3. Грузовая и зачистная системы танкеров

Состоит из нескольких грузовых и зачистных насосов и размещается в одном либо в двух насосных отделениях. Для обеспечения требований пожарной безопасности и удобства обслуживания насосы и их приводы принято устанавливать в смежных помещениях, разделенных газонепроницаемой переборкой.

Для современных средне- и крупнотоннажных танкеров суммарную подачу грузовых насосов Q_гp, м³/ч, можно определить в зависимости от дедвейта DW танкера [6].

Для танкеров дедвейтом (10 – 20) тыс. т SQ_гp = 170 DW, при дедвейте более 20 тыс. тонн SQ_гp = 1800+ 60 DW.

Давление, развиваемое грузовыми насосами, в зависимости от дедвейта составляет:

Н_гр = 1,0 МПа для DW = (20 – 100) тыс.т;

Н_гр = 1,5 МПа для DW = (100 – 300) тыс.т.

Число грузовых насосов, устанавливаемых на танкерах, три – четыре.

В качестве главных грузовых насосов используются центробежные насосы вертикального или горизонтального исполнения, для привода которых применяются в основном паровые турбины и реже электродвигатели. Используются также поршневые насосы с паровым поршневым приводом, в основном в качестве зачистных. Мощность привода определяется по потребляемой мощности грузового насоса.

Подачу зачистных насосов рекомендуется выбирать из условия осушения танков при мойке. Обычно на каждый танк устанавливается по три моечных машинки подачей по 30 м³/ч каждая. Для крупнотоннажных танкеров подача зачистного насоса должна быть достаточной для одновременного осушения одного танка при мойке.

4. КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Назначение котельной установки состоит в обеспечении паром утилизационного турбогенератора (если он имеется), отоплении судовых помещений, подогреве топлива, в обеспечении хозяйственных нужд, а на танкерах - дополнительно в обогреве груза и обеспечении паром приводов грузовых и зачистных насосов, если они паровые.

Котельная установка включает в себя вспомогательные и утилизационные котлы.

4.1. Утилизационный котёл

Возможная паропроизводительность утилизационного котла определяется по следующей расчетной схеме.

Количество тепла выпускных газов главных двигателей, используемых в котле, кДж/ч:

,

Где: - – энтальпия продуктов сгорания 1 кг топлива до котла, кДж/кг топлива, - – то же, после котла.

Энтальпию продуктов сгорания одного килограмма топлива в зависимости от температуры выпускных газов при разных значениях коэффициента избытка воздуха можно определить следующим способом.

Для температур газов Т″ до котла и Т′ после котла рассчитываются:

-теплоёмкости воздуха, кДж/кг/ °К, (с″_pв и с′_pв):

с_pв = 0,91406+2,77600*10^-4*T – 5,41100*10^-8*Т² ,

-теплоёмкости чистых продуктов сгорания (с″_рг и с′_pг):

с_pг = 0,93135+4,16570*10^-4*T – 8,79061*10^-8*Т²,

где: - Т – температура газов, °К;

–теплоёмкости смеси, поступающей в котёл и соответствующей одному килограмму сгоревшего топлива (с″_pсм и с′_pсм), кДж/ °К/кг топлива:

с_рсм = с_рг(G₀ + 1) + с_рвG₀(α_а – 1);

– энтальпии газов (i_г″ и i_г′), кДж/кг топлива, соответствующие сжиганию 1кг топлива:

i_г = с_рсм Т.

Температура выпускных газов перед котлом:

– у двухтактных длинноходовых двигателей Т″ = (510 – 520) °К;

– у четырехтактных двигателей Т″ = (570 – 670) °К, иногда до (770 – 870) °К.

Температура газов за котлом должна превышать температуру пара, получаемого в котле, на (50 – 60) °С , но не должна быть ниже 180 °С во избежание выпадения росы и коррозии поверхностей.

Пар, получаемый в утилизационном котле, обычно насыщенный. Температура, °С, и энтальпия, кДж/кг, насыщенного пара зависят от давления пара в котле. Для практически встречающихся давлений (0,5 – 2 МПа) автором получены зависимости температуры и энтальпии насыщенного пара от давления, дающие результаты с погрешностью не более 0,2%:

t_п = 6,19 + 172,7p_к^0.25;

i_п = 2420 + 551,8р_к^0.25 – 196,2р_к^0.5.

Здесь: - p_к – давление пара в котле, МПа. В том случае, если планируется получение перегретого пара (что может оказаться возможным при температурах газов после ГТН 300°С и выше – не редких для четырёхтактных двигателей), энтальпию перегретого пара следует найти по таблицам либо по диаграммам состояния в зависимости от давления и температуры.

Паропроизводительность утилизационного котла, кг/ч:

D_ук = q_г /(i_п – i_пв),

Где: - i_п – энтальпия пара при котельных параметрах, кДж/кг;

- i_пв = 4,187  t_пв кДж/кг – энтальпия воды, поступающей в котел;

- t_пв – температура воды, поступающей в котел, °С.

При выборе утилизационного котла по (прил.1) следует принимать во внимание параметры пара, вырабатываемого котлом, количество газов, проходящих через него, а также температуру газов на входе в котёл. Для большинства котлов, приведенных в табл.1, паспортная температура газов на входе значительно превышает реальные температуры газов на выходе из современных ДВС. Это означает, что при условии, что количество газов на выходе из ДВС равно паспортному для данного котла реальная паропроизводительность его будет меньше паспортной.

Зависимость отношения реальной производительности котла к его паспортной производительности Q_r = Q_р/Q_п от отношения температуры газов на выходе из двигателя к паспортной температуре газов на входе в котёл T_r = T_р/T_п для часто встречающихся показателей b_е = 0,17 кг/кВт/ч;  = 2,5; _а = 1,4, Т_п = (600 – 610) °К с погрешностью не более 10% имеет вид

Q_r ≈ 3,85Т_r – 2,85; 0,75 ≤ Т_r ≤ 1.

Количество выпускных газов, кг/ч:

G_г = (G₀_а + 1)В_е.

Следует иметь в виду, что при достаточно высоких давлениях наддува ДВС вполне рационально использование для дополнительного производства пара теплоты воздуха, подаваемого турбонагнетателями. Так, уже при давлении наддува р_s = 0,3 МПа эта температура (Т_тн) около 470 °К, а при р_s = 0,4 МПа Т_тн = 530 °К, то есть выше температуры газов после газотурбонагнетателя.

Дополнительное количество пара, получаемое при этом в дополнительном теплообменнике, рассчитывается по следующей схеме.

Количество тепла продувочного воздуха, используемого для производства пара, кДж/ч:

,

Где: i"_во – энтальпия воздуха до воздухоохладителя, кДж/кг, i'_во – то же, после него:

і"_во = (0,91406 + 2,776*10^-4*Т_тн – 5,411*10^-8*Т²_тн)Т_тн ;

і'_во = (0,91406 = 2,776*10^-4*Т_вых – 5,411*10^-8*Т²_вых)Т_вых,

где: Т_тн и Т_вых – температура наддувочного воздуха (°К) на выходах из турбонагнетателя (см. выше) и этого воздухоохладителя-парогенератора.

Энтальпии пара i_п и воды i_пв берутся из расчёта утилизационного котла.

Паропроизводительность этого утилизационного устройства, кг/ч:

D_во = q_во /(i_п – i_пв).

Следовательно, суммарная возможная паропроизводительность обоих утилизационных устройств, кг/ч, равна

D_сум = D_ук + D_во.

Ориентировочные значения паропроизводительности, кг/(кВт·ч), по насыщенному пару составляют (понижаясь с повышением давления):

– при утилизации теплоты уходящих газов: двухтактные двигатели – (0,25 – 0,3); четырёхтактные – (0,5 – 0,6).

– при утилизации теплоты надувочного воздуха: при давлении наддува 0,2 – 0,3 МПа – (0,15 – 0,2); при давлении наддува 0,35 – 0,4 МПа – (0,25 – 0,3).