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

Обслуживание ГТД вследствие простоты конструкции несложно. Так, камера горения может быть демонтирована одним человеком. Горячие части турбины легко поддаются осмотру после снятия газо­ выпускного патрубка. При необходимости ремонта ротор вынимается специальными подъемными приспособлениями заодно с подшипни­ ком и его корпусом. Масса ротора 200 кг, объем 0,5 м3.

К преимуществам ГТД типа KG-2-3 относятся: надежность при запуске и в эксплуатации; низкая стоимость изготовления; низкие эксплуатационные расходы; отсутствие потребности в охлаждающей воде; чистота уходящих из ГТД газов; простота осуществления шумоглушения; возможность использования различных сортов топлива. Недостатки ГТД KG-2-3: высокий удельный расход топлива; значи­ тельный шум, особенно в высокочастотной области; большой габарит газовыпускного устройства. Шум ГТД можно уменьшить до допусти­ мого уровня путем применения местной шумоизоляции и установки во всасывающем трубопроводе глушителя.

Газотурбинный двигатель типа KG-2-3 используется как привод аварийного и резервного электрогенератора пиковой нагрузки (си­ стема «Турбосафе» — рис. 57, б), грузовых насосов на танкерах и подруливающего устройства для некоторых типов судов (контейне­ ровозов, паромов и др.).

Указанные особенности ГТД KG-2-3 позволили фирме А/С Конгсберг Вапенфабрик в сотрудничестве с фирмой К.ТВ (Кваернер-Тхуне Верметекник) создать систему инертных газов «Турб-инерт», предна­ значенную для установки на крупных танкерах [32, 92].

Воснову системы «Турб-инерт» (рис. 58) положена система «Турбосафе», обеспечивающая подачу электроэнергии в энергоси­ стему судна.

Газы, отработавшие в турбине 19, направляются в работающий на нефти дожигатель 17, в котором происходит снижение концентра­ ции кислорода в газах. Горячие газы из дожигателя проходят через скруббер 13, в котором разбрызгивается забортная вода, подаваемая насосом 14. После прохождения через отделитель воды 12 очищен­ ные и охлажденные инертные газы направляются в грузовые цистерны.

При генерировании инертных газов газовая турбина используется как нагнетатель для систем «Турб-инерт», в других случаях система состоит только из неподвижных элементов. Газовая турбина при генерировании инертных газов работает при противодавлении в вы­ пускном патрубке, равном около 30 кПа (3000 мм вод. ст.). В таких условиях электрогенератор может быть нагружен на 50—60% полной мощности.

Вто время как другие системы, генерирующие инертные газы, требуют для своей работы подачи электроэнергии, система подает электроэнергию в судовую сеть во время генерирования инертных газов. Расход топлива дожигателем зависит от подачи инертных газов

инагрузки электрогенератора (рис. 59).

Содержание кислорода в инертных газах контролируется кисло­ родным анализатором 8 (см. рис. 58), который дает импульс на регу­

125

лирование подачи топлива в дожигатель. Давление в магистрали инертных газов, идущей от скруббера, поддерживается постоянным независимо от расхода газов; это осуществляется при помощи реле 11 и дроссельной заслонки 4, установленной в байпасном трубопроводе, по которому отводятся газы в дымовую трубу.

		*За5орт
Рис. 58. Схема системы инертных		газов «Турб-инерт».
/ — цистерна	запаса топлива; 2 — топливный	насос газовой турбины; 3 — ка­
мера сгорания;	4 — автоматическая дроссельная	заслонка сброса газов в атмос-

феру; 5 — топливный насос дожигающего устройства; 6 — автоматический клапан перепуска топлива; 7 — клапан подачи топлива в дожигающее устройство; 8 — ана­ лизатор содержания кислорода в смеси газов, подающий сигнал на управление по­ дачей топлива в дожигающее устройство и подачей газов в танки; 9 — регулятор подачи газов в цистерны; 10—предохранительный клапан; 11—реле контроля давле­

ния в трубопроводе; 12 — отделитель	воды;	13 — скруббер; 14 — насос забортной
поды; 15 — автоматический клапан	подачи	воздуха в скруббер; 16 — автоматиче­

ский клапан подачи забортной воды в скруббер; 17 — дожигающее устройство; 18 — автоматический клапан подачи газов в дожигающее устройство; 19 — газовая турбина; 20 — воздушный эжектор; 21 — автоматический клапан подачи сжатого воздуха в эжектор; 22 — турбокомпрессор; 23 — редуктор; 24 — электрогенератор.

Общий объем потока газов, выходящих из газовой турбины KG-2-3, составляет 31 000 м3/ч, что достаточно для танкера дедвей­ том 500 000 т. В случае меньшей потребности избыточные отрабо­ тавшие газы выпускаются в атмосферу.

126

При вентиляции цистерн воздух поступает из турбокомпрессора 22 и, кроме того, в систему с помощью эжектора 20 подается дополни­ тельный воздух. Общий расход воздуха составляет 25 000 м3/ч.

Состав газов, подаваемых в грузовые цистерны, следующий:

	Объемная
	концентрация, %
Кислород .........................................................................	Не более 0,5
В о д о р о д ................................................................................	Менее0,1
Окись углерода ...................................................................	» 0,1
Двуокись у гл ер о д а .............................................................	Около15
Азот, примеси, водяные п а р ы .......................................	Остальное

Удельный расход охлаждающей воды составляет около 36 кг/м3

инертных

газов.

Температура ’

газов

на

выходе

из скруббера

на

5 К выше

температуры

подаваемой

забортной

воды.

К

концу

1972

г. уже ряд судов

2 5

был

оборудован системами «Турб-

инерт» (см. табл. гл. V).

Если использование ГТД обус­

ловливает большие расходы инерт­

С<

ных

газов,

то

автономные

генера­

торы инертных газов с камерами

О

15

^ 0-5

сгорания могут обеспечить получе­

ние

небольших

количеств

газов

'Я 10

в пределах 50—4000 м3/ч, что вполне

достаточно для

небольших танкеров

и

судов,

перевозящих

сжиженные

1,0

и

2,0

25

АО

горючие газы,

химикалии и др.

Применение

систем

т и п о в

Д

Подача инертных газоВ -Ю'^м^/ч

и

Е

с автономными

генераторами

Рис. 59. Зависимость расхода топ­

газов имеет ряд преимуществ:

лива дожигателем от подачи инерт­

1. Инертные газы высокой чи­

ных

газов

и нагрузки

электроге­

нератора.

стоты можно получить в любое время

Нагрузка:

/ — 450

кВт;

2 —510 кВт;

независимо от работы главного дви­

3 — 600 кВт.

гателя.

2.Генератор газов может быть установлен в любой части судна,

ане вблизи дымовой трубы, как в случае использования топочных газов.

3.Использование легкого дизельного топлива позволяет полу­ чить инертные газы с минимальным содержанием примесей серы. Содержание кислорода не превышает 0,3% и окиси углерода 0,05%. В то же время системы с автономными генераторами газов в камерах сгорания по своей экономичности уступают системам, использую­ щим топочные и выпускные газы. Так, для получения в камере сго­ рания 3 000 м3/ч инертных газов расходуется не менее 250 кг/ч ди­ зельного топлива.

Всистемах типа Д применяют автономные генераторы различных фирм и компаний. На рис. 60 показан автономный генератор извест­ ной своими работами в области судовых систем инертных газов

127

Дейтче Бабкок разработала для автономных генераторов газов камеру

сгорания		типа «Р-Бурнер»			[99]. Подобная		камера	применяется
в автономном генераторе SG-250 английской фирмы Гидротерм Энжи-
ниринг		(рис. 62)	[8 8 ].	Генератор		22
SG-250 установлен на газовозе «Лин-
кольншире», имеющем объем грузо­						Зз■1&
вых	цистерн 31 000		м	Производи-			1
						3:
Рис.	61. Состав топочных газов при стехио­					: 74
метрическом сжигании			топлива в зависимо­			10-----г 7
		сти от отношения С/Н.						J	4
1 — содержание С 02 в осушенных газах; 2 — со­
держание С02 но влажных газах;				3 — содержание		0	0}'Л 0,4	0,6	0;8 1,0 С/Н
Н20	во влажных газах; остальное			N2	и примеси.

[чУчЧ^Ч'чЧЧЧЧ'чЧЧЧЧ'ч

1 — водяной коллектор; 2 — патрубок			подвода воздуха; 3 — регулятор горения; 4 — глав­
ная топливная форсунка; 5 — предохранительный клапан;						6 — смотровое стекло; 7 — отде­
литель воды;	8 —- скруббер;	9 — патрубок		отвода	воды;	10 — предохранительная пере­
	городка; 11 — указатель				уровня	воды.
тельность	генератора	3000	м3/ч	газов при давлении на выходе
из агрегата 0,05 мПа (0,5			кгс/см2). Расход топлива составляет
268 кг/ч, расход забортной			воды 164 т/ч. При этом температура
выходящих газов на		10 К выше		температуры забортной воды. Со­

держание кислорода в генерируемом газе автоматически поддержи­ вается в пределах 0,5—3,0%, содержание С 02 — около 13,5%.

9 Г. С. Хордас

129

Подача воздуха в камеру сгорания организована таким образом, что вдоль факела движется относительно холодный слой газов, способ­ ствующий турбулизации потока газов внутри факела (здесь обра­ зуется область пониженного давления) и движению их навстречу впрыскиваемому топливу. Внешний поток газов рециркулирует и подвергается дожигу. Все это обеспечивает стехиометрический про­ цесс сжигания топлива, при котором концентрация кислорода в газах является минимальной.

Вместе с тем жесткие требования, предъявляемые к составу инерт­ ных газов при использовании их для создания нейтральных подушек над сжиженными газами и химикалями (см. табл. 34) не могут быть обеспечены в системах типа Д даже при соответствующем подборе топлива и обеспечении его стехиометрического сжигания. Особенно трудно обеспечить требуемую сухость газов (температура точки росы до 203 К).

В случае необходимости осушения газов, полученных в автоном­ ных генераторах, применяют системы типа Е с различной комплекта­ цией оборудования (табл. 19). При этом используют метод механи­ ческого осушения (с помощью холодильных машин) и сорбенты, а если требуется подача газов с повышенным давлением, — газовые ком­ прессоры.

Таблица 19

Варианты комплектации систем типа Е оборудованием для обработки инертных газов

			О J *о
В а р и а н т		н а я	к о м -
	с к р у б б е р	х о л о д и л ь м а ш и н а	г а зо в ы й п р е с с о р
E i	X	—	—
е 2	X	X	-
Е3	X	—	—
е 4	X	X	—
Ег,	X	—	X
Е«	X	—	X

2о в а н и е
.	а д с о

t

О)

4

о

(—

я

X

X _

Ч * 5 л

о »

—

—

X

X

X

—

I
сл •§	с ­
ц е о л и т о в ы й ( м о л е к у л я р - н ое с и т о )	а б с о р б е р с р а т в о р о м L iC l

—X

——

——

——

——

XX —

			М и н и м а л ь ­
	Д о с т и г а е м а я		н а я	т е м п е ­
			р а т у р а г а з о в ,
	т е м п е р а т у р а
			н а п р а в л я е ­
	т о ч к и р о с ы ,
	К	(°С )	м ы х	н а р е ­
			ге н е р а ц и ю ,
			К	С С )
	2 8 5	( + 1 2 )		_
	2 7 8	( + 5 )		—
	2 1 8	( — 5 8 )	4 5 3	(1 8 0 )
	2 1 8	( — 5 5 )	4 5 3 (1 8 0 )
		—		—
	1 9 8	( — 7 0 )	6 2 3	( 3 5 0 )

хх — одновременная адсорбция паров воды и С 02.

В зависимости от заданной температуры точки росы осушенных инертных газов применяют либо один из способов осушения газов, либо их комбинацию (табл. 19).

Исходя из принятой в отечественном судостроении направлен­ ности в создании систем инертных газов в 1969 г. была произведена

130

проектная проработка полностью автоматизированного комплекса оборудования системы инертных газов типа Е с циклонно-пенными аппаратами (абсорбером и десорбером) [57]. Схема системы приве­ дена на рис. 63. Комплекс оборудования рассчитан на получение осу­ шенного инертного газа в количестве 3000 м3/ч с содержанием кис­ лорода в нем не более 2 %.

Производительность комплекса определена по производительности грузовых насосов для танкеров тина «Великий Октябрь» дедвейтом

15 200 т.

С целью получения осушенных инертных газов комплекс преду­ сматривает следующее оборудование: блок подачи топлива, генера­ тор инертных газов, встроенный в контактный охладитель и очисти­ тель скрубберного типа, блок осушения инертных газов, блок венти­ ляторов, электрооборудование (щиты питания и автоматики), кон­ трольную и сигнализирующую аппаратуру.

При подаче импульса от реле давления, расположенного в грузо­ вой цистерне и настроенного на заданный диапазон избыточного давления, или при нажатии кнопки «Пуск» на пульте управления вводится в действие блок вентиляторов 7, насос забортной воды 1 и топливный блок. Блок вентиляторов состоит из двух последова­ тельно включенных центробежных электровентиляторов типа ЗОЦС-85 производительностью 3000 м3/ч, развивающих суммарное давление 15 кПа (1500 мм вод. ст.). После воспламенения топлива в запальных устройствах 9 подается топливо на основную форсун­

ку 28 (производительность форсунки 250	кг/ч).
. Топливо сжигается в камере сгорания	10. Продукты сгорания

направляются на охлаждение через «мокрую» керамическую насадку скруббера 11, орошаемую забортной водой. Далее, пройдя слой «сухой» керамической насадки, газы поступают в циклонно-пенный абсорбер 12, где осушаются раствором хлористого лития. Для охла­ ждения раствора перед входом в абсорбер и подогрева раствора

впериод его регенерации установлены кожухотрубные охладитель 17

иподогреватель 23 с поверхностью теплообмена соответственно 15,9

и3,0 ма, выполненные из латуни марки Л062.

Предусматривается автоматический контроль:

—содержания кислорода в газах;

—температуры газов и раствора;

—относительной влажности газов;

—концентрации раствора хлористого лития. Расчетная температура точки росы около 285 К.

Как показали расчеты, разработанный комплекс оборудования

системы типа Е является более совершенным по сравнению с первыми отечественными образцами генераторов инертных газов (см. гл. I) и по ряду показателей он смог бы успешно конкурировать с зару­ бежными агрегатами (табл. 20). Однако эксплуатационные возмож­ ности этого оборудования без проведения испытаний следует оцени­ вать с осторожностью.

Для установки на судах, перевозящих сжиженные газы и химикали, ряд фирм разработал и выпускает автономные генераторы

9*

131

Рис. 63. Схема системы с авто­ номной генерацией инертных газов и осушкой их раствором хлористого лития.

/ — насос	забортной			воды; 2 —
топливный		насос;	3	— топливный
фильтр; 4 — топливный					бак; 5 —
перепускной		клапан;		6 — автома­
тический	клапан		подачи		топлива
к основной		форсунке;			7 — блок

вентиляторов ЗСЦС-85; 8 — автома­

тический	клапан	регулирования
расхода	воздуха;	9 — запальное

устройство; 10 — камера сгорания; 11 — скруббер; 12 — циклонно-пен­

ный абсорбер; 13 — датчик темпе­ ратуры; 14 — реле контроля стати­ ческого давления; 15 — сигнализа­ тор аварийной концентрации кисло­ рода в газах; 16 — чувствительный элемент контроля влажности газов;

17 —	охладитель				раствора				LiC l;
18 —	насос		подачи			раствора			LiC l
в абсорбере; 19 —					фильтр раствора
LiC l;	20 —		бак раствора				L iC l;		21 —
насос	подачи			раствора			LiC l		в де-
сорбер;		2 2 —		конденсатоотводчнк;
23 —	подогреватель					раствора			LiC l;
24 —	автоматический					клапан			по ­
дачи	пара;		25 —		циклонно-пенный
десорбер;		26 —		вентилятор				десорб­
ции;	27 —		автоматический					клапан

подачи топлива к запальному уст­

ройству;	28 —	основная			форсунка.
Трубопроводы:		—	/ —	приемно-на­
порный	забортной воды;				— / / —		от­
ливной	забортной воды;				—	X X	—
раствора	L iC l;	—	• —	свежего		водя­
	ного		пара.

12 13

У Х * —х-х —Х*-Г ---■**

~ 7

19 19

Таблица 20

Сравнительные характеристики автономных генераторов газов

	Комплекс оборудо­		Автономные генераторы
	вания системы осуш ен­
			инертных газов
	ных инертных газов
	Характеристика	без блока		фирмы	фирмы
	с блоком			В . К . Хол-	Иосеф
	осушепи я	осушения	«Волга»
				мес	Л укаш
	газа	газа		(Ли глия)	(А нглия)

Количество генерируе­			3000	3000	470	1000	1330
мых инертных газов, м3/ч
Расход дизельного топ­			280	280	40	по	146
лива, л/ч
Расход	охлаждающей		84,5	81,5	13,5	24	22,8
воды, м3/ч
Потребляемая		мощ­	51	42	12	14,7	66,2
ность, кВт
Избыточное давление			8,5	8,5	3,0	7,0
инертных	газов,	кПа	(850)	(850)	(300)	(700)
(мм вод. ст.)
Габарит агрегата либо
помещения	с оборудова­
нием, м:
длина			6,3	4800	1,83	5,3	—
ширина			3,65	3800	1,12	2,9	—
высота			2,40	2400	2,045	3,0	—
Масса агрегатов, т			7,0	4,85	М	4,0	—
Расход топлива на м3			0,0935	0,0935	0,085	0,113	0,110
инертных газов, л/м3
Расход	охлаждающей		0,0282	0,0268	0,028	0,024	0,0172
воды в 1 м3 на 1м3 инерт­
ных газов, м3/м3
Потребляемая		мощ­	0,017	0,014	0,0255	0,0147	0,05
ность, отнесенная к 1 м3			(с учетом
инертных	газов,	кВт/м3	расхода
			пара)
Масса, кг, отнесенная			2,34	1,61	2,35	4,0
к 1 м3 инертных газов,
кг/м3
Объем агрегатов, от­			0,0182	0,015	0,009	0,046
несенный к 1м3 инертных
газов, м3/м3

133