного количества в течение не более 2 мин. Углекислый газ должен поступать в защищаемые помещения через сопла, расположенные в верхней части этих помещений.
Система высокого давления: хранение сжиженного СО2 производится в
баллонах при расчетном давления баллона от 12,5 МПа (наполнение 0,675
кг/л) и 15 МПа (0,75 кг/л).
Пусковые баллоны должны располагаться на станции пожаротушения
и иметь особую окраску. На станции должно быть устройство для взвешивания баллонов или измерения уровня жидкости в них. Трубы, соединяющие баллоны с коллекторами, должны быть цельнотянутые красномедные.
На трубопроводе должен быть установлен невозвратный клапан.
Система низкого давления: расчетное количество сжиженного СО2,
должно храниться в резервуаре при рабочем давления около 2 МПа, что
обеспечивается поддержанием температуры -15 °С. Резервуар обслуживает-
167
ся двумя автономными автоматизированными холодильными установками,
каждая из которых состоят из компрессора и охлаждающей батареи.
Рекомендуется предусматривать дистанционный пуск из центрального
пожарного поста (ЦПП) или с места вблизи входа в помещение. Пусковые
устройства системы высокого давления на станции пожаротушения должны
обеспечивать одновременное открывание клапанов баллонов, предназначенных для определенных помещений. Должны быть два отдельных пуска
системы: один – для пуска баллонов, другой – для открытия клапана подачи
СО2 в защищаемое помещение. На посту дистанционного пуска системы
должно быть устройство, сигнализирующее о поступления СО2 в защищаемое помещение.
В системах, использующих углекислый газ, должны быть приняты меры, сводящие к минимуму опасность воспламенения от статического электричества.
Системы пожарной сигнализации. Они подразделяются:
- на систему сигнализации обнаружения пожара, предназначенную для
подачи сигнала (автоматически и/или вручную) с места возникновения пожара в ЦПП;
- на систему предупреждения, предназначенную для уведомления экипажа и специального персонала, находящихся в защищаемом помещении, о
предстоящем пуске огнетушащего вещества.
Автоматической сигнализацией обнаружения пожара должны быть
оборудованы грузовые суда валовой вместимостью 500 рег. тонн и более и
суда, на которых в машинных помещениях категории А отсутствует постоянная вахта.
В помещениях, оборудованных спринклерной системой, установка системы обнаружения пожара не требуется.
В системах автоматической сигнализации обнаружения пожара могут
применяться извещатели, срабатывающие под влиянием теплового или дымового эффекта.
Ручная сигнализация. Извещатели ручной пожарной сигнализации устанавливаются на всех судах в легкодоступных местах и должны быть хорошо заметными, окрашенными в красный цвет и достаточно освещены в
нормальных и в аварийных условиях. Кнопка извещателя должна находиться под стеклом.
Организационно-технические мероприятия по предупреждению пожаров
В состав мероприятий входят:
- меры предупреждения возникновения источника воспламенения (профилактика);
- организационная структура по обеспечению борьбы за живучесть танкера и ее планирование;
- разъяснения видов пожаров и способов борьбы с ними.
168
Профилактика. Для возникновения пожара необходимо одновременное и совместное наличие трех компонентов: горючее вещество (пары груза), окислитель (воздух) и источник воспламенения достаточной мощности,
т.е. должен быть “треугольник пожара”. Из сказанного следует, что необходимо нейтрализовать источник воспламенения, т.к. на нефтеналивном танкере два остальных компонента постоянно присутствуют.
Мероприятия по исключению источника воспламенения:
- строгое соблюдение противопожарного режима и мер пожарной безопасности, перечисленных в НБЖС, Правилах перевозки нефти и нефтепродуктов;
- систематическая проверка знаний экипажа по правилам техники безопасности и пожарной безопасности;
- соблюдение мер предосторожности от разрядов статического электричества;
- запрещение работы радиопередатчиков и локаторов в процессе грузообработки танкера;
- прекращение грузовых операций во время грозы;
- обеспечение переносными электрофонарями только взрывобезопасного типа;
- использование специального инструмента при ремонтных работах и
использование при проведении работ на палубе только обуви без стальных
шпилек и подковок;
- на грузовой палубе запрещается применять для швартовки стальные
тросы. Капроновые и нейлоновые канаты во избежание образования искр
при их перетравливании должны быть обработаны специальным раствором;
- изменение курса во избежание попадания искр из выхлопной трубы в
грузовую зону;
- разрешение швартоваться к танкеру только судам, имеющим специальное разрешение Регистра и пожарной инспекции;
- принятие особо строгих мер предосторожности в процессе дегазации
или при наличии в атмосфере танков концентрации паров грузов в пределах
НПВ- ВПВ;
- курение на судне должно быть запрещено и в море, и в порту, кроме
как в специально отведенных и оборудованных для этого курительных помещениях. Запрещается носить спички и зажигалки, особенно во время грузовых операций, чтобы не воспользоваться ими по рассеянности или забывчивости. Зажигалка при случайном падении может дать искру или пламя и
вызвать пожар.
Основой организации борьбы за живучесть танкера являются требования РД 31.60.14-81 (НБЖС). В соответствии с ними составляется расписание, которое устанавливает обязанности для каждого члена экипажа танкера и организует следующие структуры:
169
- аварийный командный центр во главе со старшим помощником капитана;
- две аварийные партии, одна из которых – в МКО;
- группу разведки и т.д.
Каждый член экипажа должен иметь индивидуальную аварийную карточку, в которой указывается место сбора экипажа, обязанности по каждому виду тревоги, местонахождение защитного оборудования. Главным сигналом по всем тревогам является пожарная сигнализация. Должно проводиться систематическое обучение экипажа правилам пожарной безопасности и способам применения всех противопожарных систем, а также получения помощи с берега.
Для этого на танкере должен быть комплект планов или буклет, в котором указаны размещение противопожарного снабжения, постов управления,
помещений, защищаемых системами пожаротушения. Этот комплект документов должен постоянно храниться снаружи надстройки в брызгозащищенном укрытии, окрашенном в красный цвет. Сведения в документах
должны быть на английском языке и иметь международную символику.
Учебные пожарные тревоги на танкере проводятся не менее четырех
раз в месяц.
Виды пожаров н способы борьбы с ними. В соответствии с Правилом
V/I ПДМНВ-78/96 лица командного и рядового состава должны пройти на
берегу курс противопожарной подготовки, в дополнение к требуемой правилом VI/I (требования в отношении функций, связанных с аварийными ситуациями, охраной труда, медицинским уходом и выживанием).
Основными требованиями, предъявляемыми к системам пожарной защиты, является быстрое обнаружение пожара, его локализация с последующим тушением или контролируемым выгоранием. Действия экипажа
должны быть направлены на своевременное обнаружение очага пожара и
немедленную его ликвидацию. При ликвидации очага пожара необходимо
изолировать очаг пожара от источника паров груза, изолировать очаг от
воздуха или снизить концентрацию кислорода, охладить очаг, сбить пламя
мощной струей воды.
Немедленные и решительные действия экипажа танкера в момент возникновения пожара и умелое использование всех противопожарных средств
являются основным условием успешной борьбы с огнем.
Пожары на танкерах подразделяются на следующие виды:
- факельное горение паров груза;
- возгорание нефтепродуктов, разлитых на палубе;
- горение нефтепродуктов на поверхности моря;
- пожары и взрывы внутри танков;
- пожар в насосном отделении;
- пожар в МКО.
170
Факельное горение – горение паров, выходящих из танка через смотровое окно или через выпускное устройство газоотводной системы. Возгорание возможно от искр дымовой трубы, грозового разряда, разряда статического электричества или от искры при ударе металла о металл. Горение паров возможно при условии, что их концентрация превышает ВПВ. Факельное горение опасно тем, что вместо выгорающих паров в танк поступает
наружный воздух, разбавляя пары до взрывоопасной концентрации.
Меры: немедленно прекратить погрузку, остановив этим выход паров
из танка. Если горение будет продолжаться, то необходимо отсечь факел —
закрыть крышку люка или набросить на люк (смотровое окно) брезент или
кошму. В целях уменьшения давления паров необходимо охлаждать палубу
забортной водой. Языки пламени можно сбить струей из огнетушителя или
воды. Необходимо привести в действие систему пожаротушения. Горение
факела на газоотводе возможно прекратить, перекрыв пожарную заслонку.
Возгорание нефтепродуктов, разлитых на палубе вследствие перелива
груза, разрыва грузового шланга или утечки из трубопровода. В этом случае
необходимо остановить погрузку, закрыть все клинкеты, прекратить этим
поступление груза на палубу. Задраить все смотровые окна и замерные
трубки. Тушить пожар с помощью пены, распыленной воды, огнетушителями. Необходимо с помощью орошения охлаждать палубу и надстройку.
Горение нефтепродуктов на поверхности моря. Прекратить погрузку,
отсоединить грузовые шланги, провести герметизацию танкера. С помощью
орошения и пожарных шлангов интенсивно охлаждать борта, палубу и надстройку. Грузовую палубу покрыть слоем пены. Отгонять от борта танкера
горящее поле при помощи пожарных шлангов и работы гребного винта.
Отшвартоваться от причала и выйти из горящего поля.
Пожары в взрывы внутри танка. Сила взрыва в грузовом танке зависит от объема свободного пространства в нем: чем больше пространство,
тем мощнее взрыв. При пожаре в танке необходимо заполнить его пространство инертным газом, паром или углекислотой и охлаждать водой
примыкающие к танку палубу, борта переборки, надстройку. Горящий танк
и палубу над ним – покрыть слоем пены.
Пожар в насосном отделении и в МКО — необходимо заполнить объем помещений углекислотой.
Контрольные вопросы к лекции 15
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Документы, регламентирующие сброс с танкеров нефти. Основные термины.
Определения видов сбрасываемых вод.
Требования по использованию САЗРИУС.
Условия сброса чистого и изолированного балласта.
Условия сброса грязного балласта и промывочной воды.
Категории вредности химических вредных жидких веществ (ВЖВ).
Порядок сброса воды с растворенными в ней ВЖВ.
Остатки ВЖВ, которые могут быть сброшены с танкеров-химовозов.
171
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Порядок сброса остатков ВЖВ в чистом виде..
Допустимая интенсивность сброса остатков ВЖВ в кильватерную струю.
Конструктивные противопожарные меры защиты.
Противопожарное оборудование и системы.
Водопожарная система и требования к ней.
Система пенотушения.
Система углекислотного тушения.
Системы пожарной сигнализации.
Мероприятия по исключению источника воспламенения.
Виды пожаров на танкере и способы борьбы с ними.
Лекция 16
25. Меры предосторожности при эксплуатации танкера
25.1. Загрузка танкера
Погрузку начинают с малых подач (300.. .400 т/ч) и проверяют надежность соединения шлангов (при обнаружении неисправностей погрузку останавливают). Перед началом налива последним открывают приемный палубный клинкет у гибкого шланга.
Особое внимание при погрузке уделяют моментам переключения подачи груза с одного танка на другой; в эти моменты грузовой помощник должен присутствовать лично. Последовательность операций перехода с одного танка на другой устанавливается опытным путем. Эту последовательность фиксируют в специальной инструкции. Необходимо, чтобы при погрузке было открыто одновременно несколько грузовых клинкетов (поскольку таким образом легче регулировать налив). При закрытии клинкетов
на грузовом трубопроводе обязательно осуществляют контроль плотности
их закрытия (не произошло ли заедания) по указателям на штоках. Контролировать закрытие возможно вручную (или производя контрольные промеры уровня в течение погрузки).
При проведении погрузки необходимо постоянно контролировать определенные параметры, в число которых входят: давление в грузовой магистрали (и целостность шлангов), скорость погрузки, скорость движения
нефтепродуктов.
Давление в грузовой магистрали не должно превышать расчетного значения (0,8. . .1,0 МПа), чтобы избежать появления неплотностей фланцевьх
соединений трубопровода, клапанов и т.п. При резком повышении давления
в магистрали погрузку останавливают до устранения причины этого повышения. То же относится к обнаружению течи шлангов.
Скорость погрузки устанавливает капитан, исходя из информации о состоянии грузовых средств, карго-плана и т.п. Начальная скорость налива
должна обеспечивать движение жидкости в грузовой магистрали со скоро172
стью 1 м/с (при таком значении достигается минимальное значение статического заряда, возникающего в ней).
В начальный момент налива необходимо удостовериться, что груз поступает в предназначенные танки, и что соединение в гибких шлангах не
имеет пропусков. Только после этого можно увеличить темп погрузки до
полной нормы.
Производить налив со скоростью 1 м/с необходимо до момента достижения грузом уровня верхнего края погрузочного патрубка (на различных
типах судов эта высота может составлять от 0,3 до 1 м). После этого можно
начинать погрузку полной скоростью. Однако при определении максимальной скорости налива следует учитывать максимальную пропускную способность газоотводной системы – давление, которое может возникнуть при
большой скорости налива.
Грузовые операции полностью прекращают в следующих случаях:
- пожар в гавани или на судне;
- получение штормового предупреждения;
- появление неисправностей в основной системе связи между причалом
и судном;
- появление заметных следов нефти на поверхности воды;
- обнаружение огня или опасность его появления;
- слабая освещенность причала;
- обнаружение протечек нефти из шлангов, соединений и трубопроводов береговых сооружений или танкера;
- обнаружение необъяснимой значительной разницы в количестве отгруженной и принятой нефти;
- необъяснимое падение давления в грузовой магистрали;
- появление нефти на палубе из-за переполнения танка;
- обнаружение повреждений или аварии, угрожающих утечкой нефти;
- ухудшение погодных условий (наличие грозовых разрядов с молнией).
При полном безветрии погрузку нефтепродуктов 1 и II разрядов периодически прекращают для «проветривания» грузовой палубы.
Если необходимо быстро остановить погрузку, сначала следует перекрыть приемный клинкет на берегу, а не на судне (чтобы избежать разрыва
шланга).
Окончание погрузки каждого танка планируют на разное время, чтобы
избежать спешки с переключениями (которая возникает при одновременном окончании). Рекомендуется производить окончание погрузки при пониженной скорости – чтобы избежать перелива танка или выброса груза на
палубу через дыхательный клапан.
После окончания погрузки необходимо произвести продувание шлангов. Шланги продувают в один из судовых танков: либо самотеком, при открытом грузовом клапане на танке, приотдав болты у береговой задвижки,
173
либо при помощи насосов. Убирают грузовые шланги только при заглушенных фланцах.
Плотность нефтепродукта определяют нефтеденсиметром по стандартной методике. Температуру груза следует измерять термометром с ценой
деления шкалы 0,1 оС, поскольку ошибка при измерении температуры всего
в 1 °С на крупнотоннажном танкере может привести к ошибке в определении количества груза на 10.. .20 т.
Кроме отбора проб, в процессе погрузки ведут контроль уровня груза с
целью определения его количества.
Прежде всего определяют наличие воды в пустых танках, затем – в загруженных (вода должна отсутствовать!). Если грузовой помощник при погрузке воду не обнаруживает, а в порту выгрузки оказывается, что вода присутствует, то ответственность за обводнение груза возлагается на судно.
Наличие воды определяют стальной рулеткой (или подвесным футштоком), на конце которой (которого) закреплен водочувствительный материал: бумага либо паста.
После проверки на наличие воды производят обычный контроль уровня
груза, необходимый для расчета его количества.
Ориентировочно количество груза можно оценить по измерениям
осадки. Более точное определение количества груза производят по измерениям уровня груза в танках (с точностью до 1 мм), плотности и температуры грузов (с точностью до 0,1 °С), используя калибровочные таблицы,
представленные заводом-строителем.
Определенные таким образом объемы груза в каждом танке суммируют, в сумму включают также объем груза, оставшегося в грузовом трубопроводе.
Плотность груза рассчитывают с учетом отклонения температуры от
нормальной (в качестве нормальной принимают +20 °С; в некоторых документах и странах нормальной считается температура +15 °С).
25.2. Переход танкера с грузом
По окончании операций погрузки необходимо принять соответствующие меры по обеспечению сохранности груза в море.
После отсоединения гибких шлангов на фланцы приемных труб ставят
заглушки, зажимают пробки мерных труб, плотно обжимают барашки лазов, горловин и глазков, убирают с палубы все посторонние предметы, закрывают заглушками якорные клюзы.
Перед самым выходом судна в море проверяют надежность закрытия
клинкетов. При необходимости пломбируют приводы.
В море следует постоянно наблюдать за грузом. Если в танках повышается давление, его стравливают открытием дыхательного клапана. В жаркие
дни включают орошение палуб. При обнаружении изменений уровня груза,
174
которые невозможно объяснить изменениями температуры, грузовой помощник должен немедленно доложить об этом капитану и принять меры,
чтобы не допустить перелива. Если температура груза достигает НПВ, необходимо включить систему орошения.
При понижении температуры воздуха возможно отпотевание крышек
горловин. В этом случае крышки открывают для просушки пустот, докладывают об этом капитану судна и делают соответствующую запись в судовом журнале — поскольку обводнение топлива (груза) может оказаться
весьма значительным, а повышенная испаряемость его способна привести к
потере части груза. По приходе в порт составляют морской протест. Морской протест представляет собой юридический документ. Он позволяет капитану судна объяснить грузополучателю причины потери груза или его
обводнения.
Высоковязкие грузы при переходе судна должны быть подогреты. Однако при этом за грузом необходимо усиленное наблюдение, поскольку от
расширения груза при подогреве может произойти его выброс на палубу.
Иногда возникает необходимость перепустить часть нагретого груза в более
свободные танки.
При интенсивном выделении паров груза возможно их воспламенение
(появление факела) на выходе из газоотводной трубы во время грозы или от
какого-либо источника зажигания. В этом случае необходимо немедленно
перекрыть ручным клапаном выход паров (тогда образовавшийся факел погаснет).
В течение всего рейса необходимо поддерживать в полной готовности
противопожарные средства.
Перед прибытием в порт выгрузки производят подготовку и регулировку грузовых и зачистных насосов, проверяют готовность к подключению шлангов и наличие пломб, устраняют возможные неисправности.
25.3. Разгрузка танкера
После получения с берега информации о готовности к выгрузке на танкере включают грузовые насосы. Сначала насосы работают с малой скоростью, затем нагрузку увеличивают до нормы. При необходимости разгрузку
приостанавливают, но только по письменному требованию грузополучателя. Окончание выгрузки и зачистку грузовых танков производят также при
малой производительности насосов, поэтому выгрузку и зачистку следует
производить одновременно.
При проведении грузовых операций все двери помещений, выходящие
на главную палубу, закрывают, дыхательные клапаны на газоотводной системе открывают, шпигаты на грузовой палубе закрывают пробками, усиливают наблюдение за шлангами (поскольку при выгрузке быстро изменяется
осадка судна).
175
При осуществлении выгрузки центробежными насосами необходимо
применять следующие основные правила.
1. Груз следует равномерно распределять между всеми насосами, которые должны работать на полную мощность.
2. Не следует пытаться выкачивать груз при снижении его уровня ниже
0,5 м (чтобы избежать прохвата воздуха).
3. При кормовом расположении насосного отделения необходимо поддерживать достаточно большой дифферент судна.
4. Для обеспечения полной производительности насосов в конце выгрузки необходимо немного приоткрыть (на 1 – 2 оборота) клинкет соседнего, полного танка, чтобы весь выходящий из него груз попадал в насос, а не
перетекал в почти пустой танк.
5. Танки, в трубопроводе которых предположительно возможна течь,
необходимо выгружать последними.
Особенности разгрузки. Существуют определенные особенности, на
которые следует обратить внимание при разгрузке некоторых продуктов.
При окончании выгрузки из танка легких нефтепродуктов при малом
подпоре на всасывании резко возрастает испарение груза – образуются пары, которые вызывают загазованность всасывающей полости и появление
срыва подачи.
В этом случае необходимо предпринять следующие меры: снизить
мощность насоса; заполнить насос грузом из полного танка; следить, чтобы
давление в насосе не превышало 0,25 МПа.
Окончание выгрузки. После окончания выгрузки администрация судна
совместно с представителем грузополучателя составляет акт осмотра танков
(на предмет оставшегося в них груза). Только после этого на танкере начинают прием балласта или мойку танков.
Основа повышения эффективности эксплуатации танкеров заключается
в минимизации стояночного времени, поэтому все технологические операции по грузовым работам следует заранее тщательно продумывать и предварительно планировать.
При перевозке нефтепродуктов, боящихся обводнения, необходимо избегать приема груза в дождливую погоду, проверять уплотнения крышки
расширителей танков и палубные сальники клинкетов. Уровень груза в танке должен быть выше уровня забортной воды. Нужно обязательно постоянно следить за отпотеванием в танках, применять подсушку воздуха для вентилирования танков. После тщательной зачистки и спуска воды из магистралей все остатки груза, которые не могут быть удалены насосами, необходимо выбрать вручную.
Перевозка этилированного бензина требует соблюдения особых мер
предосторожности, предусмотренных санитарными правилами. Членов
экипажа, непосредственно соприкасающихся с этилированными нефтепродуктами, обеспечивают защитной спецодеждой, мылом и дополнительным
176
питанием – молоком. Этилированные нефтепродукты разрешается перевозить только на полностью исправных танкерах (при абсолютном отсутствии
пропусков (протечек) в корпусе и грузовой системе).
Поскольку для перевозки пищевых продуктов танкеры (используемые
обычно для нефтегрузов) не предназначены и не приспособлены, каждый
такой случай подробно изучается с учетом имеющегося опыта. Только после этого разрабатываются конкретные меры для данного судна (с учетом
опыта экипажа и судовладельца).
25.4. Основные правила входа в закрытые помещения
В процессе эксплуатации танкера у экипажа очень часто возникает необходимость посещения так называемых «закрытых помещений» (например, при проведении мойки танков, ремонтных работ, осмотров и инспекций).
Закрытое помещение – это помещение, имеющее любую из следующих
характеристик:
- оно имеет отверстия для входа и выхода, ограниченные по размеру;
- в нем нет условий для благоприятной естественной вентиляции;
- оно не предназначено для продолжительной рабочей деятельности.
К закрытым помещениям относят:
- танки: грузовые, двойного дна, балластные, отстойные и бытовые;
- отделения: насосные, компрессорные;
- коффердамы;
- пустые пространства;
- коробчатые кили;
- разделительные пространства;
- картеры двигателей.
Следует отметить, что на танкере могут существовать и другие закрытые помещения, не упомянутые в приведенном списке.
В атмосфере любого закрытого помещения может наблюдаться недостаток кислорода, могут присутствовать воспламеняющиеся или опасные газы и пары. Нужно помнить, что такая неподходящая или опасная для человека атмосфера может оказаться в помещении, которое ранее было безопасным (например, если такое помещение сопряжено с грузовыми танками и
системами).
Для обеспечения безопасности персонала, производящего работы в закрытых помещениях, ответственный за проведение таких работ (компетентное лицо) всегда должен производить предварительную оценку возникновения любых потенциальных опасностей в помещении, куда собираются
войти люди. При этом необходимо принимать во внимание соответствующие факторы: какой груз перевозили в помещении ранее, какова вентиляция помещения; каково защитное покрытие помещения, и др. Следует так177
же определить возможность присутствия в атмосфере помещения ядовитых
или опасных паров и газов, оценить наличие кислорода.
Риск и угрозу для здоровья и жизни членов экипажа, входящих в закрытые помещения, определяют, проводя анализ атмосферы помещения и
оценивая наличие вторичных источников опасности. При проведении анализа атмосферы закрытого помещения могут быть выявлены следующие
опасные факторы:
- недостаточное содержание кислорода;
- наличие опасной концентрации ядовитых паров и газов (которая может привести к мгновенной потери сознания или даже смерти);
- наличие ядовитых и вредных веществ (даже в незначительных концентрациях), которые могут привести к острым или хроническим отравлениям человека;
- наличие паров и газов воспламеняющихся веществ (углеводородов,
угарного газа, сероводорода), концентрации которых взрывоопасны.
При оценке вторичных источников опасности обращают внимание на
наличие следующих обстоятельств: скользкая поверхность, недостаточное
освещение, повышенная температура и повышенный уровень шума.
Необходимо помнить, что вход в закрытые помещения сам по себе вызывает у человека психологическое напряжение, даже если это помещение
безопасно для входа. Наличие вторичных источников опасности делает закрытое помещение опасным вдвойне.
Следует помнить и о том, что некоторые грузы (вещества), не представляя никакой опасности сами по себе, способны привести к значительному снижению содержания кислорода в атмосфере помещения, где они
находятся. Это происходит вследствие различных химических реакций,
протекающих между этими веществами и атмосферой, в которых принимает участие кислород. В число таких реакций входят: самонагревание, окисление металлов и руд, разложение растительных масел и жиров животного
происхождения.
Именно по этой причине остатки грузов, пищевых отходов, ветошь,
металлическая стружка и металлический лом, присутствующие в закрытых
помещениях, способны вызвать значительное снижение содержания кислорода в атмосфере таких помещений.
Если в процессе предварительной оценки становится ясно, что риск для
здоровья и жизни людей минимален, и условия закрытого помещения в процессе работы не изменятся, вход в такие помещения может быть разрешен
без ограничений – при условии соблюдения общих мер предосторожности.
Если при проведении предварительной оценки выясняется, что риск
для здоровья и/или жизни человека может возникнуть в процессе работы в
закрытом помещении (через некоторое время после входа в него), необходимо принять дополнительные меры предосторожности по обеспечению
безопасности, которые рассмотрены ниже.
178
Наконец, в том случае, если вход в закрытое помещение представляет
риск для здоровья или жизни персонала, следует принимать особые меры
предосторожности.
Каждый член экипажа должен навсегда усвоить: если входящий в закрытое помещение нарушит соблюдение простых процедур, это может привести к тому, что он, совершенно неожиданно, потеряет сознание.
Ни один член экипажа не должен открывать закрытое помещение или
входить в него, если на это не получено разрешения от капитана или ответственного лица и если не выполнены соответствующие процедуры
безопасности, предписанные для данного судна!
Разрешение на вход подписывает капитан судна или другое ответственное лицо; заполняет это разрешение тот член экипажа, который собирается войти в закрытое помещение.
25.5. Общие меры предосторожности
Перед разрешением входа в закрытое помещение капитан или ответственное лицо прежде всего должны установить, что обеспечены следующие
общие меры предосторожности:
- потенциальные опасности, которые могут возникнуть в закрытом помещения, определены и, по возможности, изолированы или удалены.
- закрытое помещение тщательно провентилировано (естественным или
механическим способом) для удаления любых воспламеняющихся или ядовитых газов и для обеспечения достаточного содержания кислорода в атмосфере.
- атмосфера закрытого помещения проверена соответствующим образом
(при помощи откалиброванных инструментов и приборов) на предмет наличия воспламеняющихся и ядовитых газов, а также содержания кислорода.
- закрытое помещение приведено в безопасное для входа состояние и надлежащим образом освещено.
- система связи между всеми участниками (для использования во время
входа в закрытое помещение) согласована и проверена.
- у входа в закрытое помещение выставлен вахтенный, который будет оставаться там в течение всего времени проведения работ.
- спасательное и реанимационное оборудование подготовлены к использованию и находятся у входа в закрытое помещение. Согласованы меры и устройства по спасанию.
- персонал надлежащим образом одет и экипирован для входа в закрытое
помещение и для последующего проведения работ в нем.
- персоналу выдано соответствующее разрешение, позволяющее вход в закрытое помещение.
Для наблюдения у входа в закрытое помещение и для проведения возможных спасательных операций допускается только специально подготов-
179
ленный персонал. Экипаж должен периодически проходить учения по спасению людей из закрытых помещений и по оказанию первой помощи.
Все оборудование, используемое для входа в закрытые помещения,
должно находиться в хорошем рабочем состоянии; перед использованием
его нужно надлежащим образом осмотреть.
25.6. Проверка состояния атмосферы в закрытом помещении
Эту проверку производят хорошо откалиброванным инструментом, позволяющим сделать необходимые замеры (содержание кислорода, концентрации паров воспламеняющихся и ядовитых веществ). Калибровку и замеры следует производить в полном соответствии с требованиями, изложенными в инструкциях завода-изготовителя приборов. Проверку атмосферы
производят до входа любого лица в закрытое помещение, после входа члена
экипажа в закрытое помещение проверки проводят регулярно до тех пор,
пока не будут прекращены (закончены) все работы. При необходимости
проверку атмосферы производят на нескольких уровнях и в нескольких
точках закрытого помещения.
Для того чтобы атмосфера закрытого помещения была признана пригодной для входа, необходимо получить при ее проверке следующие устойчивые показания:
- содержание кислорода по объему, измеренное кислородомером, составляет 21%;
- содержание воспламеняющихся газов, измеренное эксплозиметром подходящей чувствительности, составляет не более 1% от значения их нижнего
предела взрываемости (НПВ);
- содержание токсичных или ядовитых веществ, измеренное соответствующим прибором, находится ниже пределов допустимой концентрации, безопасной для входа.
Если эти условия не могут быть выполнены, в закрытом помещении
необходимо использовать дополнительную вентиляцию и повторно проверить атмосферу в помещении через некоторое время.
Любую проверку атмосферы закрытого помещения следует проводить при остановленной искусственной вентиляции!
Необходимо помнить, что проверка атмосферы на воспламеняемость не
дает результатов, позволяющих судить о ее токсичности; верно и обратное
утверждение: проверка атмосферы на токсичность не может заменить ее
проверку на воспламеняемость.
Нужно учитывать также следующее обстоятельство: некоторые закрытые помещения могут иметь непроветриваемые «карманы», в которых способны скапливаться газы или может быть ниже нормы содержание кислорода. Наличие таких мест («карманов») следует учитывать всегда, даже если закрытое помещение было признано пригодным для входа в него.
180
25.7. Необходимая маркировка и предупредительные надписи
При проведении каких бы то ни было работ в закрытом помещении
необходимо тем или иным образом четко обозначить его состояние, даже
при наличии выставленного у входа в помещение вахтенного. Помещение,
небезопасное для входа, обычно обозначают табличкой красного цвета с
надписью «Опасно для входа». Такую табличку следует поместить у входа
в закрытое помещение еще до того, как будет произведена проверка атмосферы помещения. Кроме того, такую табличку нужно вывешивать в тех
случаях, когда работы в закрытом помещении прекращены или прерваны,
или если остановлена принудительная вентиляция помещения – иначе говоря, в любых случаях, когда вход в закрытое помещение не контролируется
или становится опасным.
Если атмосфера в закрытом помещении изначально была приемлемой и
безопасной, но его входное отверстие было прикрыто на какой-то срок
(пусть даже короткий), то помещение вновь следует считать опасным для
входа.
После того как атмосфера закрытого помещения была проверена и было установлено, что она является пригодной и безопасной для проведения
необходимых работ в закрытом помещении, красную предупреждающую
табличку с надписью необходимо сменить на другую. В этом случае на закрытом помещении должна быть помещена табличка зеленого цвета с надписью: «Безопасно для входа». Следует помнить, что при возникновении
любых сомнений в безопасности атмосферы в закрытом помещении или
при выходе из строя вентиляции или освещения в этом помещении, зеленую табличку следует немедленно убрать и заменить на красную, с предупреждающей надписью.
Закрытые помещения, внутри которых находится инертная атмосфера,
должны быть обозначены специальной предупредительной надписью, обозначающей опасность. Очень часто свободные пространства вокруг грузовых помещений должны иметь инертную атмосферу (заполнены инертным
газом или азотом). В этом случае входы в такие помещения должны быть
постоянно отмаркированы предупредительными надписями. Помещение,
внешне кажущееся безопасным, при отсутствии в нем кислорода может
оказаться смертельно опасным для человека!
Любое закрытое помещение, в котором находятся люди, следует обозначать соответствующей табличкой. На такой табличке должно быть предусмотрено место для указания фамилий членов экипажа, выполняющих
работы в закрытых помещениях. Это необходимо, чтобы можно было в любой момент точно определить, сколько человек (и кто именно) находится в
данном помещении.
Очень важно следовать этому правилу и вывешивать табличку при выполнении рутинных и каждодневных операций. Именно при выполнении
рутинных работ (таких как мойка и ручная зачистка танков, инспекция гру181
зовых танков и пустых пространств) члены экипажа чаще всего допускают
пренебрежение мерами предосторожности. Следовательно, именно в этих
обстоятельствах чаще всего происходят несчастные случаи.
25.8. Меры предосторожности при нахождении в закрытом помещении
При нахождении персонала в закрытом помещении следует на регулярной основе проверять атмосферу этого помещения. При возникновении
опасности или ухудшении состава атмосферы персонал необходимо немедленно проинструктировать о необходимости покинуть закрытое помещение.
Вентиляция закрытого помещения должна непрерывно продолжаться
до тех пор, пока в нем находятся люди, а также в течение временных перерывов в работе (технологических и для отдыха персонала). Перед тем как
будет осуществлен вход в закрытое помещение после перерыва, следует
снова проверить атмосферу в нем. В случае выхода из строя вентиляции
весь персонал, находящийся в закрытом помещении, должен немедленно
его покинуть!
При возникновении аварийной ситуации наблюдатель (вахтенный у
входа в закрытое помещение) ни при каких обстоятельствах не должен входить в закрытое помещение до прибытия помощи!
Очень часто у членов экипажа чувство товарищества преобладает над
здравым смыслом и чувством опасности. В подобных ситуациях наблюдающий (вахтенный) без промедления бросается на помощь своему другу,
который работал в закрытом помещении и внезапно потерял сознание. К
сожалению, вахтенный не принимает во внимание того, что для проведения
спасательных работ необходимо специальное оборудование и средства защиты. В результате минимальное количество пострадавших в этом случае
определяется числом 2. Иногда результаты оказываются намного более печальными, как это случилось совсем недавно на одном химовозе: погибли
пять человек, пытаясь спасти одного.
25.9. Дополнительные меры предосторожности при входе в помещения с небезопасной атмосферой
Если по результатам проверки выясняется, что атмосфера в закрытом
помещении небезопасная или предполагается, что она может стать таковой,
вход в такие помещения осуществляется только при отсутствии какой бы то
ни было практичной альтернативы. Вход в закрытые помещения с небезопасной атмосферой разрешается осуществлять только в следующих случаях:
- с целью проведения дальнейших проверок атмосферы;
- для выполнения важнейшей работы;
- для обеспечения безопасности (устранения угрозы) человеческой жизни;
- для обеспечения безопасности (устранения угрозы) судна.
182
Количество членов экипажа, намеревающихся войти в закрытое помещение с небезопасной атмосферой, должно быть минимальным, потребным
для проведения только самого необходимого объема работ. Входящий в закрытые помещения персонал должен быть обеспечен соответствующими
дыхательными аппаратами, позволяющими производить работы в течении
минимум 20 минут – это аппараты с внешним воздуховодом и с автономным воздухоснабжением. При проведении работ в закрытых помещениях с
небезопасной атмосферой запрещается использование респираторов (любого типа), поскольку они не предусматривают подачу чистого воздуха.
К работам в закрытых помещениях с небезопасной атмосферой допускается только персонал, подготовленный к использованию дыхательных
аппаратов.
На каждом входящем в закрытое помещение должен быть надет страховочный пояс с предохранительным концом; при возможности следует
также использовать предохранительный трос. Кроме того, каждому входящему следует надеть соответствующую защитную одежду, особенно если
существует риск попадания на кожу или в глаза вредных и ядовитых веществ. В данном случае наиболее уместны рекомендации о подготовке к
использованию спасательных средств.
Атмосфера любого помещения, содержащего опасные грузы, может
представлять риск для здоровья или жизни лица, входящего в такое помещение. Кроме того, опасность для человека могут создавать воспламеняющиеся, ядовитые или коррозионные пары (которые замещают кислород в
атмосфере помещения или способствуют снижению его содержания), остатки груза и т.д.
Не следует забывать, что такая же опасность способна возникать и в
помещениях, смежных с грузовыми танками, из-за возможных протечек.
Необходимо помнить: никакие коммерческие соображения ни при каких обстоятельствах не должны преобладать над требованиями здравого
смысла и обеспечением безопасности судна и экипажа!
Контрольные вопросы к лекции 16
1.
Меры предосторожности при погрузке танкера.
2.
В каких случаях погрузка танкера должна быть немедленно прекращена?
3.
Каким образом определяют количество и качество груза?
4.
Какие операции проводят при окончании погрузки?
5.
Меры предосторожности при переходе с грузом.
6.
Меры предосторожности при выгрузке.
7.
Предосторожности от обводнения груза, при перевозке и выгрузке этилированного бензина.
8.
Какие помещения на танкере называют закрытыми?
9.
Риски для здоровья и жизни в закрытых помещениях.
10.
Отчего может снизиться концентрация кислорода в закрытых помещениях?
11.
Общие меры предосторожности при входе в закрытые помещения.
183
12.
13.
14.
15.
16.
Проверка состояния атмосферы в закрытых помещениях.
Маркировка и предупредительные надписи на танкере.
Меры предосторожности при нахождении в закрытом помещении.
Меры предосторожности при входе в небезопасные помещения.
Требования к персоналу, входящему в небезопасные помещения.
Список литературы
1.
Радченко П.М. Технические средства наливных судов и их эксплуатация. Учебно-справочное пособие. – Владивосток: Мор. гос. ун-т,
2006. – 479 с.
2.
Марковский Р. Р. Технология морских перевозок наливных грузов
и работы нефтяного терминала. Издание второе, исправленное и дополненное. – СПб: ООО «МОРСАР», 2008. – 352 с.
3.
Зайцев В. В., Коробанов Ю. М. Суда-газовозы. – Л.: Судостроение, 1990. – 301 с.
4.
Костылев И. И., Денисенко Н. И., Петухов В. А. Безопасность эксплуатации технологического комплекса танкера / Учебно-справочное пособие. – СПб.: «Элмор», 2001. – 192 с.
5.
Родионов Н. Н. Современные танкеры. – Л.: Судостроение, 1980. –
371 с.
6.
Лаханин В. В., Сацкий А. Г. Насосные установки морских танкеров. – Л.: Судостроение, 1976. – 160 с.
7.
Башуров. Б. П. Судовые динамические насосы и вентиляторы. –
М: Мортехинфорреклама, 1992. – 56 с.
8.
Кутыркин В. А., Постников В. И. Специальные системы нефтеналивных судов (Справочник). – М.: Транспорт, 1983. – 192 с.
9.
Нунупаров С. М., Бегагоен Т. Н. Грузовые и специальные системы
танкеров. – М.: Транспорт, 1969. – 128 с.
10.
Крыштын Л. К. Техническая эксплуатация танкера. – М.: Транспорт, 1980. – 208 с.
11.
http://www.seaships.ru/tanker.htm.
12.
Плявин Н. И., Шаповал М А., Васильев Ю. В., Казимиров А. Г.
Морские перевозки наливных грузов.. – М: Транспорт, 1991. – 191 с.
13.
http://www.greenpeace.org/russia/ru/news/18531?mode=send
14.
http://onua.com.ua/3131-ogromnejshie-tankery-dlya-perevozki-gruzovcherez.html
184
Учебное издание
Виктор Максимович Геец
Специальные системы наливных судов
Курс лекций
Печатается с готового оригинал-макета, подготовленного автором
Усл. печ. л. 11,8. Уч.-изд. л. 11,1. Формат 60 × 84 1/16
Тираж 100 экз.
Заказ №
Отпечатано в типографии ИПК МГУ им. адм. Г. И. Невельского
690059, Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а