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

палубы (ВП) с помощью ультразвука. Ежегодно в течение шести лет на каждом судне проводилось около 1600 измерений.

В табл. 10 приводятся обобщенные результаты измерений с по­ мощью ультразвука скорости коррозии на пяти судах.

								Таблица 10
	Результаты измерений скорости коррозии на пяти судах
				Суда без системы		Суда с системой		Судно,
				инертных газов		инертных газов		частично
								оборудо-
Характеристики								ванное
								системой
				«Бритиш	«Бритиш	«Бритиш	«Бритиш	инертных
				Виктори»	Тэлент»	Соверинг»	Скайлл»	газов
								(«Бритиш
								Престиж»)
Средняя	потеря		толщины	0,305	0,356	0,127	0,254	0,127
в год, мм
Средняя	годовая		продол­
жительность плавания, дни:
с грязным		балластом		18,2	15,8	17,2	14,8	21,9
с чистым		балластом		35,2	39,4	39,4	40,9	39,4
Среднее	годовое		количе­	4,7	5,2	4,7	4,5	5,0
ство балластировок чистых
грузовых	цистерн

Как видим, скорость коррозии корпусных конструкций в подпа­ лубных пространствах судов, оборудованных системами инертных газов, меньше на 28% у танкера «Бритиш Скайлл» и на 58% у тан­

		кера «Бритиш Соверинг»,
		чем	у аналогичного					кон­
		трольного судна без си­
		стемы. Разница в получен­
		ных	результатах			может
		быть	объяснена			несовер­
		шенством первого образца
		системы на судне «Бритиш
		Скайлл», где процент со­
		держания		кислорода				в
	Рис. 26. Зависимость скорости коррозии от кон­	инертных		газах	имел			не­
		сколько завышенное					зна­
	центрации кислорода в газовой смеси.
	X — потеря толщины корпусных конструкций, опре­	чение.					кото­
	деленная с помощью ультразвука; О — то же в про­	Основной вывод,
	цессе лабораторных испытаний; д — то же с помощью	рый	можно было			сделать
	контрольных образцов.
		из полученной			информа­

ции, состоял в том, что скорость коррозии в значительной степени зависит от продолжительности периода эксплуатации судна с пу­ стыми цистернами и концентрации кислорода в смеси газов, запол­ няющей пустое пространство.

50

Проведенные испытания позволили установить зависимость ско­ рости коррозии подпалубных конструкций грузовых цистерн от средней концентрации кислорода в смеси газов, заполняющей грузо­ вые помещения (рис. 26). С увеличением расстояния конструкций от ВП скорость их коррозии падает.

Днищевые конструкции подвергаются воздействию контактной коррозии, связанной с заполнением цистерн забортной водой при балластировке; инертные газы не влияют на характер протекания этого процесса.

О снижении скорости коррозии на судах, оборудованных систе­ мами инертных газов, свидетельствует количество шлама (смесь продуктов коррозии—ржавчины с гудронированными остатками груза), периодически удаляемое с днищ грузовых цистерн. Это коли­ чество оказалось пропорциональным определенной при испытаниях скорости коррозии (табл. 11).

Таблица 11

Количество шлама, удаляемого с днищ грузовых цистерн

С у д а

Без системы инертных газов: «Бритиш Квин»

«Бритиш Гусар»

«Бритиш Бомбардир»

«Бритиш Ковалер» С системой инертных газов:

«Бритиш Гренадер»

«Бритиш Лансэ»

«Бритиш Гадсман»

«Бритиш Драгон»

«Бритиш Дипломат»

­ г о д ы	о ­ д в о ­
с ,	е п о
П е р и о д э к п л у а т а ц и и	О б н о в л е н и з а щ и т н ы х к р ы т и й ( п л о к о в )

К о л и ч

8*5

С с о £

* a £

Л О) э

О<нЪ о	в Ьto■ |		н
		д л я с у ­ о д
			г
е д н е е г о д		е д н е е у п п ы в за
с р з а 1		с р г р д о

10	Через 6 лет	485	48,5	■
		158	22,6	27,1
7	На 50%	109	15,6
		153	2 1 , 8

	34,6	5,8
	55,9	9,3
6 Отсутствует	52,8	8 , 8	7,3
	48,8	8 ,1
	27,4	4,6

Полученные результаты компания Бритиш Петролеум, так же, как и сотрудничающая с ней английская фирма Ф. А. Хаджес, оценивает осторожно и считает, что при установке систем инертных газов, подвергаемых только промывке и охлаждению в скрубберах, коррозия незащищенных покрытиями корпусных конструкций уменьшается на 20%.

Влияние дополнительного осушения инертных газов и более глубокой их очистки от двуокиси серы исследовала компания Эссо Интернейшл, оборудовавшая три однотипных судна дедвейтом по 49 000 т различными системами инертных газов [73]:

4*

51

1)с промывкой и охлаждением инертных газов — на танкере «Эссо Чили»;

2)с дополнительным осушением инертных газов — на танкере

«Эссо Свицерленд»; 3) с дополнительным осушением инертных газов и с дополнитель­

ной очисткой их от двуокиси серы — на танкере «Эссо Панама». Первая система аналогично применяемой компаниями Сан Ойл

и Бритиш Петролеум работает следующим образом. Инертные газы отбираются от дымохода котла и пропускаются через скруббер, прокачиваемый забортной водой. В результате удаляется около 90% твердых частиц (сажи) и других примесей. Забортная вода с темпе­ ратурой 297 К позволяет охладить газы от температуры 450 до

300К.

Вгрузовые цистерны поступает газ с содержанием кислорода около 3%. Чтобы содержание кислорода не превышало 5%, в си­ стеме предусмотрены предохранительные устройства и сигнализация. В течение контрольных 18 месяцев не было зарегистрировано случая превышения содержания кислорода более 5%.

Было установлено, что в результате высокой температуры точки росы газов, равной 300 К, конденсация в цистернах может способ­ ствовать ускорению коррозии. Особую опасность представляет дву­ окись серы, которая в соединении с конденсатом образует сернистую кислоту. Чтобы предупредить эту опасность, была сделана попытка осушить газы до более низкой температуры точки росы. Для этого была разработана вторая система. В змеевике системы вода охлаж­ дается до температуры 280 К; в качестве хладоносителя исполь­ зуется охлажденная вода от судовой системы комфортного конди­ ционирования воздуха. Это дало возможность удалить часть воды из газов. Вместе с тем попадание двуокиси серы в цистерны не было исключено.

Во избежание указанного недостатка была разработана третья система, которая отличается от второй тем, что в верхней части скруббера устанавливается абсорбер, в котором на пути охлаждения инертного газа распыляется водный раствор карбоната натрия (Na2C03), охлажденный до 279 К. При прохождении газа через абсорбер его температура понижается с 300 до 280 К. Одновременно углекислый натрий поглощает двуокись серы из газа и в цистерны поступают инертные газы с высокой степенью очистки.

Для охлаждения водного раствора углекислого натрия исполь­ зуется охладитель с непосредственным кипением фреона.

По мнению компании Эссо Интернейшл, дополнительное осуше­ ние газов исключает возможность образования конденсата на холод­ ных поверхностях ограждений грузовых цистерн, который в соеди­ нении с SO2 может образовывать капли сернистой кислоты, интен­ сифицирующей процесс коррозии. Однако более важной является глубокая очистка газов от двуокиси серы, оказывающей вредное влияние на защитные покрытия цистерн.

При оценке экономической эффективности, связанной со сниже­ нием скорости коррозии, следует исходить из того, что расходы по

52

замене верхних частей переборок, продольного и поперечного набора и других элементов зависят от первоначальной толщины материала (табл. 12) [84]. При достаточно большой толщине, в частности у су­ пертанкеров, эффекта от снижения скорости коррозии не будет. Вместе с тем наличие системы инертных газов позволяет отказаться от защитных покрытий наиболее уязвимых мест в грузовых цистер­

	нах;	полученная				эконо-				Таблица 12
	мия соизмерима со стои­
	мостью системы,				включая			Сроки замены корпусных конструкций
	палубный трубопровод.							в зависимости от скорости коррозии
	Экономический эффект
	при внедрении систем до­							С к о р о с т ь к о р р о з и и ,	Т о л щ и н а	С р о к с л у ж б ы
	стигается за счет ускоре­							м м / г о д	м а т е р и ­	д о з а м е н ы ,
									а л а , мм	го д ы
	ния разгрузочных					опера­
	ций и, как указывалось							Суда с системами
	выше,		ремонтных			работ.
	Характеристики				нагнета­			инертных газов:
								0,127	Замена конструкций
	телей инертных газов под­
									не' производится
	бирают		таким		образом,			в отдельных ме­	До	Замена
	чтобы	при разгрузке					над
								стах до 0,190	12—13	по необхо­
	уровнем нефти и нефтепро­									димости
	дуктов поддерживалось из­							Суда без систем
	быточное давление,					равное		инертных газов:
	7— 10 кПа			(700—1000 мм				0,355	До 24	8
	вод.	ст.).		Это позволяет				0,355	Свыше	20
	снизить		уровень		нефти и
									24
	нефтепродуктов,				при		ко­

тором во избежание кави­ тации необходим переход от работы грузовых насосов к зачистным

операциям — на 1—1,4 м (см. гл. V).

Как видно из представленной на рис. 27 расчетной зависимости, уменьшение времени разгрузки, связанное с созданием избыточного давления в грузовых цистернах, становится особенно ощутимым при увеличении упругости паров нефти и нефтепродуктов (более высокая температура груза, перевозка летучих нефтепродуктов и др.).

Первые же эксплуатационные испытания системы на танкере «Бритиш Скайлл» показали, что скорость разгрузки уменьшилась с 28 до 20 ч.

Сокращение времени ремонтов достигается за счет возможности проведения их в машинных отделениях и других помещениях вне цистерн и возможности постановки судов в доки без предварительной мойки и дегазации грузовых помещений, заполненных инертными газами.

Несмотря на отсутствие 100%-ной гарантии защиты от взрывов, всесторонняя оценка систем, проведенная компанией Бритиш Петро­ леум, подтвердила целесообразность их применения на морских транспортных судах. С 1963 г. все танкеры этой компании, перево­ зящие сырую нефть, в процессе постройки оборудуются системами

53

инертных газов, а с 1968 г. — также и все суда, предназначенные для перевозки нефтепродуктов. За десять лет системы были смонтиро­ ваны почти на 30 судах. За время их эксплуатации взрывов на судах не происходило.

Вместе с тем удельное значение судов, оборудованных системами инертных газов, пока невелико. К 1968 г. в мире насчитывалось

т/г и

Рис. 27. Увеличение ско­ рости разгрузки при на­ личии системы инертных газов в зависимости от упругости паров нефти и

нефтепродуктов,

т

----------ти о т н о ш е н и е	в р е м е н и
р а з г р у з к и п р и	о т с у тс т в и и

с и с т е м ы и н е р т н ы х г а з о в к о в р е м е н и р а з г р у з к и п р и н а ­ л и ч и и систем ы .

всего около 100 морских судов, оборудованных такими системами, и тенденции к их широкому применению не намечалось. С 1963 по 1970 г. на морских судах было установлено всего около 100 систем. Это, в первую очередь, связано с достаточно высокой стоимостью оборудования и монтажа систем инертных газов по сравнению со стоимостью других систем [82], [84], [88], [104 ]:

	С и с тем а	С т о и м о с т ь в за в и -
		с и м о сти от
		д е д в е й т а с у д н а ,
		т ы с . д о л л .
Типа «Кемет»	..................................................................	От 6,5
С переобогащением ..............................................с м е с и		8—16
Типа «Шелл» с обеднением ...............................смеси		20—60
Инертных газов, поданным компании Танк С. А. П. П.		350—500
(А нглия).........................................................................	по данным Б а р н е т т а
Инертных газов, .......................		300—700
Инертных газов,	поданным Бритиш Петролеум . .	50—150тыс.ф. ст.

Сдерживающим фактором является и значительная стоимость ремонта систем, которая до последнего времени составляла около 6% первоначальных затрат (в период отработки систем производилась замена нагнетателей, двигателей, а в некоторых случаях выявилась необходимость в частичной или полной переделке скрубберов и др.), а также стоимость обслуживания. Однако в последнее время, осо­ бенно после серии взрывов супертанкеров, спрос на эти системы постепенно увеличивается. На 1 января 1973 г. ими было оборудо­ вано уже около 240 судов дедвейтом св. 70 000 т, предназначенных только для перевозки сырой нефти, а к 1976 г. это число должно

возрасти до 328, что	составит пятую часть судов, находящихся
в эксплуатации (табл.	13).

54

Количество судов для перевозки сырой нефти, оборудованных системами инертных газов [100]

	Суда,	находившиеся				Суда,	намеченные к производству
	в эксплуатации на				1973 г.			1974 г.
	I января		1973 г.	танкеры		всего	танкеры		всего	танкеры
Дедвейт, тыс. т	танкеры	нефтена­ валочные	всего		нефтенавалочные			нефтейавалочные

i !

Общее количество судов в мировом флоте

Таблица 13

1975 г.
нефтена­ валочные	О
	и
	О
	№
	О

	70—125	412	129	541	20	20	40	44	15	59	73	7	80
	125—175	55	62	117	11	33	44	30	16	46	33	8	41
	175—225	158	10	168	8	3	11	4	3	7	3	—	3
	225—300	128	7	135	86	11	97	119	4	123	88	—	83
	Свыше 300	8	—	8	8	—	8	15	—	15	66	—	6С
	Всего	761	208	969	133	67	200	212	38	250	263	15	278
		Количество судов, оборудованных системами инертных газов
	70—125	40	22	62	___	2	2	2	3	5	1	___	1
	125—175	2	25	27	3	4	7	2	—	2	4	—	4
	175—225	65	6	71	2	—	2	1	•—	1	—	—	—
	225—300	68	7	75	17	3	20	21	2	23	7	—	7
	Свыше 300	2	—	2	1	—	1	4	—	4	12	—	12
	Всего	177	60	237	23	9	32	30	5	35	24	—	24
	Доля общего количества су­	23,3	28,8	24,5	17,3	13,4	16,0	14,2	13,2	14,0	9,1	0	8,6
	дов, %

Имеется тенденция к замене ранее существующих и не оправ­ давших себя систем системами инертных газов. Так, после взрыва на супертанкере «Конг Хаакон VII» взамен системы переобогащения смеси норвежской фирмой ФМВ была установлена система инерт­ ных газов. В 1973 г. Английское Министерство торговли и промыш­ ленности выдвинуло требование о необходимости оборудования системами инертных газов танкеров с грузовыми цистернами вме­ стимостью более 10 000 м3 [90].

Широкому применению систем инертных газов способствуют и быстро развивающиеся морские перевозки сжиженного газа. Стоимость танкера-газовоза примерно в два раза выше, чем стоимость танкера для перевозки сырой нефти или нефтепродуктов того же тоннажа.

Намечается более широкое использование осушенных инертных газов при морских перевозках грузов, чувствительных как к воде, так и к окислению, — аммиака и других азотных соединений, муки, сахара и др.

Компания Д. Керр (Англия) предложила применять инертные газы взамен воздуха при образовании высокократной пены, исполь­ зуемой затем при мойке грузовых цистерн, повторив, по существу, идею советских изобретателей [58, 108].

В условиях острой конкурентной борьбы зарубежные фирмы, изготовляющие системы инертных газов и поставляющие для них оборудование, вынуждены постоянно вести работы по совершен­ ствованию конструкций, повышению их эксплуатационной надеж­ ности, снижению себестоимости, что объективно способствует более интенсивному внедрению систем в мировом судостроении. Строитель­ ство отечественных крупнотоннажных нефтеналивных судов дало дополнительный толчок к развитию систем инертных газов в СССР.

ГЛАВА II

СОВРЕМЕННЫЕ СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО

КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

§ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ И НАЗНАЧЕНИЕ

Системы технического кондиционирования воздуха целесообразно классифицировать следующим образом (рис. 28):

—по количеству воздуха, подвергаемого тепловлажностной обра­ ботке (обработка подмешиваемого воздуха или обработка всего при­ точного воздуха, поступающего в грузовые помещения);

—по виду тепловлажностной обработки воздуха (осушение,

охлаждение с осушением, подогрев, увлажнение);

56

А	Б	В	Г	Ж
сл	Рис. 28.	Классификация систем технического кондиционирования		воздуха.
-Nl

—по месту тепловлажностной обработки воздуха (центральные,

местные и местноавтономные с автономным источником холода);

—по способу тепловлажностной обработки воздуха (осушение сорбентами или с помощью холодильной машины);

—по конструкции оборудования для тепловлажностной обра­ ботки воздуха (твердые, жидкие сорбенты, охладители с непосред­ ственным испарением и др.).

Согласно предлагаемой классификации рассмотрены две группы систем:

1) для осушения воздуха, подмешиваемого к приточному воз­ духу, который нагнетается в грузовые помещения с помощью си­ стемы трюмной (твиндечной) искусственной вентиляции; системы этой группы тесно связаны с судовой системой вентиляции грузовых помещений и вместе с ней составляют единый комплекс средств для поддержания требуемых параметров микроклимата;

2) для полной тепловлажностной обработки приточного воздуха, поступающего в грузовые помещения; системы этой группы включают

всебя оборудование для энергетической обработки приточного воз­ духа, обеспечивающей его циркуляцию в помещениях.

В первую группу входят системы типов А, Б и В, различающиеся конструкцией оборудования для сорбционного осушения воздуха. Системы могут быть центральными — осушенный воздух распреде­ ляется по нескольким грузовым помещениям и местными — возду­ хоосушительная установка обслуживает одно помещение или один район (трюм—твиндек).

Т и п А — наиболее простой тип систем; широко применяемый на сухогрузных судах. Осушение воздуха производится с помощью силикагеля. Осушенный воздух, подмешиваемый к приточному воз­ духу, позволяет понизить температуру точки росы последнего. К системам этого типа относятся отечественные системы с воздухо­ осушительными установками ВОУ-2000 и ВОУ-ЗООО, системы с воз­

духоосушительными		установками типов			Н и S фирмы Каргокэйр
и др. Совершенствование указанных				систем направлено на улуч­
шение	компоновки	оборудования и		использование		вращающихся
(роторных) адсорберов,			позволяющих		отказаться	от цикличной
работы	аппаратов и перейти к совмещению фаз адсорбции и де­
сорбции.		Б	отличаются от систем типа А тем, что в них
Системы т и п а

для осушения воздуха применяют вместо силикагеля волокнистые материалы, пропитанные раствором гигроскопической соли. Эти системы, не намного уступая аппаратам с твердым сорбентом по достигаемой температуре точки росы осушенного воздуха, обладают лучшими массогабаритными характеристиками. Наиболее целесооб­ разный диапазон производительности систем по осушенному воздуху

3000—6000 м3/ч.

В системах т и п а В для осушения воздуха используются жидкие сорбенты. Эти системы сложны, включают в себя много меха­ низмов и аппаратов. Однако результаты работ советских специали­ стов по созданию малогабаритных контактных аппаратов, обеспе­

58

чивающих интенсификацию процессов массообмена, позволяют счи­ тать этот тип систем для определенных случаев перспективным.

К системам этого типа относятся также системы с воздухоосуши­ тельными установками фирмы Каргокэйр, где в качестве влагопогло­ тителя применен триэтиленгликоль (кайрколь), системы с установ­ ками фирмы Катабар, в которых влагопоглотителем служит раствор хлористого лития (катена), и др. Системы типа В целесообразно применять на судах, где требуется тепловлажностная обработка зна­ чительных количеств воздуха (более 10 000— 12 000 м3/ч).

В этом случае можно ожидать уменьшения массогабаритных характеристик.

К первой группе относятся также местные и местноавтономные системы соответственно т и п о в Г и Д. В них предусматривается механическое осушение воздуха с помощью холодильных машин.

Системы типа Г, в которых хладоснабжение осуществляется с по­ мощью промежуточного хладоносителя, особенно удобно приме­ нять на рефрижераторных судах с закрытой схемой хладоснабжения и на судах, где установлены теплоиспользующие холодильные ма­ шины (см. гл. IV). К таким системам относятся, в частности, системы технического кондиционирования воздуха на судах-банановозах типа «Арагви» [34].

Местноавтономные системы типа Д включают в себя автономные воздухоосушительные установки. В состав этих механических осу­ шителей воздуха входят холодильные машины с воздушными кон­ денсаторами, позволяющие достигнуть высокой степени автомати­ зации процесса тепловлажностной обработки воздуха. Производи­ тельность установок по осушенному воздуху ограничена габаритом воздушного конденсатора холодильной машины и колеблется в пре­ делах 400— 1500 м3/ч. Ограничение производительности позволяет,

всвою очередь, использовать герметичные компрессоры различной конструкции, что повышает надежность работы системы (см. гл. IV).

Вторая группа систем технического кондиционирования воздуха охватывает системы т и п о в Ей Ж, которые являются универсаль­ ными и обеспечивают поддержание ряда параметров микроклимата

вобслуживаемых помещениях независимо от наружных условий. Тепловлажностная обработка воздуха производится в местных (обслу­ живающих одно-два грузовых помещений) и центральных (обслужи­ вающих несколько помещений) кондиционерах. В центральных кон­ диционерах устанавливают охладители воздуха с циркуляцией про­ межуточного хладоносителя, а в местных — охладители воздуха как с циркуляцией промежуточного хладоносителя, так и с непо­ средственным испарением хладагента.

Впоследнем случае холодильные машины обслуживают, как правило, один местный кондиционер (местноавтономные системы типа Е).

Вбудущем возможно применение и других способов и видов тех­

нического кондиционированиявоздуха на судах (например, его осушение непосредственно в воздушных холодильных машинах, изменение газового состава атмосферы в грузовых помещениях —

59