книги из ГПНТБ / Хордас, Г. С. Техническое кондиционирование воздуха и инертных газов на судах

Системы инертных газов

I

Е

Рис. 42. Классификация систем инертных газов.

91

—по способу установки оборудования (стационарные и пере­ движные генераторы газов);

—по степени обработки инертных газов, что обусловливается заданной их кондицией (без дополнительной обработки, с дополни­ тельной очисткой от примесей, осушение газов);

—по способу дополнительной обработки газов (сорбция при­

месей, осушение с помощью холодильных машин или сорбентами и др.). Собственно способ дополнительной обработки газов опреде­ ляет конструкцию и комплектацию оборудования.

Согласно такой классификации можно выделить системы шести основных типов, общее назначение которых — поддержание в гру­ зовых помещениях заданных параметров газовой среды на всех ста­ диях эксплуатации судна.

Т и п А — системы с отбором инертных газов от дымоходов главных или вспомогательных, а также утилизационных котлов и очисткой и охлаждением газов в контактных аппаратах (скруббе­ рах) при помощи забортной воды. Это наиболее простые так назы­ ваемые стандартные системы инертных газов, получившие наиболь­ шее распространение за рубежом. К системам этого типа относятся системы, впервые созданные в нашей стране, и зарубежные, впервые установленные на судах компаний Сан Ойл и Бритиш Петролеум. Системы выполнены с широким диапазоном производительности от 5000 до 30 000 м3/ч инертных газов и предназначены для установки на танкерах различного дедвейта, имеющих как паротурбинные, так и дизельные энергетические установки и используемых для перево­ зок сырой нефти. Наиболее целесообразно их применение на танкерах

дедвейтом свыше 150 000 т,	перевозящих сырую нефть и совершаю­
щих 6—8 рейсов в году [84],	[104].
Т и п Б — системы этого типа отличаются от стандартных систем

типа А устройствами для дополнительной очистки газов от окислов серы, встраиваемыми обычно в скрубберы. Системы предназначены для судов различного тоннажа, перевозящих нефтепродукты тех сортов, которые склонны реагировать с S 0 2, и судов, в топках котлов которых сжигаются высокосернистые мазуты. Их можно применять и на танкерах относительно небольшого дедвейта, транспортирующих сырую нефть, когда влияние скорости коррозии корпусных кон­ струкций из-за небольших толщин материалов и частых балластиро­ вок становится весьма ощутимым [84], [104].

Следует иметь в виду, что с ростом требований к защите окружаю­ щей среды от загрязнения системы типа Б, обеспечивающие отлив от скрубберов за борт иеподкисленной воды, могут получить широ­ кое распространение.

Системы т и п а В характеризуются тем, что в них в дополнение к очистке и охлаждению в контактных аппаратах инертных газов, отбираемых от дымоходов котлов, производится осушение газов либо с помощью холодильных машин, либо с помыцью твердых или жидких сорбентов. Ряд компаний и фирм считает, что усложнение систем и повышение их стоимости не оправдывается дополнительным снижением скорости коррозии, в частности, при уменьшении конден-

92

сации паров воды на внутренних поверхностях ограждений грузо­ вых помещений.

Применение систем типа В целесообразно на судах, перевозящих гигроскопичные взрыво- и огнеопасные материалы (аммиак, азот­ ные соединения), а также органические вещества (муку, сахар

идр.).

Ти п Г — системы с получением инертных газов от автономных

газотурбинных установок, мощность которых используется для при­ вода электрогенераторов или нагнетателей газов. Это довольно слож­ ные и дорогие системы, требующие достаточно квалифицированного обслуживания. Применение систем типа Г целесообразно при значи­ тельных расходах инертных газов (не менее 30 000 м3/ч), что обуслов­ ливает их установку на супертанкерах дедвейтом 400 000—500 000 т.

Т и п ы Д и Е — системы с получением инертных газов при сжи­ гании топлива в специально предназначенных для этой цели камерах сгорания. В системах типа Д, так же как и в стандартных системах типа А, газы обрабатываются (очищаются и охлаждаются) только забортной водой в контактных аппаратах. В системах типа Е произ­ водится дполн.ительная обработка газов — осушение твердыми или жидкими сорбентами, холодильными машинами и сжатием газов. Иногда предусматривается адсорбция одного из компонентов смеси — углекислого газа в целях получения состава, близкого к технически чистому азоту. Оборудование систем типов Ди Е , производительность которых колеблется в пределах 50—4000 м3/ч инертных газов, компонуется обычно в единые агрегаты. Стационарные агрегаты, которые могут включать в себя оборудование для дополнительной обработки газов (работа по схеме систем типа Е), предназначаются в основном для установки на балккэриерах, газовозах и танкерах в целях создания нейтральных подушек над транспортируемыми хи­ микалиями и сжиженными газами. Передвижные агрегаты, работаю­ щие по схеме систем типа Д, используются при авариях судов.

В перспективе возможно применение и других способов получения инертных газов заданной кондиции: каталитический дожиг' выпуск­ ных газов дизелей с целью уменьшения концентрации кислорода при использовании в качестве катализаторов платины и палладия, элек­ тростатическая очистка газов и др. Однако эти способы находятся в стадии исследования и разработки и на современных судах, обо­ рудуемых системами инертных газов, пока не применяются.

В табл. 17 показаны схемы систем различных типов и их основ­ ное оборудование.

§ 8. СИСТЕМЫ БЕЗ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ГАЗОВ,

ОТБИРАЕМЫХ ОТ ДЫМОХОДОВ КОТЛОВ

К системам с отбором газов от дымоходов котлов без дополни­ тельной обработки газов относятся системы т и п а А. Изготовляе­ мые различными фирмами эти системы различаются конструктивным оформлением оборудования и местом его установки. Системы типа А

93

СО

Схемы и основное оборудование систем различных типов

Тип

си­ Получение газов Степень обработки Схема стемы

Только с очист­ кой — охлаждением газов в скрубберах

Прием боды

Б	С дополнительным
	выщелачиванием окис­
	лов серы

Прием боды

	Отбор газов от ды-
	моходов котлов
в	С дополнительным
	осушением газов хо­
	лодильными машинами

Таблица 17

Основное оборудование

1 — скруббер; 2 — глав­ ный нагнетатель; 3 — вспомогательный нагне­ татель; 4 главный на­ сос забортной воды; 5 — вспомогательный насос гидравлического уплот­ нения

1 — скруббер; 2 — главный нагнетатель; 3 — вспомогательный на­ гнетатель; 4 — насос рас­ твора; 5 — бак раствора; 6 — главный насос за­ бортной воды; 7 — вспо­ могательный насос гид­ равлического уплотне­ ния

1 — скруббер; 2 — ох­ ладитель газов; 3 — от­ делитель воды; 4 — глав­ ный нагнетатель; 5 — вспомогательный нагне­ татель; 6 — фреоновый компрессор; 7 — фреоно­ вый конденсатор; 8 — главный насос забортной воды; 9 — вспомогатель­ ный насос гидравличе­ ского уплотнения

С дополнительным		1 — скруббер; 2 — глав­
осушением газов твер­	В атмосферу	ный	нагнетатель;		3 —
дыми сорбентами		вспомогательный		нагне­
		татель; 4 — первичный
		охладитель газов; 5 —
		адсорбер; 6 — электриче­
		ский	подогреватель		га­
		зов; 7 — вторичный ох­
		ладитель газов; 8 — па­
		ровой	подогреватель га­
		зов; 9 — главный насос
		забортной воды; 10 —
		вспомогательный		насос
		гидравлического		уплот­
		нения

СО

СЛ

<о					Продолжение табл. 1
CD
Тип	Получение газов	Степень обработки		Схема	Основное оборудование
си­
стемы
	Отбор газов от ды­	С дополнительным			1 — скруббер; 2 — аб­
	моходов котлов	осушением	газов		сорбер; 3 — главный на­
		жидкими сорбентами			гнетатель; 4 — вспомога­
					тельный		нагнетатель;
					5 — охладитель газов;
					6 — десорбер; 7 — венти­
					лятор	десорбции;		8 —
					подогреватель раствора;
					9 — охладитель раствора;
					10—насос раствора; 11 —
					бак раствора; 12 — глав­
					ный насос забортной во­
					ды; 13 — вспомогатель­
					ный насос гидравлическо­
					го уплотнения
		Получение	газов	в	1 — топливный			насос
		турбогенераторах			газовой турбины; 2 •—
					топливный бак; 3 — топ­
					ливный		насос дожига­
					теля;	4	— дожигатель;

5 — скруббер; 6 — насос забортной воды; 7 — газо­ вая турбина; 8 — камера сгорания; 9 — турбоком­ прессор

7

-j Д ■ч

п

Хордас .

Получение газов в	1 — нагнетатель; 2 —
С автономной ге­ камерах сгорания	топливный бак; 3 — топ­
нерацией газов	ливный насос; 4 — каме­
	ра сгорания; 5 — скруб­
	бер; 6 — насос забортной
	воды

а — со встроенными в скруббер каме­ рами сгорания; б — с горизонталь­ ными камерами сгорания

					В атмосферу		Пар
Е	Получение газов		в		л	ieJirZ?		1 — нагнетатель возду­
	камерах	сгорания	с					ха; 2 — топливный бак;
	дополнительным осу­			1	* щ и я			3 — топливный насос;
	шением	твердыми						4 — камера сгорания;
	сорбентами							5 — скруббер; 6 ■— паро­
								вой подогреватель газов;
						За		7 — электрический подо­
				Прием				греватель газов; 8 — ад­
						борт*	g гру30$ые	сорбер; 9 — охладитель
				воздуха щ		7 ^ '1и	цистерны	газов; 10 — насос заборт­
					За борт			ной воды

Прием воды

«о

—д

со

00

Тип

си­ Получение газов Степень обработки стемы

Получение газов в камерах сгорания с дополнительным осу­ шением жидкими сор­ бентами

Получение газов в камерах сгорания с дополнительным осу­ шением холодильными машинами и твердыми сорбентами

С автономной ге­ нерацией газов

*

Получение газов в камерах сгорания с дополнительным осу­ шением сжатием га­ зов и твердыми сор­ бентами

Схема

2 3 В атмосферу

4

5

6

7 1

8

9

I i y u c n ' j —	ш.» '	Т /
воздуха ™ т
За борт -р
12'	\
Прием воды		За борт

Продолжение табл. 17

Основное оборудование

1 — нагнетатель; 2 — топливный бак; 3 — топ­ ливный насос; 4 — каме­ ра сгорания; 5 — абсор­ бер; 6 — десорбер; 7 — вентилятор десорбции; 8 — подогреватель рас­ твора; 9 — охладитель раствора; 10 — насос рас­ твора; 11 — бак раство­ ра; 12 — насос забортной воды; 13 — скруббер

1 — нагнетатель воз­ духа; 2 — топливный бак; 3 — топливный насос; 4 — камера сгорания; 5 — скруббер; 6 — фрео­ новый охладитель газов; 7 — отделитель воды; 8 — адсорбер; 9 — элек­ трический подогреватель газов; 10 — фреоновый компрессор; 11 —фреоно­ вый конденсатор; 12 — насос забортной воды

1 — нагнетатель возду­ ха; 2 — топливный бак; 3 — топливный насос; 4 —камера сгорания; 5 — скруббер; 6 — газовый компрессор; 7 — адсор­ бер; 8 — электрический подогреватель газов; 9 — ресивер; 10 — охла­ дитель газов; 11 — отде­ литель воды; 12 — насос забортной воды

	П р и м е ч а н и е .	Условные обозначения трубопроводов на рисунках: -					— — инертных газов; ^		^	— воздуха;------------
парообразного фреона;		------------	жидкого фреона; -----		/--------	приемно-напорный забортной воды; -----		/ / --------	отливной забортной воды;
---- X--------	раствора Ка2СО«; ------		XX--------	раствора	L iC l;------------— свежего		водяного пара; ------	••-----	—	отработавшего водяного
пара;	----—-------- топлива.

to

со

широко применяют на судах компаний Бритиш Петролеум, Шелл, Тексако и др. [80].

Схема стандартной системы типа А представлена на рис. 43. По сравнению с первыми системами, установленными на судах «Бритиш Скайлл» и «Бритиш Соверинг», схема и конструкция данной системы претерпела ряд изменений в направлении повышения надеж­ ности и эффективности работы.

Отбор газов производится от дымоходов 1 двух котлов (например,

двух главных или главного и вспомогательного) через	клапаны 2
с дистанционным управлением из машинного отделения.	Газы после

очистки и охлаждения в скруббере 5, а также отделения воды в отдели­ теле 6 отсасываются главным 10 или вспомогательным 9 нагнетате­ лями. На большинстве судов в качестве нагнетателей используют цен­ тробежные вентиляторы с электроприводом, имеющим постоянную частоту вращения (рис. 44, а).

Для повышения надежности и облегчения ремонта, как правило, устанавливают два взаимозаменяемых нагнетателя равной произво­ дительности. Однако на крупных судах, в частности на супертанкерах дедвейтом свыше 200 000 т, с целью уменьшения нагрузки судовой электростанции мощность вспомогательного нагнетателя снижают до такой величины, чтобы обеспечивались только режимы балласти­ ровки и мойки грузовых цистерн и подача, при необходимости, до 90% требуемого количества газов в период разгрузки. С этой же целью ряд фирм предусматривает двухскоростные электродвигатели. При больших расходах инертных газов используют нагнетатели с приводом от паровой турбины (рис. 44, б). Изготовляют и двух­ ступенчатые нагнетатели (рис. 44, в).

В зависимости от операций, проводимых на судне, дистанционно задается давление в магистрали подачи инертных газов в цистерны, которое автоматически поддерживается с помощью реле давления 12 (см. рис. 43) и клапана 11. Клапан 11 автоматически закрывается при остановке вентиляторов, отсутствии подачи воды на скруббер, по­ вышении температуры газов, выходящих из скруббера, выше допу­ стимого значения и увеличении концентрации кислорода.

На входе газов в грузовые цистерны предусмотрена установка заглушек 15, блокирующих закрытие крышек горловин 17 в период вентиляции цистерн переносными вентиляторами и осмотров. Венти­ ляция может производиться и с помощью нагнетателей газов при заборе воздуха через патрубок 4. Выпуск газов из грузовых цистерн при продувании их инертными газами или вентиляции происходит таким образом, чтобы обеспечить заданный газовый состав. Газы выпускаются, например, через трубы 16, входные отверстия которых расположены на расстоянии 450 мм от днища (см. гл. V).

Забортная вода подается в скруббер центробежным насосом 18, производительность которого может достигать значительной вели­ чины (до 350—450 м3/ч у супертанкеров).

Для снижения расхода электроэнергии при плавании в грузу или балласте в случае отсутствия расхода инертных газов целесо­ образна установка дополнительного насоса 20, постоянно подающего

100

Рис. 43. Схема стандартной системы типа А с отбором инертных газов от дымоходов котлов.

1 — дымоходы котлов (главных или вспомогательных); 2 — клапан отбора газов с дистанционным управлением; 3 — анализатор содержания кислорода и углекислого газа в смеси газов; 4 — патрубок с заглушкой для приема воздуха; 5 — скруббер; 6 — отделитель воды; 7 — рециркуляционный трубопровод газов; 8 — реле контроля температуры; 9 — вспомогательный нагнетатель; 10 — главный нагнетатель; 11 — клапан регулирования давления газов, закрываемый при отсутствии подачи воды в скруббер, повышении температуры газов и остановке нагнетателей; 12 — реле контроля статического давления; 13 — палубный гидрав­ лический затвор; 14 — жидкостное предохранительное устройство для сброса давления и снятия вакуума; 15 — заглушка, уста­ навливаемая на трубе подачи газов в комингс горловины; \16 — труба выпуска (продувания) инертных газов; 17 — горловина; 18 — главный насос забортной воды; 19 — реле контроля давления в водяном трубопроводе; 20 — вспомогательный насос заборт­

ной воды.

Т р у б о п р о в о д ы : — / — п р и е м н о -н ап о р н ы й за б о р т н о й вод ы ; — / / — о т л и в н о й за б о р т н о й вод ы .

воду к палубному гидравлическому затвору 13 и гидравлическому уплотнению скруббера. Производительность этого насоса обычно составляет 8— 11 мя/ч. Отсутствие протока большого количества охлаждающей воды через скруббер при неработающих нагнетателях исключает, кроме того, возможность падения давления в трубопро­ водах между дымоходами и палубным гидравлическим затвором, ко­ торое приводит к ненадежной работе последнего.

Помимо автоматической защиты, предусматривают контроль ряда параметров:

—уровня воды в скруббере во избежание попадания ее в дымо­ ходы котлов;

—давления в грузовых цистернах;

—концентрации 0 2 и СОг в дымоходах котлов и на входе в гру­ зовые цистерны в целях поддержания нормального режима горения

ипредупреждения подсоса воздуха нагнетателями через дымовую трубу.

При создании систем большое внимание уделяется конструкции

основного оборудования: нагнетателей газов, контактных аппаратов для очистки и охлаждения газов ■— скрубберов, палубных гидравли­ ческих затворов и запорной арматуры.

Рабочие колеса центробежных нагнетателей выполняют с лопат­ ками, загнутыми назад, что при плавно ниспадающей характеристике обеспечивает устойчивую работу в необходимом диапазоне расхода газов (см. гл. V).

Консольная конструкция нагнетателя с рабочим колесом на валу электродвигателя не оправдала себя. Разбалансировка рабочих колес, вызываемая эррозионными разрушениями из-за наличия влаги в инертных газах, приводила к выходу из строя подшипников двигателя. В последних моделях нагнетателей ряда фирм устанавли­ вают промежуточную опору между двигателем и рабочим колесом; предусматривают осушение нагнетателей. Трубопроводы подсоеди­ няют к ним гибкими патрубками.

Скрубберы, функциональным назначением которых является обработка газов — охлаждение и очистка от двуокиси серы и несго­ ревших твердых частиц, применяют различных типов: тарелочного, орошающего с насадкой и без насадки; циклонного и комбинирован­ ного, выбор которого зависит от вида топлива, характеристик нагне­ тателей и необходимой степени очистки инертных газов.

В основу разработок скрубберов тарелочного типа была положена конструкция аппаратов, применявшихся на судах «Бритиш Скайлл» и «Бритиш Соверинг». Совершенствование шло по пути снижения числа работающих тарелок, улучшения отделения воды, повышения надежности работы при качке, применения антикоррозионных мате­ риалов и улучшения качества нанесения защитных покрытий. Как показали исследования, уменьшение количества тарелок до трех при некотором увеличении расхода забортной воды не ухудшает основные показатели работы аппарата. Водородный показатель pH воды изменяется с 7,7 до 2,4, степень очистки от двуокиси серы со­ ставляет 94,8—98,8%. Аэродинамическое сопротивление при умень­

103