Федеральное агентство морского и речного транспорта
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ
имени адмирала СО. МАКАРОВА
И.И. Костылев, В.А. Петухов
Судовые системы
Учебник
Рекомендовано Учебно-методическим объединением
по образованию в области эксплуатации водного транспорта
в качестве учебника для курсантов (студентов) высших учебных заведений,
обучающихся по направлению 180403 «Эксплуатация
судовых энергетических установок»
Санкт-Петербург
Издательство ГМА им. адм. СО. Макарова
2010

УДК 629.123.004
К68
Костылев, И.И., Петухов, В.А.
К68 Судовые системы: учебник. СПб.: Изд-во ГМА им. адм. СО. Макарова,
2010, 420 с.
ISBN 978-5-9509-0054-9
Рассмотрены особенности конструкции и технической эксплуатации судовых
систем и оборудования, сформулированы рекомендации для персонала в соответствии
с требованиями Международных конвенций ПДМНВ-78/95, МЛРПОЛ 73/78 и др.
Изложен обязательный минимум требуемых знаний по общесудовым системам
и их техническим средствам; приведены общие положения по назначению, устройству,
принципу действия, основам их технической эксплуатации. Рассмотрены вопросы
безопасности, надёжности, экономичности, предотвращения загрязнения окружающей
среды и автоматизации общесудовых и специальных систем наливных судов: танкеров,
химовозов, газовозов.
Предназначено для курсантов и студентов, обучающихся по специальностям:
«Эксплуатация судовых энергетических установок», «Эксплуатация судового
электрооборудования», а также судовых специалистов плавсостава и инженерно-технических
работников береговых служб обеспечения технической эксплуатации морских судов.
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области
эксплуатации водного транспорта в качестве учебника для курсантов (студентов)
высших учебных заведений, обучающихся по направлению 180403 «Эксплуатация судовых
энергетических установок». Протокол № 01/10 от 25 марта 2010 г.
Рецензенты:
Иванченко А.Л., д-р техн. наук (Санкт-Петербургский государственный
университет водных коммуникаций);
Никитин A.M., д-р техн. наук, проф. (Государственная морская академия им. адм.
СО. Макарова).
© Костылев И.И., Петухов В.А., 2010
ISBN 978-5-9509-0054-9 СО ГМА им. адм. СО. Макарова, 2010

Оглавление
Введение 5
Список принятых сокращений 7
1. Общие сведения о судовых системах 9
1.1. Основные определения, классификация судовых систем .... 9
1.2. Характеристики и параметры трубопроводов 14
1.3. Материалы трубопроводов 30
1.4. Способы соединения труб, уплотнительные и демпфирующие
устройства 40
1.5. Прокладки и сальниковые набивки 45
1.6. Антикоррозионные покрытия труб и устройств, компенсаторы,
протекторы и другие вспомогательные устройства 51
1.7. Тепловая изоляция судовых трубопроводов 64
1.8. Надёжность судовых систем 69
2. Характеристика отдельных элементов систем 81
2.1. Арматура систем 81
2.2. Новые технические решения в арматуре и механизмах
систем 120
2.3. Судовые устройства мембранного типа для очистки воды ... 128
2.4. Струйные аппараты 134
2.5. Теплообменные аппараты 138
2.6. Сепараторы, деаэраторы, фильтры 172
2.7. Тепловые и вихревые трубы 187
3. Системы топливные, охлаждения, смазки, сжатого воздуха .. 192
3.1. Топливные системы 192
3.2. Системы охлаждения 206
3.3. Системы смазки . . 210
3.4. Системы сжатого воздуха 212
4. Системы общесудового назначения 221
4.1. Осушительные системы 221
4.2. Системы очистки льяльных вод 224
4.3. Водоотливные системы 229
4.4. Балластные системы 231
4.5. Креновая и дифферентная системы 236
4.6. Санитарные системы, системы по очистке сточных
и бытовых вод 241
4.7. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха 256
4.8. Системы охлаждения грузовых рефрижераторных
контейнеров 277
4.9. Конденсатно-питательные системы, конденсатоотводчики . . 280
3

4.10. Системы очистки вспомогательного оборудования 288
5. Специальные системы наливных судов 295
5.1. Назначение и состав специальных систем танкеров 295
5.2. Характеристика специальных систем танкеров 296
5.3. Специальные системы газовозов 306
5.4. Системы инертных газов 324
5.5. Системы и оборудование для мойки танков 343
5.6. Газоотводные системы 348
5.7. Системы ограничения загрязнений атмосферы 367
5.8. Приборы контроля сигнализации, защиты в системах
автоматического управления грузовыми технологическими
процессами на наливных судах 373
5.9. Обеспечение пожарной безопасности на танкерах 388
Заключение 402
Библиографический список 404
Приложение 1. Параметры типовых современных танкеров 407
Приложение 2. Схема системы газификации грузовых танков.. . . 408
Приложение 3. Схема системы захолаживания грузового танка
с использованием жидкого груза с берега
и возвратом паров на берег 410
Приложение 4. Варианты схем погрузки груза 411
Приложение 5. Варианты схем выгрузки груза 413
Приложение 6. Схема системы инертизации грузовых танков
на газовозах 415
Приложение 7. Схема системы аэрации грузовых танков 416
Приложение 8. Схема скруббера с элементами автоматики
и КИП 417
4

Введение
История создания, существования и развития гидравлических систем
неразрывно связана с историей возникновения цивилизации, которая насчитывает
тысячелетия. Известно, что ещё во времена Аристотеля (IV в. до н. э.) и позднее
в римской империи, в период царствования Цезаря Августа (I в. до н. э.),
применялись системы для перекачивания воды. Безусловно, техническая система стала
определяться как самостоятельный автономный раздел техники и
теплоэнергетики с изобретением и внедрением насосов и компрессоров, т.е. механизмов или
устройств, создающих необходимый напор и обеспечивающих движение
жидкости или газа из одной ёмкости в другую с помощью различных
трубопроводных систем с арматурой и измерительными приборами.
Считается, что двухцилиндровый поршневой насос изобрел
древнегреческий механик Ктесибий (II в. до н. э.). Центробежный насос был изобретен
итальянцем Д. Жорданом, а француз Ледемур в 1732 г. на практике изготовил
и применил насос, работа которого была основана на центробежном принципе
действия. Впервые конденсатные системы с насосами забортной воды для
прокачки конденсаторов применил на кораблях в XVIII в. К.Д. Фролов.
Основные теоретические предпосылки для формулировки законов
движения жидкости были сделаны швейцарским математиком Д. Бернулли A700 -
1782 гг.). В XIX в. начали широко применяться поршневые насосы, навешенные
на паровые машины.
Первые водоопреснительные установки начали применять на парусных
судах начиная с XVI в., а в 50-х гг. XX в. появились водоопреснительные
установки вакуумного типа, мгновенного вскипания и новейшие технологии
с использованием установок мембранного типа, обратного осмоса,
электролиза и др.
В развитие теории судовых систем как самостоятельной дисциплины
большой вклад внесли русские учёные. Так, адмирал СО. Макаров A848 -
1904 гг.) и академик А.Н. Крылов A863 - 1945 гг.) впервые научно обосновали
теорию непотопляемости и живучести корабля.
Большое количество учебной и научной литературы по судовым
системам было издано в XX в., о чем свидетельствует приведенный список
библиографии.
5

В основу современного подхода к технической эксплуатации судовых
систем положены следующие принципы: техническая и экологическая
безопасность, надежность и экономичность, выполнение которых возможно только
при высоком уровне автоматизации судовых систем. В этих условиях судовой
механик обязан хорошо знать принцип действия устройств, конструкции и
основные правила техники безопасности систем общесудового назначения,
систем судовых энергетических установок и специальных систем
нефтеналивных танкеров, газовозов и химовозов.
Предлагаемое издание учитывает как находящиеся в эксплуатации
транспортные суда с разными конструктивными особенностями судовых систем, так
и быстро растущий специализированный флот, имеющий принципиально
новые решения по составу и назначению этих систем.
Учебник состоит из пяти глав. В первой главе приводятся общие сведения
о судовых системах, их основные характеристики и параметры, во второй дана
характеристика теплообменных аппаратов и испарителей, рассмотрены новые
технические решения, третья глава посвящена топливным системам, а также
системам охлаждения и смазки, четвертая - системам общесудового
назначения, пятая - специальным системам наливного флота.
Для удобства изучения конкретных вариантов компоновочных решений
некоторые из наиболее распространенных схем приведены в прил. 1 - 9.
Авторы выражают надежду, что материал, изложенный в предлагаемом
учебнике, будет полезен как на стадии обучения, так и в процессе
эксплуатации судов.
6

Список принятых сокращений
АСУ - автоматическая система управления
АЭС - атомная электростанция
АС - асбестовая сухая набивка
АН - асбестовая пропитанная набивка
АД - атмосферное давление
БЗК - быстрозапорный клапан
БКВ - блок концевых выключателей
БПК5 - биологическое потребление кислорода в течение пяти суток, необходимое
для полного разложения органических продуктов в 1 л сточных вод без доступа
кислорода и света
ВВ - вредные вещества
ВТ - вихревые трубы
ВН - вторичный водонагреватель
ВД - вспомогательный дизель
ВК - вспомогательный котёл
ВОУ - вакуумная опреснительная установка
ВР - воздухораспределитель
ГД - главный дизель
ГША - глушитель аэродинамического шума
ГТЗА - главный турбозубчатый агрегат
ГТД - газотурбинный двигатель
ДВС - двигатель внутреннего сгорания
СТВ - сепаратор трюмных вод
МКО - машинно-котельное отделение
рН - водородный показатель
ССКВ - судовая система кондиционирования воздуха
НВ - наружный воздух
ПФ - противопылевой фильтр
РВ - рециркуляционный воздух
ЭВ - электровентилятор
СКВ - система кондиционирования воздуха
САР - система автоматического регулирования
ТРВ - терморегуляторный вентиль
СНГ - сжиженный природный газ
КЦ - контейнер-цистерна
ТВД - турбина высокого давления
МО - машинное отделение
ТПФН - триполифосфат натрия
СИГ - система инертных газов
КТЗ - клапан термозапорный
ЦПУ - центральный пост управления
ПУГО - пост управления грузовыми операциями
СЭУ - судовая энергетическая установка
ПЭ - полиэтилен
7

11Т - полутвёрдые латунные трубы
МТ - мягкие отожжённые лагунные грубы
1IBX - поливинилхлорид
ТРГ - терморасширенный графит
11ТЭФ - волокнистый фторопласт
ХБС - хлопчатобумажная набивка сухая
ХБП - хлопчатобумажная пропитанная
С К - сильфонный компенсатор
ЭУ - энергетическая установка
ЭИМ - электрический привод
МЭМ - многооборотный электрический исполнительный механизм
ПЭМ - привод электромеханический
РКП - разгруженный клапан прямого действия
МФ - микрофильтрация
УФ - ультрафильтрация
ТСА - трансзвуковые струйные аппараты
ТА - теплообменный аппарат
ПХВ - пентахлорвинол
ПДК - предельнодопускаемая концентрация
ТЭН - термоэлектрический нагреватель
МДО - морское дизельное топливо
ТТ - тепловые трубы
ТНВД - топливный насос высокого давления
СДУ - судовая дизельная установка
НТК - низкотемпературный контур
ВТК - высокотемпературный контур
ТК - турбокомпрессор
СПГ система подогрева груза
ГСП - горячеструйный подогрев
НПВ (LFL) - нижний предел взрываемости
ВПВ (UFL)- верхний предел взрываемости
ОТ - органический теплоноситель
СГ - сжиженный газ
СПГ, LNG - сжиженный природный газ
УПСГ - установка повторного сжиженного газа
ИГ - инертный газ
ИДП - истинное давление паров
TLV - показатель токсичности газа
ЦПУ - центральный пост управления
ХФУ - хлорфторуглероды
ГХФУ - гидрохлорфторуглсроды
VOC -летучие органические соединения
LPG - сжиженный нефтяной газ
8

Глава 1
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СУДОВЫХ СИСТЕМАХ
1Л. Основные определения, параметры,
характеристики и классификация судовых систем
I Судовая система - это комплекс судового оборудования, состоящий
И из трубопроводов, механизмов, устройств, приборов и аппаратов,
, I предназначенный для разного рода потребителей, выполняющих одну
I гит несколько функций по обеспечению нормальной эксплуатации
I судна.
Общей целью технической эксплуатации судовых систем наряду с
обеспечением безопасной и надёжной работы судна является эффективное
выполнение им своего транспортного назначения.
К судовым системам предъявляются следующие общие требования:
высокая безопасность, надёжность работы при качке, дифференте и крене,
экономичность, экологичность, полная автоматизация, и частные требования:
соблюдение виброшумовых характеристик арматуры и трубопроводов,
малых гидравлических сопротивлений, достаточной ударостойкости,
герметичности, исключение потерь рабочей среды в окружающее пространство.
Частные требования во многом зависят от способа управления арматурой,
материала труб и арматуры, типа изоляции, места и способа расположения
в различных помещениях и др.
Назначение судовых систем:
- подача и подготовка топлива, смазочного масла, охлаждающей воды,
сжатого воздуха, удаление выпускных газов тепловых двигателей;
- обеспечение безопасности плавания судна в различных навигационных
условиях с помощью трюмных систем: осушительных, балластных, сточных,
водоотливных;
- обеспечение нормальных условий жизнедеятельности экипажа и
безопасности пассажиров, так называемых бытовых систем (водоснабжения
питьевой, мытьевой и забортной водой), санитарных (системы фекальных
и сточных вод), отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;
9

- обеспечение экологической чистоты окружающей среды в результате
эксплуатации судна и его технических средств с помощью системы по очистке
льяльных и нефтесодержащих вод, установки по очистке сточных и бытовых
вод, мусоросжигательных печей (инсинераторов), системы но очистке
выпускных газов от NOx и С02;
- выполнение грузовых технологических операций и обеспечение
сохранности судна и груза с помощью использования специальных систем на
наливных судах (танкерах, химовозах, газовозах): грузовые, зачистные, мойки
танков, подогрева, газоотводные, системы инертных газов и др.);
- обеспечение пожарной безопасности судна с помощью
противопожарных систем (системы водяного пожаротушения: паротушения, углекислотного
тушения, пенотушения, жидкостного тушения, тушения инертными газами).
Судовому персоналу необходимо хорошо знать не только устройство всех
судовых систем, но и безопасные правила, а также оптимальные методы их
технической эксплуатации.
Судовая система в своём составе имеет следующие элементы:
- источник рабочей среды (цистерны, баки, баллоны, танки и другие
ёмкости);
- источник энергии, обеспечивающий перемещение рабочей среды
(насосы, компрессоры, вентиляторы);
- аппараты и устройства обработки рабочей среды, обеспечивающие
изменение и доведение параметров рабочей среды до необходимых значений
(подогреватели, охладители, конденсаторы, конденсатоотводчики,
парогенераторы, фильтры, сепараторы и др.);
- контрольно-измерительные приборы (КИП): манометры, термометры,
уровнемеры, расходомеры, газоанализаторы, вискозиметры, гигрометры,
устройства автоматического управления, сигнализации, защиты и диагностики;
- потребители рабочей среды (гидро- и пневмоприводы,
сервомоторы и т.д.);
- трубопроводы, объединяющие перечисленные элементы в систему.
Судовая система может иметь различное сочетание указанных элементов.
Имеются системы, в которых могут отсутствовать некоторые из
перечисленных элементов.
Основным элементом любой системы является трубопровод.
Перемещение жидкостей и газов по трубам происходит за счёт сообщения им
механической, тепловой, потенциальной энергии. Поэтому любая система состоит
10

in груб, соединяющих различные по назначению и конструкции механизмы,
аппараты и арматуру.
По функциональному назначению отдельные трубопроводы
подразделяются на следующие типы:
- приемный;
- напорный;
- наливной, в котором жидкость проходит самотеком в судовые емкости
или под напором от берегового насоса;
- отливной, в котором жидкость подаётся судовым насосом из помещений
и трюмов за борт;
- стравливающий, в котором жидкость или газ проходит при
срабатывании предохранительных клапанов;
- продувания, через который жидкость удаляется в трюм или в судовые
емкости, обычно это конденсат или пароводяная смесь;
а)
Рис. 1.1. Принципиальные схемы магистральных систем:
а - линейная; б - кольцевая; в - комбинированная:
/ - линейная магистраль; 2 - трубопровод потребителей отдельного отсека;
3 - насос; 4 - отливной трубопровод; 5 - отливной кингстон;
6 - разобщительный клапан; 7 - кольцевая магистраль; 8 - перемычка
11

- воздушный, который предназначен для сообщения с атмосферой;
- вытяжной (обычно в системе судовой вентиляции).
По роду среды, протекающей по трубопроводам, применяют
водопроводы, паропроводы, воздухопроводы, рассолопроводы, газопроводы,
нефтепроводы, маслопроводы, топливопроводы.
Принцип построения судовой системы зависит от типа судна, его
водоизмещения, назначения, требований эксплуатации и живучести.
Существует следующая классификация судовых систем:
- по назначению и характеру выполняемых операций: общесудового,
бытового назначения (трюмные, осушительные, балластные, санитарные,
противопожарные, отопления, вентиляции) и специальные;
- но принципиальной схеме - линейные, кольцевые и комбинированные
магистрали (рис. 1.1);
- по способу построения системы: централизованные, автономные или
групповые (рис. 1.2).
а)
б)
4 5 6
в)
4 | 4 М*09
?
Рис. 1.2. Принципиальные схемы судовой системы:
а - централизованная; б автономная; в - групповая: / •- магистраль;
2 - ответвление; 3 - разобщительный клапан; 4 - приемный кингстон;
5 - насос; 6 - переборка отсека
12

Рассмотрим подробнее классификацию судовых систем.
Линейная схема системы представляет собой трубопроводную
магистраль, проложенную вдоль судна. Она наиболее проста и поэтому применяется
в большинстве судовых систем.
Кольцевая схема состоит из двух трубопроводов, проложенных вдоль
судна но обоим бортам, и нескольких перемычек, на которых установлены
разобщительные клапаны. Применение кольцевой схемы повышает
живучесть и маневренность системы, так как в случае выхода из строя
трубопровода одного борта может функционировать трубопровод другого борта.
Однако в этой схеме требуется увеличение длины труб и количества
арматуры, что влечет за собой увеличение массы и стоимости системы.
Комбинированная схема состоит из нескольких соединенных между
собой линейных и кольцевых магистралей. Участки общей магистрали,
которые должны обладать повышенной живучестью, выполняют по
кольцевой схеме, остальные - по линейной. Комбинированная магистраль,
сочетающая достоинства линейной и кольцевой магистралей, применяется
в основном на крупных морских судах. Трубопроводные магистрали
разделяются на ряд участков путем установки разобщительной арматуры
с целью отключения поврежденного участка от всей магистрали.
Магистраль прокладывают под настилами и платформами, смещая к продольным
переборкам в коридорах и проходах, чтобы не загромождать жилые и
служебные помещения и иметь доступ в случае ремонта оборудования. Во
избежание замерзания водяные трубопроводы размещаются под палубой.
Предусматривается возможность спуска воды из них с помощью спускных
пробок и краников.
При централизованной схеме имеется минимальное количество
механизмов и арматуры, что создает простоту и удобство в её обслуживании.
При автономной схеме предусматривается обслуживание потребителей
данного отсека самостоятельным механизмом и отдельным трубопроводом. По
такому принципу строят осушительные, балластные, грузовые и другие
системы. Автономный принцип применяется для отдельных отсеков, имеющих
особое значение для всего судна, так как обеспечивается максимальная живучесть
системы (например, при затоплении одного отсека система полностью
обеспечивает потребителей всех прочих отсеков). Недостатком его является то, что
система громоздкая, с большим числом механизмов и арматуры, имеющих
низкий коэффициент использования.
13

При групповой схеме отсеки судна подразделяют на группы,
обслуживаемые одним механизмом и независимым трубопроводом. Групповая схема
по своим достоинствам и недостаткам занимает промежуточное место между
двумя первыми. По групповому принципу строятся системы вентиляции,
отопления, кондиционирования воздуха и сточные системы.
По принципу перемещения перекачиваемой среды системы
подразделяются на следующие виды:
- закрытые системы, в которых исключается контакт рабочей среды
с атмосферой;
- открытые системы, в которых имеется постоянный контакт с
атмосферой;
- проточные системы, в которых используется забортная вода и
атмосферный воздух, удаляемые в окружающее пространство;
- циркуляционные системы, в которых организуется принудительная или
естественная циркуляция либо многократное использование рабочей среды
под напором при ограниченном запасе рабочей среды.
1.2. Характеристики и параметры трубопроводов
На трубопроводы, находящиеся в машинном отделении (МО), наносятся
отличительные знаки в виде цветных колец: узкие (шириной 25 мм) и широкие
(шириной 50 мм). Число и цвет колец определяют назначение трубопровода и
вид перекачиваемой среды. Например, противопожарный трубопровод имеет
кольца красного цвета; забортной воды - зелёного; топливный - коричневого;
воздушный - голубого; смазочного масла - жёлтого; сточный, фекальный -
чёрного и т.д.
Трубопроводы состоят из соединенных между собой отдельных труб
и разнообразной арматуры: задвижек, клапанов, кранов, клинкетов.
Назначение арматуры:
- включение и выключение систем и отдельных её участков;
- различные регулировки и переключения, управление, контроль и
сигнализация систем или отдельных её элементов;
- заполнение, опорожнение и хранение различных сред в судовых
ёмкостях: цистернах, баллонах, колодцах, коффердамах и др.;
- изменение состояния и параметров среды.
14

Для удобства компоновки систем с учетом подбора труб, необходимой
Арматуры и безопасной эксплуатации введены два основных параметра трубы:
условный проход, условное давление.
\ Условный проход, или условный диаметр, обозначается Dy
(международное обозначение DN). Для труб одного и того же наружного диаметра, но
имеющих разную толщину стенок, в качестве условного диаметра принимают
внутренний диаметр трубы. Внутренний диаметр проходного сечения
арматуры равен «условному проходу» трубы. В судостроении применяют следующие
«условные диаметры»: 3, 6, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 70, 80, 100, 125, 150, 200,
250, 300, 350, 400, 500 мм.
Условное давление - Ру (международное обозначение PN), под которым
понимается наибольшее допускаемое рабочее давление в трубопроводе,
зависящее от материала труб и температуры рабочей среды. С изменением
температуры рабочей среды изменяются свойства материалов труб и
арматуры. Условное давление для труб, арматуры и соединительных деталей из
углеродистой стали соответствует допустимому рабочему давлению при
температуре 0 ... 200 °С, а для труб, арматуры и соединительных деталей из
меди, бронзы и латуни - при температуре 0 ... 120 °С. Для более высоких
температур подбираются трубы и арматура с большим значением условного
давления.
В эксплуатации систем часто используется пробное давление - рпр -
это предельное давление, которое должны выдерживать трубы, арматура и
соединительные детали при испытании водой, имеющей температуру не
более 100 °С. Пробное давление не должно быть ниже давления,
устанавливаемого в трубопроводе при полном открытии предохранительного
клапана (не ниже 0,4 МПа); для систем охлаждения и во всех других случаях
оно равно 0,2 МПа.
Арматуру трубопроводов для нефтепродуктов на морских судах
испытывают на маслонепроницаемость способом, одобренным Российским морским
регистром судоходства (далее - Регистр). В качестве пробного принимается
значение давления, которое в 1,5 ... 2 раза больше условного давления.
Испытания проводятся водой или маслом, воздух и другие газы не применяются для
испытаний и проверки трубопроводов.
При гидравлических расчетах трубопроводов в качестве внутренних
диаметров обычно принимают значения, равные диаметрам условных
проходов. Зная условный проход и толщину стенки трубы, подбирают по стандар-
15

ту ее наружный диаметр. При выборе размера трубы стремятся к тому, чтобы
диаметр условного прохода мало отличался от ее внутреннего диаметра
(расхождение между ними не должно превышать 10 %). В противном случае/
гидравлический расчет выполняют по фактическому внутреннему диаметру
грубы. /
Толщина стенки металлической трубы, находящейся под внутренним
давлением, должна быть не менее определяемой по формуле
s = So + Ъ + с,
где s0 - толщина стенки, получаемая из расчета трубы на прочность, мм;
Ъ - прибавка, учитывающая утончение трубы при изгибе, мм;
с - прибавка, учитывающая уменьшение толщины трубы из-за коррозии, мм.
Для труб из специальных стальных сплавов, обладающих достаточной
коррозионной стойкостью, прибавка «с» может быть уменьшена или вообще
не учитываться. Для медных и латунных труб значение прибавки «с»
принимают равным 0,8 мм.
При определении толщины стенки пользуются эмпирической формулой
^о = Р'^ц/Bи-[а]д+р),
где р - расчетное давление, принимаемое равным наибольшему давлению
рабочей среды в трубопроводе, МПа;
dn - наружный диаметр трубы, мм;
[а]д - допускаемое напряжение на растяжение, МПа, принимаемое для
стальных труб равным [ст]н20 / 2,7 (здесь [а]в20 - минимальный предел
прочности при 20 °С, МПа);
ц - коэффициент прочности, равный 1,0 для бесшовных труб и 0,9 для
стальных сварных.
Если отсутствуют значения фактических утончений трубы при изгибе,
прибавка на утончение Ъ = dn S0 I 2,5 R, где R - средний радиус закругления
(изгиба) трубы, мм.
Рассчитанная толщина стенки округляется до ближайшего большего
размера, предусмотренного соответствующим стандартом на трубы. Допускается
принимать ближайший меньший размер толщины стенки, если он отличается
не более, чем на 3 %. Согласно стандарту арматура и соединительные части
трубопроводов изготавливаются на следующие избыточные условные
давления в МПа: 0,1; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 и др.
16

1.2.1. Характеристика систем для перекачивания жидкости или газа
К устройствам, предназначенным для перекачивания рабочих жидкостей
или газов в системах, относятся насосы, компрессоры и вентиляторы
(последние создают небольшой напор - до 1000 мм вод. ст.). Развиваемый ими напор
необходим для преодоления гидравлического сопротивления в трубопроводах
\\ аппаратах систем. Насосы, компрессоры или вентиляторы приводятся в
действие с помощью электродвигателей, иногда тепловых двигателей (паровых
ил^ газовых турбин, дизелей), а также с помощью гидро- или пневмопривода.
Для уменьшения вибрации насосы, вентиляторы и компрессоры
устанавливаются на амортизаторах. Для снижения шума их располагают вдали от
жилых помещений и постов. Наибольшее применение в различных судовых
системах имеют винтовые, шестерёнчатые (для перекачивания вязких
жидкостей, таких как топливо и масло) и центробежные насосы (в основном для
перекачивания воды).
Отсутствие самовсасывания у центробежных насосов является их
основным недостатком. Для того, чтобы центробежный насос обладал
самовсасыванием, на нём устанавливается дополнительный вихревой насос для создания
вакуума на всасывающей магистрали (рис. 1.3). В ином случае необходимо
заполнять всасывающий трубопровод рабочей жидкостью, для того, чтобы
центробежный насос начал перекачивать жидкость. На наливных судах в
качестве грузовых насосов чаще применяются центробежные насосы,
расположенные ниже уровня груза в грузовых танках.
Такие эксплуатационные задачи, как проверка условий всасывания
насоса, обслуживающего систему, определение экономичности его работы, замена
насоса, арматуры и трубопроводов, подключение насоса к системе
трубопроводов, решаются только при наличии характеристик трубопроводов.
Схема простой системы при перекачивании воды центробежным насосом
из одной ёмкости в другую показана на рис. 1.4 а. Изменение напора и подачи
в этой системе при перекачивании жидкости в виде характеристик системы
показано на рис. 1.4 б. Обозначения высоты уровня Z на оси ординат
соответствуют приведенным на рисунке.
Под характеристикой системы понимается зависимость напора Hw от
подачи Qw. Характеристика простого трубопровода
Hip = H1 + HM = (l/BT+\/BM)Q2^
где Ят, Нм - напор на преодоление потерь трения и местных сопротивлений
трубопровода; Q^- расход через трубопровод.
2~2078 17

Рис. 1.3. Самовсасывающий центробежно-вихревой насос:
/, 11, 13 - обоймы в сборе; 2 - колесо центробежное; 3 - патрубок;
4 - патрон фильтрующий; 5, 12 -- крышки; 6 - корпус; 7 - вставка наружная;
8 - вставка рабочая наружная; 9 вставка рабочая внутренняя;
10 - вставка внутренняя; 14 - колесо вихревое
а) б)
Рис. 1.4. Схема простой системы трубопровода (а) и её характеристики (б):
р.А - атмосферное давление; -Z, Z, Z„, ZB - расстояние между начальным -Z
и конечным Z уровнями жидкости в баках; Z„, ZB - расстояние между
осью насоса и уровнем жидкости в нагнетательной и всасывающей
ёмкости соответственно
18

Характеристики трения и местного сопротивления всасывающего либо
нагнетательного трубопровода соответственно:
В, = 12,09 d51 А,ф/Т; Вм = 12,09 d41 ?,
где Xw - коэффициент потерь на трение по длине;
/т - длина трубопровода;
?, - коэффициент местного сопротивления.
Потеря давления на трение в прямых трубах и каналах
А/?тр = Xrplw2 р/ 2d.
Для ламинарных условий потока жидкости в системе коэффициент трения
полностью зависит от числа Рейнольдса (Re): A.Tp= 64/Re.
Для условий турбулентного потока при Re < 105 значение Х^ =
= 0,3164 / Re0'25, при 105 < Re < 3-106 значение А.тр = 0,0032 + 0,221 / Re0'237.
В основном коэффициент потерь на трение зависит от чистоты
внутренней поверхности стенок трубы, который определяется показателем
шероховатости. Для гладких бронзовых, медных или пластмассовых труб он равен
1,5 мк, для стальных и сварочных труб - 46 мк, для труб из гальванического
железа - 150 мк, для чугунных труб - 250 мк.
Полную характеристику рассчитывают отдельно для всасывающего «В»
и нагнетательного «Н» трубопроводов по нескольким одинаковым значениям
расхода через них. По полученным значениям напоров с учетом статического
напора строят характеристики всасывающего «В» и нагнетательного «Н»
трубопроводов (см. рис. 1.4 б).
После сложения напоров, потребляемых трубопроводами при одинаковых
расходах, получается общая характеристика «О», которая вместе с
составляющими всасывающего участка «В», нагнетательного участка «Н» и линией «А»
напора, соответствующего атмосферному давлению, содержит полную
информацию о напорах (давлениях) на всасывании и нагнетании в зависимости
от расходов через трубопровод.
Положение характеристики «О» зависит от значения и знака статического
напора. При отрицательном статическом напоре возможно перемещение
жидкости самотеком через обводной трубопровод. Расход через трубопровод
в этом случае зависит от расстояния между уровнями жидкости в баках -Z.
Натурные характеристики системы строят по данным, получаемым путём
определения подачи насоса при полностью открытых клапанах на
трубопроводе. При этом в соответствии с методикой экспериментирования, снимают по-
2*
19

казания мановакууметра и манометра, установленных возле насоса, затем
обрабатывают данные с помощью статистических методов. Результаты
эксперимента используют для получения постоянной составляющей сопротивления W
трубопровода,
W=(Hjp-Hcr)/QTp\
где Яст - известный для трубопровода статический напор, мм вод. ст.
Подача погружного гидронасоса может управляться изменением
гидравлического давления гидромотора, но не дросселированием выпускного или какого-
либо другого клапана в системе. Обычно рекомендуется использовать большее
количество насосов параллельно при пониженном гидравлическом давлении,
чем при максимальном гидравлическом давлении. Это часто используется в
грузовых системах с погружными насосами. Если при параллельной работе насосов
подачи складываются при одинаковом напоре (по горизонтали), то при
последовательной работе насосов, наоборот, напоры складываются при одинаковой
подаче (по вертикали). Для увеличения напора при повышенном сопротивлении
терминального трубопровода часто последовательно с грузовым
применяется расположенный на палубе бустерный насос.
Уравнение характеристики трубопровода имеет следующий вид:
Нтр = НС7+ WQW2.
Расход воды, м3/ч, по трубопроводу зависит от значений скорости
движения воды, м/с, внутреннего диаметра трубы, мм, и определяется уравнением
сплошности (неразрывности) потока:
т и =/-w,
где т - секундный расход жидкости, кг/с;
и - удельный объём жидкости, м3/кг,
/= я- dB 214 - площадь поперечного сечения трубы, м2;
с/й - внутренний диаметр трубы;
w - скорость потока жидкости, м/с.
Закон сохранения энергии для движущегося потока жидкости
определяется уравнением Бернулли:
w2/2+/?/p + Zg =const,
где Z - статическая составляющая потока;
р - давление потока, Па;
р = 1/и - плотность потока, кг/м3;
g = 9,8 м/с2.
20

Таким образом, сумма кинетической, потенциальной и статической
энергии движущегося потока жидкости есть величина постоянная для
данного потока.
Мощность приводов насоса (компрессора) можно определить по формуле
N = Q Ар / т\их\а,
где Q - объемная подача насоса (компрессора), м3/с, большинства систем
судовых энергетических установок;
Ар - напор (давление), развиваемый насосом (компрессором), Па,
Ар = 0,5^рс2.
Здесь ? - коэффициент сопротивления системы;
р - плотность жидкости или газа, кг/м3;
с - средняя скорость жидкости или газа в сечении трубопровода, м/с;
л.,, - КПД насоса (компрессора, вентилятора);
г|д - КПД двигателя насоса.
Мощность, потребляемая насосом, изменяется пропорционально кубу
частоты вращения: N/N\ - п2/п\3. Этот закон пропорциональностей является
частным случаем закона подобия для центробежных насосов при неизменных
размерах рабочего колеса (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Характеристика Q- Я при изменении частоты вращения
центробежного насоса
Пользуясь приведенными соотношениями, по характеристике Q - И
насоса можно построить ряд других характеристик для разных значений
частоты вращения. Из закона пропорциональностей следует, что Н/Н\ =
21

= Q2IQ\2\ H\IQa = HIQr = K} ••= const; N/N] = @IQ\\ N/Q3 = ЛУ0,3 =
= K2 = const, откуда можно получить уравнения кривых: Н = K\Q~; N = K2Q •
Одна из парабол квадратичная, другая - кубическая с вершинами в начале
координат. Обе параболы, называемые кривыми пропорциональностей при
различных значениях частоты вращения, одновременно являются кривыми
равного КПД.
Отложив значения Q и Я, можно найти точку, принадлежащую другой
характеристике Q-Нпри иной частоте вращения. Таким образом, для всех точек
кривой Q-И при частоте вращения п можно провести параболы и на них найти
точки, соответствующие другим значениям частоты вращения насоса.
Для исследования работы насосов при переменной частоте вращения
составляют ряд характеристик Q - Н для различных значений п. Нанеся
характеристики на график, отметив на них точки с равными значениями КПД
и соединив их кривыми, получают так называемую универсальную
характеристику (кривая Е), которая позволяет устанавливать оптимальный режим при
изменяющихся условиях работы.
О 14,7 29,4 44,0 58,8 73,6 88,0 103,0 117,6 132,5 Q, кВт
Рис. 1.6. Универсальная характеристика центробежного насоса
Как видно из универсальной характеристики (рис. 1.6), для каждого
насоса существует относительно офаниченная область работы, в которой он
может быть использован с КПД, близким к оптимальному. На универсальной
характеристике можно выделить целую область значений напоров
и производительности при равной частоте вращения, задаваясь допустимым
значением КПД.
22

1.2.2. Особенности центробежных насосов
Предельная высота всасывания для центробежных насосов определяется
запасом напора по кавитации:
Л#кав =0,3@. /Г),
где Q, м3/с; я, об/с.
Центробежные и осевые насосы изготавливают в настоящее время
с подачей от 3 до 30 м3/мин и более, напором от 10 до 2000 м вод. ст.
Например, удобные в эксплуатации центробежные насосы с приводом от
электродвигателя, применяются для перекачивания нефти, сжиженных
углеводородных газов, нефтепродуктов, а также других жидкостей, которые
не разрушают прочной части детали и надежно работают при
перекачивании жидкостей, содержащих не более 0,2 % твердых взвешенных частиц
размером не более 0,2 мм.
Каждая ступень многоступенчатого секционного насоса (рис. 1.7)
имеет торцовый разъем. Из камеры подвода а жидкость поступает на
рабочее колесо 1 первой ступени, затем в направляющий аппарат 2 и
переводной канал б. У многоступенчатого насоса направляющий аппарат должен
обеспечивать безударный прием жидкости на выходе из рабочего колеса,
затем плавно изменять направление потока на осевое направление для
обеспечения подвода к следующей ступени. Из канала б поток поступает
в рабочее колесо второй ступени и т.д. Патрубок 3 подключен к
нагнетательному трубопроводу. Для уравновешивания осевых сил в насосе
применено разгрузочное устройство 4. Достоинством секционных насосов
являются малые масса и габариты, а также возможность комплектовать из
одинаковых элементов насосы с разным числом, рабочих колес, и,
следовательно, с разным напором.
Основные преимущества насосов динамического действия
(центробежных, вихревых и т.п.) по сравнению с насосами вытеснения или
насосами объемного типа (винтовыми, поршневыми, шестерёнчатыми и т.п.)
заключаются в том, что они более надежны и долговечны в работе,
обеспечивают равномерность подачи перекачиваемых жидкостей, что особенно
важно при автоматизации установок, имеют небольшие габаритные
размеры и массу при большой подаче. Их отличают удобство непосредственного
соединения с приводным двигателем, простота конструкции,
обслуживания и ремонта, возможность полной автоматизации параметров
работы и т.д.
23

Рис. 1.7. Продольный разрез многоступенчатого центробежного насоса
для создания высокого давления (четыре ступени работают последовательно)
Подача насосов может изменяться следующими методами:
- закрытием клапанов (дроссельное регулирование);
- рециркуляцией, т.е. перепуском жидкости из нагнетательной во
всасывающую полость;
- изменением частоты вращения рабочего колеса насоса.
Способ регулирования давления в сети путем изменения частоты вращения
привода насосного агрегата исключает потери напора (отсутствие дроссельных
элементов), а значит, и потери гидравлической энергии. При этом
энергопотребление снижается также ещё и ввиду того, что собственно насос как устройство
преобразования энергии имеет свой КПД. Характер изменения КПД насоса г|„
в зависимости от расхода жидкости Q при различной частоте вращения
приведен на рис. 1.8.
Максимум КПД с уменьшением частоты вращения несколько снижается,
смещаясь влево. С уменьшением подачи насоса требуется снижение частоты
вращения. Если рассмотреть работу агрегата для расхода меньше
номинального (вертикальные пунктирные линии А и В на рис. 1.8 я), то для этих
режимов рациональной является работа на пониженной частоте вращения 1,8 б).
В этом случае КПД насоса выше, чем при работе на номинальной частоте
вращения. Таким образом, снижение частоты вращения в соответствии с
технологической нагрузкой позволяет не только экономить потребляемую энергию при
исключении гидравлических потерь, но и получить экономический эффект
24

за счет повышения КПД самого насоса (экономия AN = (Я, - H2)Q\ I 1000 х
* Л пас. макс 'Лдв. макс,)-
а)
Ц к КПД насоса на режиме 1300 об/мин
на режиме 1400 об/мин
68%
65%
60%
47%
25%
КПД насоса на режиме
1500 об/мин
Повышение КПД насоса
при частотном регулировании
°.33 011ОМ 0,5 Qu
б)
Я,
//,
А
[Я
11
1
?
к.
^
Х^
/2
х>
\
кпд
W.
Рис. 1.8. Характеристики зависимостей КПД насоса от подачи Q (а) и напора Н
от подачи Q (б) с частотным регулированием центробежного насоса
Для центробежных насосов справедливы следующие зависимости
мощности N, потребляемой насосом, напора Я и подачи Q от частоты вращения п для
двух различных режимов с частотой вращения рабочего колеса п]уп2:
N}/N2= (/i,//i2K; Я„Я2 = {щ1п2J\ Q\IQi = {nxln2).
На танкерах часто применяются погружные насосы с электроприводом
(рис. 1.9) и гидроприводом (рис. 1.10), с подачей каждого из них от 70 до
3000 м3/ч, а также погружные переносные насосы различных типов.
25

Рис. 1.9. Поперечный разрез погружного трехступенчатого центробежного насоса
с электроприводом: / - всасывающий патрубок; 2 - импеллер; 3 - вал; 4 колонна
насоса; 5 - корпус насоса; 6 двойной механический сальник;
7 - упорный подшипник; 8 - уплотнительная камера, 9 - антиобледенитель;
10- гибкая диафрагма; // - корпус сальника; 12 - потолок грузового танка;
13- промежуточный подшипник; /4 - трехступенчатый центробежный насос;
15 - днищевой подшипник; 16 - индуктор
26

Грузовом выпускном
клапан
•Зачмстной клапан
Защитная верхняя
плита
Палубный ящик-
Уплотнение груза
Износоустойчивые
кольца
Рис. 1.10. Погружной грузовой насос с гидроприводом фирмы «Фрамо» (а) и три его
рабочих технологических состояния (соответственно слева направо): движение груза
при выгрузке, при зачистке, при продувке инертным газом (показано движение груза,
гидравлического масла и продуваемого газа) (б)
27

Особенности погружных (центробежных) грузовых насосов:
- расположение насоса на дне грузового танка с выгрузкой на палубу
и затем на берег;
- напор насоса может регулироваться числом ступеней (до шести);
- наличие коффердама, под которым понимается наличие сухого
пустого пространства между наружной колонной 4 и внутренним валом 3 (в
насосах с гидроприводом это пустое пространство между колонной и внутренней
трубой подвода/отвода гидромасла к гидродвигателю насоса). Протекание
масла или груза в коффердам свидетельствует о потере плотности
уплотнений либо со стороны гидравлического масла, либо со стороны груза, поэтому
периодический контроль его состояния является хорошим диагностическим
действием.
Параметры погружного (центробежного) насоса: 1780 об/мин,
потребляемая энергия - 180 кВт, уплотнение вала - двойное механическое;
приблизительная высота насоса - до 21 м, тип всасывания насоса - одностороннее, вес -
28

3995 кг). Механические уплотнения, расположенные стык в стык, работают
в заполненной маслом камере с избыточным давлением. Это предотвращает
уплотнения от загрязнений и вскипания жидкости.
Погружной грузовой насос, изготавливаемый из нержавеющей стали,
состоит из трех основных частей: защитной верхней плиты, комплекта труб
и насосного агрегата с гидромотором, поддерживается палубным ящиком,
приваренным к палубе. Все соединения на защитной верхней плите с
гидравлическим регулирующим распределительным клапаном позволяют изменять
гидравлическое давление силового масла к аксиально-поршневому
гидромотору и, соответственно, подачу грузового центробежного насоса. Установленный
манометр показывает давление масла к гидромотору. Комплект труб соединяет
насосный агрегат с защитной верхней плитой.
Насосный агрегат смонтирован в комплекте с гидромотором,
расположенным внутри кожуха. Мотор окружен масляной средой с низким
давлением гидравлического масла. Короткий отдельный вал с опорным
подшипником, смазанный гидравлическим маслом, соединен с одноступенчатым
центробежным насосом и имеет одностороннее нижнее всасывание. Створ
гидравлического масла окружает коффердам. Окружающее коффердам
гидравлическое масло обеспечивает полную изоляцию его от груза. Уплотнение
вала состоит из механического сальника, одинарной манжеты коффердама
и двойной манжеты груза. Любые протечки в коффердам продуваются
сжатым воздухом или азотом через обратную трубу коффердама.
Насос может работать в следующих режимах: разгрузка, зачистка,
очистка коффердама, очистка насоса/промывка резервуара, использование насосов
в морской воде, погрузка через насос.
Утечка груза в коффердаме может происходить в уплотнении вала,
в торцевом уплотнении фланцев комплектов труб в результате их
повреждений (трещин). Если наблюдаются малые утечки уплотнения вала до 0,5 л/сут
во время работы насоса, то нет необходимости в замене уплотнения вала. Во
время краткого периода может произойти чрезмерная утечка. Интенсивность
её зависит от типа груза. Некоторые подобные грузы: керосин, конденсат
и т.д., проникают легко внутрь уплотнения вала. Если интенсивность утечки
достигает до 2 л/сут, то насос должен ежедневно очищаться, проверяться
и как можно быстрее должны быть найдены причины утечки.
Утечка гидравлического масла в коффердаме может происходить в
механическом сальнике или манжетном уплотнении во время работы насоса
29

со стороны гидромотора, в торцевом уплотнении фланцев комплектов труб
в результате их вещественного износа, а также повреждений (трещин).
Малые утечки в коффердаме до 0,25 л/день допустимы. Если интенсивность
утечки выше допустимого уровня, то насос должен ежедневно быть очищен,
проверен и как можно быстрее найдены причины утечки.
Аксиальный подшипник является смазываемым роликовым подшипником.
Перед пуском грузовых насосов необходимо убедиться в том, что коффердам
насоса тщательно вычищен и двигатель насоса вращается в заданном
направлении; проверить уровень масла в масляной камере (ни в коем случае насос
не должен работать при закрытом нагнетательном клапане более 30 с и при
пустой расширительной цистерне).
Основными отказами в центробежных насосах являются течь сальников,
износ и разрушение подшипников, срыв подачи, перегрев, вибрация и шум,
кавитационно-эрозионные разрушения рабочих колёс.
Для снижения энергопотребления в системах СЭУ необходимо
повышать КПД насосов, вентиляторов, компрессоров и их приводов, а также
снижать гидравлические сопротивления в трубопроводах. В связи с этим при
проектировании и эксплуатации этих систем рекомендуется использовать
центробежные и винтовые насосы, обладающие более высоким КПД по
сравнению с насосами объемного типа.
1.3. Материалы трубопроводов
1.3.1. Технические характеристики и сфера применения
материалов труб
Материал трубопроводов зависит от назначения судовой системы и
параметров прокачиваемой рабочей среды (табл. 1.1).
Трубы стальные, электросварные из углеродистой и нержавеющей
стали имеют ограниченное применение в судовых трубопроводах, так как
при гибке иногда появляются трещины. Биметаллические трубы, состоящие
из внутреннего медного слоя толщиной 0,6 ... 0,8 мм и наружного стального
марок 10 и 20 и меди марки МЗр, изготавливают совместной прокаткой
стальной заготовки с вставной в нее медной гильзой. Изготавливают трубы
с наружным диаметром 6 ... 57 мм. Широкое распространение таких труб
объясняется экономией медных труб для рабочих сред с параметрами
температуры до 250 °С и скорости рабочей среды до 1,2 м/с. Применяются также
30

Таблица 1.1
Материалы для трубопроводов различных судовых систем
1 Рабочая среда
1 Забортная
вода
Сточные воды
Пресная вода
1
Нефтепродукты
1 Масло
Воздух
Пар
Углекислота
Фреон,
аммиак
Вода, воздух
Наименование трубопроводов
Охлаждающие трубопроводы
(циркуляционные, главных и
вспомогательных конденсаторов, охлаждения
вспомогательных механизмов,
подшипников валопроводов и т.д.).
Трубопроводы трюмных систем
(водоотливной, осушительной, креновой,
дифферентной, балластной). Трубы
противопожарной водяной системы
Трубопроводы: санитарной системы
забортной воды, фановой
Охлаждающие трубопроводы.
Трубопроводы питьевой и мытьевой
воды.
Трубопроводы питания котлов: кон-
денсатные (до теплого ящика),
приемные и напорные от
питательных насосов и после испарителей
Трубопроводы приемные,
переливные, спускные. Трубопроводы:
напорные перекачивающие и напорные
к форсункам дизелей и котлов
Трубопроводы: приемные,
переливные, сточные напорные,
циркуляционные, гидравлического управления
Трубопроводы сжатого воздуха,
пускового воздуха, сжатого воздуха на
хозяйственные нужды.
Трубопроводы воздуха: высокого давления,
низкого давления
Трубопроводы пара при температуре
пара 425 °С и выше; при температуре
250 ... 425 °С пара, идущего к
механизмам, змеевикам обогревания, на
паротушение, паровое отопление
Трубопроводы углекислотного
пожаротушения. Трубопроводы
холодильных установок.
Трубопроводы холодильных
установок
Водопроводы и воздухопроводы
систем с температурой рабочей
среды менее 42 °С
Материал труб и их параметры
Медные - при средней скорости
воды до 1,2 м/с; медноникеле-
вые при средней скорости
воды 1,2-3,0 м/с; стальные
бесшовные, сварные и водога-
зопроводные оцинкованные
Стальные бесшовные, Водога-
зопроводные оцинкованные,
медные
Стальные бесшовные
оцинкованные. Стальные водогазопро-
водные (для горячей воды без
оцинковки), допускаются из
алюминиевого сплава марки
АД1М (при температуре воды
50 °С), медные
Стальные бесшовные,
допускаются сварные.
Медные, биметаллические, из
нержавеющей стали
Стальные бесшовные,
допускаются медные и
биметаллические
Стальные бесшовные
(желательно оцинкованные),
биметаллические (для рабочих
давлений свыше 15 МПа), медные
трубы (могут применяться для
условных проходов не более
10 мм)
Стальные бесшовные
Стальные бесшовные
оцинкованные
Медные, стальные бесшовные
Полиэтиленовые, винипласто-
вые
Примечание. Допускается вместо оцинкованных труб применять трубы,
покрытые бакелитовым лаком при температуре рабочей среды до 40 °С.
31

трубы водогазопроводные (газовые) оцинкованные или неоцинкованные
(черные). Оцинкованные трубы имеют сплошное цинковое покрытие по всей
наружной и внутренней поверхности.
Чугунные безраструбные трубы на хомутах (типа SML фирмы «Дюкер»,
Германия). Хорошо зарекомендовали себя в сточных системах и системах
водоснабжения. Имеют следующие свойства:
- литейный чугун с пластинчатым графитом, изготовленный методом
центробежного литья;
- фитинги - литьё в форму;
- покрытие труб - снаружи эпоксидный грунт D0 мк,
красно-коричневого цвета), внутри эпоксидное покрытие A20 мк, цвет жёлтый);
- прочность на разрыв: 200 МПа - для труб и 150 МПа - для фасонных
частей;
- прочность на сжатие (в 3 ... 4 раза больше прочности на разрыв);
- стойкость к воздействию химикатов и температур (максимальная
рабочая температура 400 °С);
- высокая ударопрочность.
Как правило, их применяют в бытовых системах при давлении рабочей
среды до 3 бар с хомутами «СV» и до 10 бар со специальными хомутами.
Чугунные трубы имеют следующие преимущества: полная безопасность
при пожаре для людей и материального имущества, акустический комфорт,
долговечность, простота сборки, минимальные затраты на обслуживание
и эксплуатацию (пилятся обычной болгаркой, хомуты закручиваются
обычным гаечным ключом, полная герметичность стыков). Такие трубы
выпускаются с Dy 50, 70, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600 мм и
толщиной стенок 3 ... 6 мм в зависимости от диаметра, а также
к ним фитинги: крестовины, тройники, отводы с Dy 150, 300, 450, 900,
заглушки (пробки), гидрозатворы, хомутные соединения. Патрубки
изготавливаются переходные с одного диаметра на другой (например, с чугунных труб
на пластиковые).
Трубы бесшовные из нержавеющей легированной стали. Широко
применяются стали марки 08X18Н9Т с содержанием углерода до 0,08 %, хрома
18 %, никеля 9 %, титана 1 %, остальное - железо. Стандартная длина труб
1,5 ... 7 м, наружный диаметр 76 мм с толщиной стенки 5 мм.
Медные трубы тянутые и прессованные. Для судовых трубопроводов
применяют трубы тянутые из меди «МЗр» с наружным диаметром 3 ... 360 мм
32

и толщиной стенки 0,5 ... 10 мм, длиной 1 ... 6 м для рабочих сред с
температурой 230 °С и скоростью 1,2 м/с. Медь не должна содержать кислорода более
0,01 % и примесей более 0,3 %. Например, бесшовные медные трубы
«Frigotec» применяются для подводки технических газов в холодильных
установках, кондиционерах и теплообменниках.
Медно-никелевые трубы (МНЖ5-1) содержат 5 ... 6,5 % никеля, 1 ...
1,4 % железа, 93 ... 94 % меди. Они применяются тянутые или
холоднокатаные с наружным диаметром 6 ... 258 мм и толщиной стенки 1 ... 4 мм, длиной
1 ... 6 м (для труб забортной воды, температурой рабочих сред до 350 °С
и скорости 1,2 ... 3 м/с).
Трубы из сплавов цветных металлов следующих марок: «1М», «7М»
и «ЗВ» с дополнительным напряжением на разрыв 190 МПа (для труб
«7М», 300 МПа для труб «ЗВ»). Максимально испытываемое давление
устанавливают 60 МПа. Для сплава «ЗВ» на трубе должны быть проставлены
маркировка предприятия-изготовителя труб, номер партии и номер трубы,
а также должен прилагаться сертификат. Эти трубы обладают высокой
стойкостью против коррозии. Они применяются для трубопроводов
специального назначения, имеющих повышенные требования. Диаметр труб из
материалов «1М» и «7М» менее 114 мм. Трубы «ЗВ» должны выдерживать
испытание на сплющивание до получения зазора, равного 90 % наружного
диаметра.
Латунные трубы изготавливают тянутым или холоднокатаным способом.
Чаще применяют латунные трубы марки Л62, содержащей 62 % меди
и 30 % цинка; мягкие отожженные (М) и полутвердые (ПТ) после
низкотемпературного отжига; кривизна на участке трубы длиной 1 м не должна
превышать 5 мм.
Трубы из алюминиевого сплава применяют отожженные мягкие (м),
тянутые марок «АД» и «АД1» с содержанием 98,8 % алюминия, 0,5 % железа,
0,3 % кремния, сплавов, содержащих 0,6 % марганца.
Полиэтиленовые трубы (ПЭ) обладают малым гидравлическим
сопротивлением, хорошими монтажными свойствами, не отпотевают, не
нуждаются в изоляции и в покрытии грунтом. Примером служит полиэтиленовая
труба среднего типа с наружным диаметром 75 мм и толщиной стенки
7,1 ... 8,1 мм. В трубах из полиэтилена П404-0, П2003К, П2006Т-ШО
максимальный диаметр не превышает 150 мм. В зависимости от номинального
условного давления напорной трубы выпускают легкие (Л) трубы, рассчитан-
з-2078 33

ные на давление 0,25 МПа, средние (С) на номинальное давление
0,6 МПа и тяжелые (Т) на номинальное давление 1 МПа с температурой
20 °С и не выше 49 °С.
ПЭ трубы применяют в балластных системах внутри цистерн с вязкой
жидкостью; в осушительных системах для осушения небольших отсеков, для
измерительных труб льял и осушительных колодцев; в качестве шпигатных
труб выше палубных переборок, труб вентиляции и кондиционирования
воздуха; в качестве наливных, измерительных, воздушных труб, за исключением
труб в грузовых трюмах и на открытых палубах.
Трубы из материала «Лолибутен-1» из ряда полиолефинов, стоящих
после полиэтилена и полипропилена, выпускают следующей модификации:
«Флексален-600», «Флексален-1000», «Флексален-60» диаметром от 16 до 315
мм. Имея способность выдерживать большое внутреннее давление, они
отличаются высокой гибкостью и ползучестойкостью.
ПЭ трубопроводы имеют следующие преимущества:
- срок службы больше стальных труб E0 лет), а прогнозируемый срок
100 лет;
- высокая коррозионная стойкость к транспортируемым жидкостям, не
требуют катодной защиты;
- незначительные затраты на обслуживание, устойчивость к большинству
агрессивных сред (кислотам, щелочам, поверхностно-активным веществам,
спиртам, кетонам, алифатическим углеводородам и горячим полярным
растворителям, включая воду), практически не чувствительны к растрескиванию под
воздействием окружающей среды;
- легче стальных труб в 2 ... 4 раза, следовательно, упрощается монтаж,
транспортировка и хранение;
- высокая механическая прочность;
- повышенная пропускная способность (при одинаковом диаметре на
20 ... 30 % выше, чем у стальных труб);
- возможна многократная заморозка трубопровода без его разрушения
(например, на газовозах и химовозах);
- высокая гибкость и надёжность соединения, что делает их
незаменимыми там, где возможны вибрации и деформации корпуса и различных
механизмов;
- внутренняя поверхность труб практически не зарастает и не
зашлаковывается, поэтому внутреннее сопротивление труб не увеличивается со време-
34

нем, в отличие от диаметра труб, который со временем увеличивается
за счёт характерного для полиэтилена явления ползучести (за весь период
эксплуатации примерно на 3 %);
- сборка и монтаж труб значительно надёжнее, дешевле и проще, занимают
меньше времени и полностью автоматизированы (сведена к минимуму
необходимость контроля качества стыков ультразвуковым методом). Благодаря
простой беспламенной сварке, обеспечивается быстрая установка, лёгкость
прокладки через подготовленные отверстия и выемки, использование больших
пролётов труб, возможность изготовления соединительных деталей из того же
материала, что и трубы (последнее значительно облегчает их установку,
сокращает количество необходимых фитингов и трудозатраты по монтажу);
- экологическая безопасность для окружающей среды;
- возможность простого и надёжного присоединения к уже имеющимся
системам, изготовленным из других материалов;
- устойчивость к тепловому старению;
- высокая сопротивляемость к образованию накипи и отложений;
- низкий уровень шума потока в трубах (шумы потоков воды в трубах
хорошо поглощаются материалом, что создаёт более высокий уровень комфорта
для потребителя по сравнения с трубами, изготовленными из металла).
Кроме того, можно пренебречь изоляцией из-за низкой теплопроводности
полипропилена и избежать образования водного конденсата на внешней стороне
труб (например, коэффициент теплопроводности для полипропилена X =
= 0,24 Вт/(мК); для полиэтилена X = 0,35 Вт/(мК); для железа X = 50 Вт/(мК);
для меди X = 400 Вт/(м-К)).
Система из ПЭ труб состоит из сплошных труб, которые соединяются при
помощи фасонных деталей, таких как фланцевые соединения для втулок с
буртиком, запорная арматура, переходные резьбовые соединения с металла на
полипропилен и с полипропилена на металл, детали для присоединения
арматуры и комплектующие.
Для бытовых систем применяются трубы, изготовленные из сополимерно-
го полипропилена «PP-R100» с коэффициентом запаса прочности 1,25 для
рабочих температур от 10 до 95 °С. Трубопроводы «WEFATHERM»,
«WEFATHERM-STAB1» снабжены алюминиевой оболочкой в основном для
горячей воды. Трубы нового поколения для различных областей применения,
обычно армированные волокном с более низким (на 75 %) коэффициентом
линейного расширения, обозначаются «WEFATHERM-FASER».

Трубы стальные, футерованные полиэтиленом (изнутри покрыты
полиэтиленом) применяют для систем забортной, пресной воды и воздуха, а также
других сред, к которым полиэтилен нейтрален. Снаружи трубы покрывают
антикоррозионными грунтами или смазками. Длина стандартных труб -5 м. Они
условно обозначаются 16-50-ПВП с условными диаметрами от 10 до 200 мм.
Среди неметаллических труб особое место занимают
металлополимерные, представляющие собой сложную многослойную конструкцию с
использованием сшитого (модифицированного) полиэтилена и антидиффузионной
прослойки из алюминия. Тонкая алюминиевая труба с толщиной стенки 0,5
... 2,0 мм покрыта снаружи и изнутри слоем полиэтилена (РЕХ), причём
полиэтилен закреплён на поверхности алюминия клеем. Такие трубы являются
надёжными, их ресурс более 50 лет. Это объясняется тем, что алюминиевая
основа (сердечник) обеспечивает кислородонепроницаемость и частично
компенсирует температурное расширение полиэтилена при повышенных
температурах.
Слой полиэтилена предохраняет трубопроводную систему и её арматуру
от образования гальванических пар с лагунными и стальными элементами,
придаёт гладкость внутренней поверхности и защищает её от обрастания, а
кроме того, снижает коэффициент теплопроводности трубы (не более 0,45
Вт/(мК)), что предохраняет её от запотевания, обеспечивая декоративность и
чистоту наружной поверхности трубы. Металлополимерные трубы
выпускаются наружным диаметром от 16 до 63 мм, свёрнутыми в бухты длиной от 200
до 50 м. Интервал рабочих температур от -40 до +95 °С. Эти трубы легко
гнутся руками, режутся и стыкуются, для их соединения используются
специальные фитинги (иод опрессовку и зажим), что позволяет сократить трудоёмкость
и продолжительность сборки. Для соединения резьбовых фитингов нужны
только гаечные ключи. Недостатком данного вида труб по сравнению,
например, с полимерными является чувствительность к замораживанию в
заполненном водой состоянии.
Металлополимерные трубы могут применяться для различных типов
систем как отдельно, так и в сочетании с другими видами труб. По сравнению с
традиционными системами металлических трубопроводов данная система
обеспечивает высокий уровень устойчивости к химикатам, она не подвержена
воздействию коррозии и сертифицирована для транспортировки химических
продуктов. Внутренняя труба «РЕХ» имеет шероховатость, в 70 раз меньшую
по сравнению со стальной трубой, что обеспечивает снижение потерь давле-
36

ния. Следовательно, при повышенной скорости потока можно использовать
меньшие размеры. Это обеспечивает экономию материалов и снижение
стоимости строительно-монтажных работ.
Трубы для газовых трубопроводов из ПЭ-80 (диаметр 20 ... 400 мм
на рабочее давление 3 ... 6 бар) и трубы из ПЭ-100 (диаметр 20 ... 400 мм на
рабочее давление 6 ... 12 бар). Имеются ПЭ трубы повышенной надёжности
с наружным защитным покрытием из специального термопласта (компания
«Евротрубпласт» (Россия - Италия)), изготавливаемые из специальной марки
полиэтилена повышенной плотности с двойной стенкой, гофрированные
снаружи, с «двухарочной» формой гофра, и гладкие изнутри.
Отличаются высокой химической стойкостью, ударопрочностью и сопротивлением
стиранию.
Трубы компании «Вефатерм» (Германия) из модифицированного
полипропилена PP-R100 обладают большей долговечностью и термостойкостью.
Они имеют в 1000 раз меньшую шероховатость внутренней поверхности, чем
металлические трубопроводы, и поэтому не являются источником
дополнительного шума, возникающего в системе с высоким давлением.
Выдерживают несколько циклов «замораживания-размораживания» воды. Не
требуют покраски после монтажа и в процессе эксплуатации. Они в девять
раз легче металлических трубопроводов, что обеспечивает соответствующую
экономию при монтажных работах. Экологически практически безопасны.
Такие трубы применяются в системах теплоснабжения, холодоснабжения,
вентиляции, кондиционирования и др. с температурой
теплоносителя до 95 °С.
В системах внутренней и наружной канализации применяют трубы из по-
ливинилхлорида (ПВХ) - очень долговечного материала, используемого при
максимальной рабочей температуре 600 °С (постоянной) и кратковременной
до 950 °С. Трубы из ПВХ соединяются с помощью раструбов с
запрессованными резиновыми уплотнениями и силиконовой смазкой, их максимальное
давление составляет 0,5 бар. Обладают повышенной гладкостью внутри
и снаружи, огнестойкостью, высокой ударопрочностью, стойкостью к
воздействию химикатов, не являются канцерогеном, не поддаются коррозии,
собираются быстро, легко и просто.
Отличительной особенностью изделий из ПВХ, по сравнению с другими
полимерными материалами, являются трудное возгорание этого материала, его
самозатухающие свойства, низкая скорость выделения тепла, что делает пер-
37

спективным его применение в качестве каналов для прокладки электрических
кабелей. В процессе длительной эксплуатации не происходит выделения
токсичных веществ, поэтому трубы из ПВХ являются безвредными и не опасны
для здоровья человека. На их внутренней поверхности не образуются
бактериальные и минеральные отложения. В случае применения для водоснабжения
трубопроводы из ПВХ не изменяют вкусовые качества транспортируемой
воды. Диаметры труб и фитингов от 32 до 160 мм, толщина стенки 1,8, 3,2, 2,2,
4,0 мм. Например, металлопластиковые трубы из сшитого полиэтилена
«РЕХ с» «РЕХ Ь» фирмы «Comar Multiskin» (Франция) имеют следующие
преимущества:
- они в три раза легче меди, применяются для давления до 10 бар при
температуре от -25 до +95 °С;
- полностью отсутствует коррозия и накипь, тепловое расширение в 10 раз
меньше, чем у полиэтиленовых труб типа «РЕХ», они нечувствительны к
ультрафиолетовому излучению, легко гнутся, поглощают шум, непроницаемы для
кислорода, более гибки, чем любые другие типы труб, сохраняют свою форму.
Для фитингов применяется лужёная оловом латунь (в системах
отопления и водоснабжения). За рубежом запрещено применение
никелированных фитингов в системах водоснабжения, вызывающих аллергические
реакции у потребителя. Трубы «Изопекс», применяемые в системах
отопления и водоснабжения, имеют следующие параметры: рабочая
температура от -100 до +95 °С, рабочее давление до 10 бар. Эти трубы эластичны,
легко изгибаются, режутся и соединяются при монтаже. Они
изготавливаются методом непрерывного формирования на основе применения
модифицированных полиэтиленовых труб, изолированных пенополиуретаном
и наружной бесшовной гидрозащитной гофрированной полиэтиленовой
оболочкой. Стоимость такого трубопровода ориентировочно в 1,5 раза
меньше, чем трубопровода со стальной трубой, устойчивой к химикатам
и не подверженной коррозии.
Например, разработаны трубы для санитарных систем двойной экструзии
(труба в трубе) от 50 мм до 150 мм из разных пластиков. Наружный слой - ПВХ
с добавлением минералов, внутренний - сополимер стирола. В таком
трубопроводе происходит шумопонижение, т.е. звук отражается от внутреннего слоя,
а наружный слой препятствует распространению шума и вибрации материала.
Отличные температурные характеристики этих труб выдерживают температуру
90 °С, коэффициент температурного расширения - 0,08 мм/(м-К).
38

1.3.2. Применение пенополиуретановых труб
в системах обогрева трубопроводов
Система представляет трубопровод с изолированной пенополиуретановой
трубой из «сшитого» полиэтилена со специальным саморегулирующим
термокабелем, осуществляющим самостоятельное автоматическое регулирование
температуры подогрева несущей полиэтиленовой трубы до температуры +4
°С. Особенностью данной системы является автоматическая регулировка
температуры каждого конкретного участка трубопровода в зависимости от
изменения его внешней температуры.
Принцип действия основан на использовании термокабеля с применением
полимерных материалов, имеющих свойство изменять своё сопротивление в
зависимости от окружающей его температуры. Конструктивно термокабель
крепится в процессе изоляции трубопровода к несущей ПЭ трубе
с помощью специальной фолы ированной самоклеющейся ленты,
выполняющей две функции: крепление кабеля и выделение его тепла в несущую трубу.
Кабель подключается к сети 220 В, второй его конец наглухо изолируется без
замыкания жил. При охлаждении участка кабеля возникает эффект
проводимости в диэлектрике, разделяющем жилы (причем только на том его участке,
где возникла угроза замерзания жидкости). При разогревании происходит
обратный эффект - кабель автоматически перестает потреблять электроэнергию.
Система не допускает замерзания воды, но даже если по каким-либо причинам
это произошло, то это не приведет к разрыву несущей ПЭ трубы.
Например, трубы «Изопрофлекс - Арктик - Комфорт» с теплоизоляцией и
системой электрообогрева «Тепломаг» предохраняются от замерзания
с наименьшими затратами энергии. Основой являются саморегулирующиеся
нагревательные кабели, тепло выделяется в иолупроводящей полимерной
матрице, заполняющей зазор между двумя токопроводящими жилами. При
понижении температуры сопротивление матрицы падает, а тепловыделение
возрастает. Это свойство позволяет создавать безопасные системы обогрева
трубопроводов с переменными по длине трубопровода условиями теплоотдачи.
Монтаж трубопроводов осуществляется методом электромуфтовой сварки
либо другими методами. Кроме нагревательных кабелей система
электрообогрева «Тепломаг» включает распределительную сеть, распределительные
коробки и крепёжные элементы, а также системы управления, терморегуляторы,
датчики температуры трубы и окружающего воздуха, пускорегулирующую и
защитную аппаратуру.
39

1.4. Способы соединения труб
Существуют следующие способы соединения труб: неразъёмные и
разъёмные, фланцевые, штуцерные, фитинговые резьбовые, дюритовые.
Неразъёмные соединения элементов трубопроводов стальных груб
выполняют газовой и электрической сваркой. Соединения медных или латунных
труб производят сваркой или пайкой, алюминиевых - пайкой.
Разъёмные соединения производят с помощью фланцев, штуцеров,
фитингов, дюритов, муфт, фасонных частей колен, тройников, стаканов и др.
(например, быстросцепляющие соединения - гайки Рога для соединения
пожарных шлангов).
Фланцевые соединения применяют для трубопроводов с Dy = 32 ... 500 мм и
давлением до Ру < 6,4 МПа. Соприкасающиеся поверхности фланцев делают
плоскими, а для средних и больших давлений сред изготавливают с круговыми
проточками и выступами (рис. 1.11 а).
Штуцерные соединения (рис. 1.11 в) используют в трубопроводах с Dy =
= 3...32 мм, работающих при различных давлениях до 100 МПа, они удобны при
монтажных работах, обеспечивают плотность соединений, имеют малую массу.
Фитинговые резьбовые соединения (рис. 1.11 б) используют для
соединения водогазопроводных труб со следующими параметрами: Dy = 10 ...
80 мм и Ру до 1,6 МПа при / < 175 °С. Фитинги изготавливают из стали либо
из ковкого чугуна. Для уплотнений этих соединений применяют подмотку из
пакли или льна на сурике и белилах, а также фторопластовую ленту.
Фитинги воздействуют на уплотнения, которые, деформируясь, уплотняют места
соединений муфты с трубами. Этим достигается не только герметичность
соединения, но и достаточная его прочность. Уплотнения изготавливаются
из специального синтетического материала. Принцип работы этого
устройства аналогичен предыдущему, за исключением того, что в нем фланцевое
соединение заменено накидными гайками, обеспечивающими герметичность
соединений труб.
Для трубопроводов применяются следующие типы фитингов: отводы,
тройники, муфты, крестовины, патрубки для прочистки, компенсационные
патрубки, переходные патрубки с одного диаметра на другой, с пластика на
чугун, пробки, вакуумные клапаны. В трубопроводах при давлении
до 4 МПа и условном проходе от 32 до 600 мм иногда применяются
специальные соединения (рис. 1.12), обеспечивающие возможность небольшого
40

б)
г)
Рис. 1.11. Разъемные соединения трубопроводов:
а фланцевое с выступом; б- фитинговое резьбовое, муфтовое:
/ - контргайка; 2 - резьбовая муфта, 3 - труба;
штуцерное: / труба; 2 - наконечник; 3 - накидная гайка; 4 - прокладка;
штуцер; г дюритовое: /- труба; 2 - стяжной хомутик; 3 - дюритовая муфта
а)
б)
. #^1 /
Рис. 1.12. Специальные соединения труб: а-типа «Юниор»;
б - стандартное с центрирующими болтами:
/, 4 -- соединяемые трубы; 2 - фланец; 3 - болт;
5 - уплотнения; б - муфта; 7 - накидные гайки

относительного перемещения труб, а также излом оси в пределах 5 ... 6°.
Уплотнение в этом соединении достигается стягиванием свободных фланцев 2
болтами 3 (рис. 1.12 б). В результате промежуточная муфта 6 воздействует
на сальник 5, который, деформируясь, уплотняет место соединения муфты 6
с трубами 1 и 4 (рис. 1.12 а). Этим достигается не только герметичность
соединения, но и достаточная его прочность. Уплотнения изготавливаются из
специального синтетического материала. Принцип работы устройства
аналогичен предыдущему, за исключением того, что фланцевое соединение заменено
накидными гайками 7.
Дюршповые соединения (см. рис. 1.11 г) представляют собой
цилиндрические муфты, состоящие из нескольких прорезиненных слоев ткани, т.е.
соединения с помощью резиновых муфт и стяжных металлических хомутов (рис. 1.13).
Плотное прилегание и удержание муфты обеспечивается кольцевыми муфтами
высотой 1,5 ... 2 мм или приваркой проволочных колец на концах труб. Их
легко монтировать, они эластичны, способствуют снижению вибрации
и уменьшают массу последних. Их нельзя использовать в противопожарных
системах. Основным недостатком этих соединений является быст рое
разрушение резины (срок службы 2 ... 3 года). Они приме- няются для соединения труб,
в которых рабочей средой могут быть масло, вода, сжатый воздух, с трубами
размером Dy = 3 ... 50 мм, давлением Ру< 1,6 МПа и температурой / < 130 °С.
а) б)
Рис. 1.13. Хомуты для фиксирования «концентрического» сочленения:
а - «стремяночный» хомут; б - хомут с двумя болтами; в - хомут
для фиксирования раструбного сочленения; г - хомут со стяжным болтом
42

Быстросцепляющее соединение шланга с металлическим трубопроводом
(рис. 1.14) применяется на пневматических магистралях с давлением воздуха
до 6 бар и изготавливается из нержавеющей стали. Это очень простое и
быстрое соединение/разъединение, герметичное, обеспечивающее вращение
шланга с помощью шариков в механизме.
Соединительные муфты (хомуты) применяются в судовых системах для
различных соединений (рис. 1.15).
Компактные соединители для труб обеспечивают экономное и надежное
соединение труб с гладкими концами, а также пластмассовых и металлических
труб, в особенности труб из высококачественной стали.
Рис. 1.14. Быстросцепляющее соединение шланга
с металлическим трубопроводом:
а - шланг и трубопровод разъединены; б - шланг
и трубопровод в соединении
Рис. 1.15. Быстро сцепляющая/разъединяющая муфта (соединение с фланцем
манифолда): / - судовой фланец; 2 - центрирующий замок; 3 - сцепляющее устройство
43

ш&-
11
Рис. 1.16. Типичное соединительное грузовое устройство на терминале для соединения
с судовым манифолдом газовоза: 1 - нижнее стопорное устройство;
2, 7,8- приводной цилиндр наружного, внутреннего рукава, и механизма поворота,
соответственно; 3, 13 - внутренний, наружный рукав соответственно; 4 - приводной
кабель; 5 - тормоз; б, 10 - шкиф; 9 - противовес; 11 - фланец соединения
к береговому трубопроводу; 12 - гибкий гидравлический шланг; 14 - сдвоенный клапан
(аварийного отключения)
44

Трубопровод подачи и удаления газов, жидкостей и твердых веществ
можно удобно и надежно соединить с помощью нескольких ручных приемов
даже при условии стесненного места для монтажа.
На газовозах для подключения грузового манифолда к берегу
применяются быстросцепляющие муфты, которые обеспечивают герметичную и
надежную подачу груза до 4000 л/мин (см. рис. 1.15), либо специальное
грузовое устройство на терминале для соединения с судовыми манифолдами
(рис. 1.16).
1.5. Прокладки и сальниковые набивки
1.5.1. Свойства материала прокладок
ГЗ соединениях труб и арматуры для обеспечения герметичности
применяются уплат кишел ьн ые устройства {уплотиительные прокладки),
которые классифицируются по степени герметичности и характеру действия:
абсолютно герметичные соединения; неподвижные (фланцевые, штуцерные
и пр.); подвижные (уплотнения шпинделей, поршней и пр.); устройства
периодического действия, или узлы затворов (уплотнения тарелки
и седла арматуры). Герметичность неподвижных соединений труб
достигается за счет размещения между уплотняемыми деталями мягкого
эластичного элемента (прокладки).
Материал прокладок должен обладать следующими свойствами:
- герметичностью соединения при незначительных усилиях обжатия;
- способностью сохранять свои упругие свойства при искривлении уплот-
нительных поверхностей;
- достаточной упругостью для восприятия внутреннего давления и
температурных удлинений трубопровода, во избежание повреждения уплотняемых
поверхностей;
- устойчивостью против разъедающего действия среды, протекающей
через трубопровод;
- стойкостью при изменении температуры;
- способностью сохранять как можно дольше в процессе эксплуатации
уплотиительные свойства.
Для уплотнения соединяемых между собой при монтаже труб и арматуры
применяют прокладки из различных материалов, представляющие собой
кольца, изготовленные из мягких материалов или металла. При монтаже трубопро-
45

водов их устанавливают между фланцами, а в штуцерных соединениях -
между ниппелем и штуцером.
Обычно в судовых соединениях трубопроводов применяют прокладки
из паронита, клингерита, резины, картона, асбеста, меди, фибры, пластмассы
и других материалов. Для трубопроводов пара высокого давления могут
применяться стальные прокладки особой конструкции. Выбор формы и
материала прокладки обусловливается родом рабочей среды и ее параметрами,
удельным усилием обжатия, удельным давлением на нее в период
эксплуатации, ползучестью материала прокладки и фланцев. Например, для
забортной воды применяются резина и ткани, пропитанные суриком; для пресной
воды - паронит, асбест; для нефти, мазута, масел - прессшпан; для бензинов,
керосина - картон, облицованный медной фольгой; для рассола - резина; для
водяного пара - паронит, отожженная медь; для сжатого воздуха - мягкая
сталь, паронит, отожженная медь; для газовоздушной среды - резина, фибра,
свинец, прессшпан.
В зависимости от материала прокладки подразделяются на
металлические, неметаллические и комбинированные', по форме делятся на плоские,
круглые, зубчатые, линзовые, гофрированные и ромбические. Правильно
подобранные и установленные уплотнительные прокладки позволяют значительно
сократить затраты на обслуживание и ремонт оборудования, сделать более
безопасным процесс его эксплуатации.
Наблюдается тенденция перехода от старых асбестосодержащих
уплотнений к современным безасбестовым уплотнениям. Причиной для этого
служат негативные последствия, вызванные применением асбеста. Особую
опасность представляет асбестовая пыль. Поэтому для повышения
безопасности людей и экологичности созданы уплотнения на основе углеродных,
искусственных и стеклянных химических волокон. Среди безасбестовых
материалов доминируют терморасширенный графит (ТРГ) и волокнистый
фторопласт. Графитовые уплотнения с фторопластовым покрытием
обладают исключительными эксплуатационными характеристиками. Графитовый
наполнитель обеспечивает пластичность, упругость и стойкость уплотнения
к циклическим нагрузкам. В табл. 1.2 показаны преимущества графитофто-
ропластовых уплотнений по сравнению с уплотнительными материалами на
основе асбеста и графита.
Фторопластовые покрытия исключают коррозионное воздействие на
уплотняемые поверхности, обеспечивают стойкость к агрессивным средам, по-
46

вытают антиадгезионные свойства и экологичность. К примеру, паронит,
содержащий асбест, не обладает достаточной упругостью и подвержен
релаксации, особенно в условиях циклических нагрузок. Все это, в свою
очередь, вызывает ослабление затяжки уплотнения и, как следствие, - потерю
герметичности. Уплотнения из ТРГ обладают хорошей упругостью,
пластичностью и стойкостью к циклическим нагрузкам, чем и обеспечивают
надежную герметизацию.
Таблица 1.2
Сравнительная характеристика асбестосодержащих, графитовых
и графитофторопластовых уплотнений
Характеристики
Прочность
Упругость
Пластичность
Долговечность
Гибкость
Термостойкость и
термостабильность
Стойкость к
агрессивным средам
Лнтиадгезионные
свойства
Стойкость к
циклическим нагрузкам
Возможность
повторного использования
Экологичность
Асбестосодержащие
уплотнения
Удовлетворительная
Низкая
Низкая
Низкая
Высокая
Низкая
Низкая
Низкие
Низкая
Низкая
Низкая
Графитовые
уплотнения
Удовлетворительная
Высокая
Удовлетворительная
Высокая
Низкая
Высокая
Удовлетворительная
Удовлетворительные
Высокая
Низкая
Высокая
Графито-
фторопластовые
уплотнения
Высокая
Высокая
Высокая
Высокая
Высокая
Ограниченная
Превосходная
Высокие
Высокая
Высокая
Превосходная
При использовании асбестовых уплотнений имеет место коррозия
уплотняемой поверхности. В практике эксплуатации систем отмечались
случаи, когда прокладка «прикипала», а после ее удаления на поверхности
оставались коррозионные неровности.
Графитофтороиластовые уплотнения даже при длительном контакте не
поддаются коррозии и реакции с рабочей средой, так как ТРГ и ПТФЭ
являются инертными материалами. Такой уплотнитель остается практически
невредимым и может быть использован повторно, тогда как традиционные аналоги
крошатся и рассыпаются.
47

Графитофторопластовые уплотнения имеют практически неограниченный
срок эксплуатации (ресурс работы соответствует указанному в технической
документации на оборудование). Графитовая набивка, плакированная
фторопластом, отличается более низким коэффициентом трения, отсутствием силовой и
тепловой адгезии к штоку, высокими антикоррозионными свойствами. Она
удобна в работе, не обсыпается и не распушается при нарезке, обеспечивает
герметизацию даже в изношенных сальниковых камерах.
Графитофторопластовая фланцевая лента и фланцевая прокладка с
державкой при установке и извлечении позволяют формировать уплотнение
сложной формы и нестандартного размера, гарантируют точную центровку на
гладких фланцах и легкий демонтаж трубопроводов, присоединительных
фланцев арматуры и т.п.
Температура и давление - наиболее важные параметры для правильного
выбора уплотнений. Графитофторопластовые уплотнения выдерживают
температуру от -60 °С до +260 °С. Ленточные уплотнения и прокладки могут
работать при максимальном давлении рабочей среды до 25 МПа,
сальниковая набивка - до 14 МПа. Кроме того, эти уплотнения хорошо выдерживают
циклические нагрузки. Ленточная технология позволяет вместо вырубки
прокладок из листовых материалов сформировать уплотнение прямо на
уплотняемой поверхности, за счет чего снижается время изготовления,
а главное, не остается отходов. Ленточные уплотнения эффективно
используются для герметизации как стандартных, так и нестандартных фланцевых
соединений различной формы, в том числе большого размера. Из ленты
можно сформировать прокладку заданного радиуса по нужному контуру.
При этом наличие гофров позволит выполнить это аккуратно, не прилагая
дополнительных усилий. Клеевой слой облегчает монтаж и дает
возможность без труда уплотнить поверхности, находящиеся под любым углом, что
максимально повышает качество герметизации.
1.5.2. Классификация и подбор прокладок
Приведем основные характеристики существующих видов прокладок
в зависимости от материалов и назначения.
Резинотехнические прокладки из фторсодержащей резиновой смеси
ИПР-1287 ТУ 380051166-98 применяются для торцевых уплотнений насосов,
а также для задвижек, для герметизирующих манжет и защитных крышек
для разборных трубопроводов с диаметром от 10 до 500 мм и Ру = 3,0 МПа,
48

галтельных муфт для ремонта дефектов поперечных сварных швов
трубопроводов. Они отличаются высокой теплостойкостью, химической инертностью,
удовлетворительными диэлектрическими свойствами, невоспламеняемостью,
хорошими физико-химическими свойствами, в том числе стойкостью к
абразивному износу.
Линзовые прокладки служат для уплотнения трубопроводов пара и
питательной воды. При применении линзовой прокладки уплотнение происходит
но узкой кольцевой полоске. Для надежной работы соединения материал
прокладки должен быть мягче, чем материал фланцев.
Полые прокладки характеризуются повышенной упругостью и меньшими
усилиями обжатия по сравнению с плоскими и зубчатыми прокладками.
Полые прокладки изготавливают из трубок нержавеющей и малоуглеродистой
стали, медно-никелевого сплава с толщиной стенки 0,15 ... 3,0 мм. Для
предохранения полых прокладок от растяжения устанавливают кольцо или бурт.
Полые прокладки с отверстиями на внутренней стороне, благодаря эффекту
самоуплотнения, могут обеспечивать герметичность соединения при давлении
рабочей среды до 35 МПа.
Гофрированные прокладки штампуют из тонколистового проката
толщиной 0,25 ... 0,8 мм. Шаг между гофрами составляет 1,2 ... 6 мм, а высота
гофров - от 0,6 мм до 3 мм, исключаются протечки рабочей среды за пределы
арматуры. Гофры обеспечивают возможное их сжатие и растяжение.
Сильфонные уплотнительные устройства изготавливаются из
нержавеющей стали либо из титановых сплавов. Недостатком их является высокая
стоимость изготовления и неремонтопригодность при выходе их из строя.
Ромбические прокладки из меди применяют для уплотнения
штуцерных соединений. Перед установкой прокладки отжигают при температуре
600 ... 650 °С.
Неметаллические прокладки характеризуются высокой упругостью,
меньшими усилиями обжатия, но имеют относительно низкую прочность. Из
резины, асбеста, фторопласта изготавливают плоские прокладки в виде
шнуров круглого и квадратного сечения.
Толщину прокладок выбирают в зависимости от условного прохода:
около 1 мм при Dy = 20 ... 100 мм, 1,5 мм при Dy = 100 ... 250 мм, более 2,3 мм
при Dy = 250 мм и более. Толщину прокладок из резины принимают на 0,5 мм
больше обычных.
4-2078
49

Основным недостатком сальниковых устройств является пропуск рабочей
среды в помещение. Этот недостаток отсутствует в сильфонных уплотнитель-
ных устройствах, в которых имеются полые ёмкости.
Среди металлических прокладок наиболее распространены плоские,
изготавливаемые из листа, круглые - из проволоки и зубчатые - посредством
механической обработки. Для плоских и зубчатых прокладок требуется
значительное усилие обжатия. Кроме того, для них характерно низкое упругое
восстановление. Металлические прокладки, которые устанавливают на
паропроводах, должны быть покрыты слоем мастики с графитовой обмазкой.
Толщину паронитовых прокладок выбирают в зависимости от условного
прохода труб по отраслевой нормали. Так, при Dy от 20 до 250 мм толщина
прокладки должна быть 1,5 мм, а при Dy от 250 до 350 мм - 2 мм.
Резиновые прокладки для труб аналогичных диаметров ставят на 0,5 мм
толще. Проходящие по трубопроводам под давлением вода, пар, воздух,
нефть, масло и другие вещества могут при достаточно плотных фланцевых
соединениях труб просачиваться через сальники, установленные на арматуре
трубопровода. Во избежание такой утечки сальники набивают плетеным
шнуром, материал которого выбирают в зависимости от проводимой в
трубопроводе среды. Трубопроводы должны быть надёжно закреплены с набором
корпуса или установлены на специальные опоры. На трубах, проходящих через
водонепроницаемые перегородки и палубы, устанавливаются стаканы или
приварыши, предотвращающие проникновение воды.
Прокладка трубопроводов воды через танки топлива и масла, а также
топливных и масляных трубопроводов через водяные цистерны допускается
только в нефтенепроницаемых туннелях. В самых низких местах водяных
труб устанавливаются пробки для спуска воды. Паровые трубопроводы
должны иметь спускные краны или конденсатоотводчики. Последним
достижением в области уплотнительных материалов является ассортимент
безасбестовых уплотнительных материалов: набивок сальниковых графитовых,
углеродных, фторопластовых и комбинированных, а также уплотнительных
лент из экспандированного PTFE (политетрафторэтилена). Эти уплотнитель-
ные материалы обладают следующими неоспоримыми преимуществами по
сравнению с другими материалами: выдерживают давление до 60 МПа,
температуру до +600 °С в контакте с воздухом или паром в инертной атмосфере
или вакууме; не стареют, не теряют упругих свойств и пластичности со
временем; экологически чисты; имеют низкий коэффициент трения. Терморас-
50

ширенный графит очень эластичен, поэтому практически не оказывает
воздействия на соприкасающиеся с ним поверхности (шток задвижек, клапанов,
валы насосов). Уплотнения из ТРГ многофункциональны, работают в
кислотах, щелочах и прочих агрессивных жидкостях и растворах, органических
растворителях, нефти и питьевой воде.
В сальниковых устройствах арматуры применяются следующие материалы:
- ХБС (хлопчатобумажная набивка сухая) или ХБП (хлопчатобумажная
набивка пропитанная), применяемая для воды, воздуха, нефтепродуктов до
давления 20 МПа и температуры до 100 °С;
- набивка ПС (пеньковая сухая) или ПП (пеньковая пропитанная),
используемая для воды, воздуха, нефтепродуктов при давлении до 16 МПа
и температуре до 100 °С;
- графит для арматуры (вода, пар и другие среды при температуре более
550 °С);
- АС (асбестовая сухая набивка) и АП (асбестовая пропитанная) для
воздуха с температурой до 300 °С и при давлении до 1,5 МПа и агрессивных газов
и паров с температурой до 400 °С и давлением до 4,5 МПа;
- фторопласт У-полимерный материал для уплотнения арматуры, корро-
зионно-активных сред с температурой до 200 °С и давлением до 10 МПа.
1.6. Покрытия, компенсаторы и вспомогательные
устройства
1.6.1. Покрытия труб и устройств
Точечная коррозия грузовых танков появляется обычно после четырех лет
эксплуатации. Причинами ускоренной коррозии внутренних поверхностей
танков являются следующие:
- недостаточная коррозионная стойкость стали с высоким
сопротивлением на разрыв, которая часто используется при строительстве танкеров
с двойным корпусом;
- листы внутреннего дна и настила палубы двухкориусных судов тоньше,
чем на танкерах с одинарным корпусом;
- в балластном переходе грузовые танки остаются незаполненными,
в результате в них создается агрессивная среда, ускоряющая коррозию;
- присутствие микроорганизмов, способствующих коррозии и
образованию бактерий в оставшейся воде и отстое;
4*
51

- повышенная температура, в связи с отсутствием в двойном корпусе
эффективного охлаждения забортной водой.
Негативное воздействие коррозии может исключить все преимущества
безопасности, создаваемые двойным корпусом. Это воздействие
сопровождается высоким риском образования за 7 ... 10 лет эксплуатации мелких
отверстий на месте точечной коррозии и утечкой нефти в балластные танки,
находящиеся между корпусами, а также риском снижения прочности
конструкций.
Наиболее эффективным с точки зрения затрат и практики эксплуатации
судна является нанесение высококачественного покрытия в грузовых танках
при его постройке. Особое значение для сохранения покрытий является
обеспечение доступа в танки и их вентиляция, а также предотвращение
проникновения груза в незаполненные отсеки или балластные танки.
Существует такой вид разрушений покрытия грузовых танков, как
небольшие вздутия или сколы покрытия (блистеры), возникающие вследствие
нарушения технологии перевозки грузов или мойки танков.
Для защиты от коррозии рекомендуется применять современные надёжные
покрытия ВМП (высокодисперсные металлические порошки), отвечающие
мировым стандартам. Ассортимент защитных материалов ВМП включает:
- цинконаполненные композиции ЦИНОТАН, ЦИНОЛ, ЦВЭС, ЦИНЭП,
ЦИНОТЕРМ, шпатлёвки ЦИНМАСТИК, которые отличаются содержанием
порошка и типом связующего; они защищают сталь по катодному
механизму, подобно цинковым металлическим покрытиям (как «холодное» оцинко-
вание стали);
- эмали на полиуретаыовой основе АЛЮМОТАН, ФЕРРОТАН, ПО-
ЛИТОН-УР. Полиуретановые материалы обладают уникальным
комплексом свойств, сочетая механическую прочность, устойчивость к
абразивному износу, эластичность и повышенную химическую прочность, в том
числе к воздействию нефти, нефтепродуктов, растворов солей, кислот
и щелочей. Срок межремонтной службы составляет более 10 ... 15 лет.
Наносятся обычными лакокрасочными средствами, допускается окраска при
отрицательных температурах (до -150 °С) и повышенной влажности
воздуха (до 98 %).
Долговременная защита обеспечивается при применении этих материалов
в комплексных системах покрытий по схеме цинконаполненная композиция
(грунт) и эмаль (покрывной слой).
52

На границе раздела металлической поверхности грузового танка с
жидким грузом может произойти отрицательный физико-химический процесс -
полимеризация, который сопровождается образованием густой каучукооб-
разной массы. Её практически невозможно удалить ни химическим, ни
механическим способом в условиях эксплуатации танкера, поэтому остаётся
единственный вынужденный способ - вывод судна из эксплуатации с
удалением (вырезом) всего повреждённого корпуса трюма. Причиной
возникновения такого аварийного процесса является нарушение режима сохранения
и перевозки жидкого груза, особенно в отношении поддержания постоянного
рекомендованного температурного режима, а также влажности и внешних
условий транспортировки.
Наиболее эффективным методом защиты балластных танков от коррозии
является система электролитической очистки балластных танков морских
судов, которая рекомендуется к применению в случаях, если другие методы
очистки технически невозможны или экономически нецелесообразны.
Магниевые ленты устанавливаются в балластных танках с помощью сварки или
струбцин. На каждые 15 йог. м ленты необходим один электрический контакт.
Расстояние между лентой и очищаемой поверхностью должно быть примерно
50 см. После проверки электрического контакта между лентой и корпусом
балластные танки заполняются морской водой, в которой начинается
электролитический процесс. Чем больше соленость морской воды и выше
температура, тем активнее происходит реакция. Водород, выделяемый в процессе
реакции, должен иметь возможность беспрепятственно покидать балластный танк.
В радиусе 3 м от места выхода водорода должны быть запрещены курение
и проведение огневых работ. Известковый слой, образующийся на
поверхности в процессе реакции, способствует отслоению ржавчины, непрочно
держащейся краски и других загрязнений. Известковый слой серого цвета, мягкий и
легко удаляется во влажном состоянии водой под высоким давлением
(примерно 600 бар).
После выборки продуктов очистки балластные танки необходимо
высушить, используя специальное оборудование, после чего поверхность готова к
установке жертвенных анодов и покраске.
1.6.2. Компенсаторы тепловых расширений
Для обеспечения надежной эксплуатации судовых систем, паропроводов,
систем забортной воды, перекачки жидких и газовых нефтепродуктов широко
53

применяются различные устройства, компенсирующие осевые, сдвиговые
и угловые перемещения трубопроводов.
Современным способом продления срока эксплуатации трубопроводных
систем является использование компенсаторов, так как они помогают
предотвратить различные процессы, происходящие в трубах из-за
периодических изменений температуры стенки труб, давления и разного рода
вибраций. Отсутствие компенсаторов на трубах может привести к таким
нежелательным последствиям, как изменение длины трубы, ее расширение либо
сжатие и в дальнейшем - к разрыву трубопровода.
Существуют компенсаторы трубные П-образной формы, сальниковые,
линзовые и сильфонные. Наиболее простым способом является применение
естественной компенсации за счет деформации самого трубопровода с
использованием при этом колен П-образной формы.
б)
Рис. 1.17. Сальниковый (а) и линзовый (б) компенсаторы
Условные обозначения:
1,3- трубы; 2- набивка; 4 - направляющий патрубок;
5 - вставка; б - фланец; 7 - полулинза; 8 - пробка
54

Сальниковые компенсаторы (рис. 1.17 а) характеризуются большой
компенсирующей способностью, простотой конструкции и изготовления,
применяются только для компенсации прямых участков трубопроводов пара
и выпускных газов (при Ру до 1,6 МПа и / до 400 °С), в случае износа
набивки не обеспечивая герметичности соединения. Имеют ряд серьезных
недостатков. С одной стороны, сальниковый компенсатор может обеспечить
компенсацию любых по величине осевых перемещений, с другой - сейчас не
существует сальниковых уплотнений, способных обеспечивать
герметичность трубопроводов с горячей водой и паром в течение длительного
времени. В связи с этим требуется регулярное обслуживание этих компенсаторов,
но даже это не спасает от протечек теплоносителя, а значительно усложняет
их, делая более дорогими.
Линзовые компенсаторы применяются для трубопроводов
отработавшего пара и газов (Ру <1,0 МПа и / < 300 ... 500 °С) в основном в
тепловых системах, газовых магистралях, водо- и нефтетрубопроводах
(рис. 1.17 б). Они способны воспринимать осевые и радиальные усилия,
обладают компактностью и герметичностью, но сложны в изготовлении.
Количество линз принимается в зависимости от необходимой компенсирующей
способности, на которую влияют диаметр и толщина стенки линз. Жесткость
этих компенсаторов такова, что для их деформации требуются значительные
усилия. При этом линзовые компенсаторы обладают весьма низкой
компенсирующей способностью по сравнению с другими типами компенсаторов,
к тому же их изготовление является достаточно трудоемким, а большое
количество сварных швов (что вызвано технологией изготовления) снижает
надежность этих устройств.
Компенсаторы сильфонного типа (рис. 1.18). Наиболее
предпочтительным в настоящее время является применение данных компенсаторов, которые
не дают утечек и не требуют обслуживания.
Основной частью сильфонного компенсатора является сильфон -
упругая гофрированная металлическая оболочка, обладающая способностью
растягиваться, изгибаться или сдвигаться при изменении температур или
давления и при вибрации. Сильфонные компенсаторы имеют малые габариты
и могут устанавливаться в любом месте трубопровода при любом способе
его прокладки. Срок их службы, как правило, соответствует сроку службы
трубопроводов.
55

mm
^
|м0г
Рис. 1.18. Внешний вид сильфонных компенсаторов и сильфонных компенсационных
устройств различных конструкционных исполнений
Сильфонные компенсаторы применяются при давлениях среды до 6,4 МПа
и представлены в различном конструкционном исполнении (Dy = 5 ... 1800 мм,
температура проводимых сред от -250 °С до +1000 °С, Ру до 100 бар).
Схема сильфонного компенсатора с основными его геометрическими,
прочностными и жесткостными характеристиками показана на рис. 1.19.
G
i
cf
1
1
т
1
II
/ 2 3
\ \ \
4
ЩГ^гу.^^^
[Г
<
1 1
\т L
"^
k
сх
\ЛХ
Г*-
Рис. 1.19. Сильфонный компенсатор: cr Ax ,cv, Ay - направление и величина
перемещений трубы в осевом и радиальном направлении; У - кожух;
2 - сильфон; 3 - направляющий патрубок; 4 - фланец
Несмотря на сложность изготовления, сильфонные компенсаторы
находят более широкое применение, так как отличаются вибростойкостью
и надежностью в работе. Так, эти компенсаторы, имеющие срок службы
25 000 ч, в течение 2000 ч работают без осмотров. Для надежной работы
необходимо, чтобы они были разгружены от массы трубопровода и его
арматуры и удалены на расстояние не менее 25 мм от соседних трубопроводов
и оборудования.
Применяются на газопроводах природного газа для компенсации
деформаций газопроводов, возникающих при монтаже и в процессе эксплуата-
56

ции. Данный тип компенсаторов обеспечивает надежную и эффективную
защиту трубопроводов от статических и динамических нагрузок,
возникающих при деформациях, вибрации и гидроударах. При изготовлении сильфо-
нов из высококачественных нержавеющих сталей сильфонные компенсаторы
способны работать в самых жестких условиях с температурами рабочих сред
от «абсолютного нуля» до 1000 °С и воспринимать рабочие давления от
вакуума до 10 МПа в зависимости от конструкции и условий работы.
Под воздействием температуры рабочей или внешней среды трубопровод
удлиняется или укорачивается на величину А/ пропорционально следующим
параметрам:
- первоначальной длине /;
- коэффициенту температурного расширения материала трубопровода а
(например, для стали а = 12,7- Ю 1/град; для алюминия а = 25,3 • Ю 1/град);
- изменению температуры А/.
Температурное удлинение трубопровода определяется по формуле
А/ = а7-А/.
При тепловом расширении трубопровода возникает усилие, действующее
на точки его закрепления и определяемое но формуле
р = о( = E-n-a-(dH - d2) • А/ / 4,
где а - напряжение сжатия, кПа;
Е - модуль упругости материала трубопровода, равный для стали 216 кПа;
с/и - наружный диаметр трубы, м;
с/2 - внутренний диаметр трубы, м;
( - площадь поперечного сечения трубопровода, м2.
При разности температур не более 30 °С самокомпенсация тепловых
удлинений трубопровода обеспечивается упругим сжатием трубы и
рациональной трассой трубопровода, при которой тепловые удлинения его
отдельных участков воспринимаются деформациями изгиба и кручения
смежных участков.
Если естественная конфигурация не обеспечивает компенсацию его
тепловых удлинений, то устанавливают специальные компенсаторы. Как правило,
в судовых трубопроводах на прямых участках паровых труб и газопроводов
длиной более 10 м роль компенсаторов выполняют гнутые участки труб
(конструктивные изгибы, повороты, отводы), а в трубопроводах пара - У7-, U-,
5-образные участки труб, которые применяются при любых параметрах пара.
57

Трубопровод требует обязательной установки компенсаторов, что вызывает
значительное дополнительное его гидравлическое сопротивление, увеличивает
массу и стоимость, усложняет эксплуатацию.
Диаметр линз, определяемый наружным диаметром трубопровода,
обычно принимается равным 2,5 ... 3,5 dn Толщина стенки линз составляет 2,5 ...
5 мм, а их толщина - 25 ... 50 мм. В зависимости от соотношения диаметра,
толщины линз и их стенки компенсирующая способность одной линзы
находится в пределах от 7 до 15 мм. Направляющий патрубок внутри установлен
для снижения гидравлического сопротивления.
Резинометаллические компенсаторы, устанавливаемые на
трубопроводах системы газовыпуска ДВС и ГТД (рис. 1.20), обладают хорошими шумо-
защитными свойствами.
Рис. 1.20. Резинометаллический компенсатор: 1, б - трубы; 2 - охлаждаемая полость;
3- полулинза; 4 - обечайка; 5 - направляющий патрубок
Возрастающая энергонапряженность систем в связи с увеличением
расходов, температур, давлений и скоростей перемещаемых сред приводит
к необходимости совершенствования конструкций компенсирующих
устройств, особенно сдвиговоповоротных типов. Существующие конструкции
сильфонных компенсаторов (СК) не отвечают в полной мере современным
требованиям ни по компенсирующим характеристикам, ни но ресурсу
надежной эксплуатации. Так, компенсаторы сдвиговоповоротного типа с
условным проходом от 65 до 400 мм для условных давлений от 0,63 до 1,6 МПа
содержат гибкую оболочку - сильфон, на концах которого установлены
фланцы или патрубки.
58

Элементами, задающими сдвиговые и поворотные перемещения, а
также воспринимающими осевую нагрузку, являются тросовые тяги,
закрепленные на фланцах и охватывающие сильфон снаружи. Количество тросовых тяг
равно двум или четырем, в зависимости от нагрузки, определяемой
распорным усилием в трубопроводе. Такие компенсаторы обеспечивают при
наличии двух тросовых тяг сдвиг и поворот строго в одном направлении, при
наличии четырех тросовых тяг - только сдвиг, но в любом направлении.
С целью расширения технических возможностей компенсаторов этого
типа создана новая конструкция компенсатора, в которой силовое замыкание
обеспечивает однозвенный тонкий упругий стержень, расположенный вдоль
продольной оси компенсатора, который воспринимает распорные усилия,
позволяя за счет его упругой деформации компенсировать как угловые, так
и сдвиговые взаимные перемещения фланцев (патрубков) компенсатора. Такие
компенсаторы наиболее полно обеспечат потребности судостроения в
компенсаторах сдвиговоповоротного типа в диапазоне давлений 0,6 ... 1,6 МПа
с условным проходом до 500 мм.
Рост объемов морских перевозок нефтегазовых продуктов обусловливает
увеличение потребности в СК сдвиговоповоротного типа с более высокими
параметрами (давлением 6,3 МПа и выше) для терминальных и приемных
устройств заполнения танков. В области средних и высоких давлений рабочих
сред в мировой практике широко применяют компенсаторы сдвиговоповорот-
ных перемещений, силовое «замыкание» которых выполнено с помощью
жестких тяг на карданных крестовинах, представляющих собой шарнирные пары
трения, которые охватывают конструкцию сильфонных компенсаторов (СК)
снаружи. Например, испытания поворотных СК с параметрами Dy = 500 мм,
Ру= 1 МПа с углом поворота 5° показали увеличение перестановочного
момента в 2 раза (с 4,4 кНм до 8,8 кНм) после наработки N = 10 000 циклов.
Недостатками такой конструкции СК на карданных крестовинах, закрепленных
снаружи, являются:
- возникновение дополнительных изгибающих моментов ввиду разнесения
шарнирных узлов относительно центра приложения распорного усилия,
приводящее к увеличению жесткости, а, следовательно, металлоемкости конструкции
изделия и дополнительной трудоемкости ее изготовления;
- появление деформаций в элементах крепления шарнирных узлов от
значительных изгибающих моментов, которые приводят к возникновению
кромочных эффектов непосредственно в шарнирных парах, что способствует
59

ускоренному износу пар трения и повышению составляющей сопротивления
перемещению в процессе эксплуатации;
- конструктивное исполнение устройства шарнирных звеньев в виде
нескольких пар, которое приводит к сосредоточению нагрузки в локальных
областях, и, следовательно, к значительным деформациям элементов
крепления тяг и патрубков компенсатора, что способствует появлению кромочных
эффектов в шарнирах, повышая тем самым составляющую сопротивления
перемещению в процессе эксплуатации.
Конструкция компенсатора позволяет снизить силы трения в шарнирных
парах. Это достигается за счет подачи под давлением смазочной жидкости на
контактирующие поверхности сферической пары и получения тонкого
жидкостного слоя с малым коэффициентом трения. Необходимые расход и давление
смазочной жидкости, обеспечивающие требуемую величину зазора,
достигаются регулировкой дросселя и напорного золотника.
1.6.3. Вспомогательные элементы трубопровода
Гибкие шланги изготавливаются Dy от 6 до 600 мм в оплётке и без,
рассчитаны на давление до 25 бар и температуру от -270 °С до + 1000 °С.
Штуцерное соединение и маркировка шлангов показаны на рис. 1.21.
2-я позиция 1 -я позиция Моечная машинка
Рис. 1.21. Штуцерное соединение и маркировка шлангов
В паропроводах применяют трубчатые, сальниковые, линзовые, сильфон-
ные и шланговые компенсаторы. Выбор типа компенсатора определяется родом
рабочей среды и ее параметрами. Компенсатор типа КСРП (компенсатор силь-
60

([зонный разгруженный паровой) обладает хорошей вибростойкостью и
надежностью в работе и применяется в условиях ограниченного давления до 3,6 МПа
при гемперагуре до 350 °С. Сложность изготовления и охват малых условных
диаметров труб ограничивают применение таких компенсаторов при
подсоединении к сильно вибрирующим механизмам.
Схема шлангового компенсатора из профилированной ленты, навитой по
спирали и спаренной по кромке, для паропроводов среднего и высокого
давления показана на рис. 1. 22.
Рис. 1.22. Схема шлангового компенсатора: 1 - профилированная лента;
2 натяжное устройство; 3 блок; 4 - соединительный фланец;
А величина возможной деформации
61

Приемные сетки предназначены для защиты трубопроводов и
оборудования систем от попадания посторонних предметов. В системах СЭУ
применяются приемные сетки различных конструкций, позволяющие легко
разбирать и производить их очистку. Диаметр отверстий сеток принимается равным
8 ... 10 мм, суммарная площадь отверстий составляет 2 ... 3 площади
проходного сечения приемных труб.
Воздушными трубами оборудуют все цистерны, предназначенные для
хранения жидкостей, заполняемые коффердамы, кингстонные и ледовые
ящики. Трубы выводятся из самой высокой части цистерн в местах, наиболее
удаленных от наполнительного трубопровода. Количество и расположение труб
устанавливается в зависимости от формы и размеров цистерны для полного
исключения образования воздушных мешков. Суммарная площадь сечения
воздушных труб цистерн, заполняемых насосами, должна составлять не менее 1,25
площади сечения наполнительного трубопровода цистерны.
Открытые концы воздушных труб топливных и масляных цистерн
выводятся на открытую палубу в местах, где выходящие из цистерны пары
не создают пожарной опасности. Концы труб масляных цистерн, в которых
не предусмотрен подогрев, выводятся в те помещения, где расположены эти
цистерны. Выходные концы труб могут быть выполнены в виде колена,
загнутого вниз, или головки. В зависимости от назначения цистерны и места,
куда выводится воздушная труба, головки оборудуют огнегасителъными
сетками и поплавковыми клапанами.
Головки предназначены для установки на воздушных трубах
топливных (температура вспышки паров более 28 °С), масляных и водяных
цистерн, расположенных на открытых палубах в заливаемых и незаливаемых
местах. Материалом для изготовления корпуса головки служат сталь Ст.З
или сплав АМГ-5, материалом для сетки служит «полутомпак», а для
поплавка и уплотнения используется маслобензиностойкая резина. Площадь
сетки превышает площадь сечения трубы в 2,5 раза для Dy = 25 мм и в 1,6
раза для Dy = 200 мм.
Путевые протекторы используют для защиты трубопроводов СЭУ от
коррозии. По конструктивному исполнению они делятся на пальчиковые
и межфланцевые протекторы. Протекторы изготавливают из цинкоалюми-
ниевых сплавов, стали Ст.З и сплава ЮЗ.
Места установки протекторов в трубопроводах судовых систем и
устройств:
62

кольцевые протекторы - во фланцевых соединениях арматуры с
трубами за арматурой по ходу забортной воды;
- пальчиковые, кольцевые, межфланцевые протекторы - в напорном
и приемном патрубках насосов;
пластинчатые, пальчиковые - на крышках и лючках теплообменных
аппаратов;
- кольцевые, пластинчатые - в кингстонных ящиках с донной и
забортной бронзовой и латунной арматурой.
При защите блоков цилиндров ДВС, глушителей, газовыпускных
коллекторов и клапанов при охлаждении забортной водой тип протектора
определяется возможностью размещения. При трассировке трубопроводов
через водонепроницаемые переборки и палубы применяют переборочные
стаканы, которые относятся к фасонным частям.
Приварные переборочные стаканы классифицируют в зависимости
от рабочей среды, ее параметров и типа соединения. Они имеют меньшую
массу, чем литые, и более технологичны при изготовлении и монтаже. Если
через переборки и палубы осуществляется проводка трубопроводов, имеющих
значительные температурные деформации или воспринимающих
вибрационные и ударные нагрузки, используют эластичные и сальниковые переборочные
уплотнения. Эластичное переборочное уплотнение обеспечивает смещение
трубопровода относительно поперечной водонепроницаемой переборки.
Крепление стаканов к палубам и переборкам осуществляется сваркой или
шпильками к приварышу.
Приварыши и вварыши применяются для подсоединения труб, установки
арматуры, протекторов и датчиков систем теплоконтроля на теплообменных
аппаратах, цистернах, фильтрах и трубах. Различают приварыши путевые,
концевые, под арматуру и протекторы.
Трубопроводы систем СЭУ, как правило, отличаются значительной
протяженностью и поэтому нуждаются в дополнительных опорах, в качестве
которых применяются подвески, кронштейны и хомуты. Обычно подвеска
состоит из хомута, с помощью которого производится соединение
трубопровода с тягами (гибкие подвески) или кронштейнами (жесткая подвеска),
самих тяг и болтов для крепления к деталям судового набора или
фундаментам. Крепление труб и арматуры от вибрации и провисания обеспечивается
хомутами, специальными приспособлениями, подвесками.
63

1.7. Тепловая изоляция судовых трубопроводов
Тепловая изоляция судовых трубопроводов выполняет следующие
функции:
- снижение потерь тепла и холода в окружающее пространство;
- уменьшение тепловыделений в помещениях, где проходят трубопроводы;
- предотвращение отпотеваний холодных трубопроводов (исключение
конденсации на поверхности является минимальным требованием, которому
должна соответствовать любая низкотемпературная изоляции);
- предупреждение замерзания и поддержание требуемых технологических
температур;
- обеспечение охраны труда обслуживающего персонала.
Тепловая изоляция позволяет создать безопасные и комфортные условия
работы обслуживающего персонала. Она обязательна, если температура
поверхности трубопровода превышает 60 °С. В интервале температур 55 ... 60 °С
применяется изоляция по усмотрению строителей судовых систем.
1.7.1. Расчет тепловой изоляции
Металлические трубы чаще всего подвержены повышенной коррозии
в связи с неправильным подбором теплоизоляции и нарушением технологии
монтажа. Минеральная вата и стекловата - прекрасная изоляция, но, к
сожалению, её технические характеристики: игольчатая структура, кислая среда
(водородный показатель Ph выше 6,5) и гигроскопичность вызывают активную
электрохимическую коррозию наружной поверхности металлических труб,
особенно в местах сварных швов и прорыва трубопровода. Поэтому на смену
этой изоляции пришёл теплоизоляционный материал на основе вспененного
каучука. Он негигроскопичен, обладает электроизоляционными свойствами,
предохраняет металлические трубы от воздействия наведённых и блуждающих
токов, что увеличивает срок службы вследствие полного устранения
электрохимической коррозии на наружной поверхности труб.
Например, фирма «Lisolante K-Flex» (Милан, Италия) - один из ведущих
производителей теплоизоляционных материалов из вспененного каучука -
изготавливает теплоизоляционные материалы, соответствующие
Международному сертификату качества 1SO-9002, сертифицированные в России.
Срок службы этих материалов свыше 50 лет со стабильным сохранением
их теплоизоляционных свойств (коэффициент теплопроводности 0,036 ...
0,04 ВтУ(м-К)).
64

Обычно для расчета тепловой изоляции задаются следующими
среднестатистическими значениями температур теплообменных сред:
- температура наружной поверхности труб принимается равной
температуре теплоносителя внутри труб;
- предельная температура наружной поверхности изоляции принимается
на 20 °С выше температуры окружающего воздуха;
- в местах, не связанных с постоянным пребыванием обслуживающего
персонала, разность температур наружного слоя изоляции и окружающего
воздуха допускается до 35 °С, а в отдельных случаях и до 45 °С;
- при окраске наружной поверхности изоляции в белый цвет удельный
лучистый тепловой поток не превышает 120 Вт/м2, при допустимой разности
температур между поверхностью изоляции и окружающим воздухом, равной
20 °С.
Количество теплоты, отдаваемое трубой в окружающее пространство
конвекцией, определяется по закону Ньютона-Рихмана:
Q = ак -F- А/,
где F - внешняя поверхность трубы;
Д/ - разность температур между поверхностью трубы и окружающей
средой;
ак - коэффициент теплоотдачи от поверхности трубы (в среднем
коэффициент теплоотдачи к воздуху а* = 11,6 Вт/(м~К), если температура
теплоносителя ниже 10 °С).
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к
окружающему воздуху в среднем равен а* = 10 Вт/(м2-К). Толщину изоляции
арматуры и фланцев принимают равной толщине изоляции трубопроводов.
При расчете трубопроводов, температура в которых ниже 10 °С, расчетная
температура наружного слоя изоляции должна быть на 1,5 °С выше
температуры точки росы (обычно эта температура на 3 ... 5 °С ниже температуры
воздуха вне машинного отделения).
Слой изоляции необходимо определять по формуле
а2 ЧД'и -*г) = —у hr1—;—.
_L_ ln ^ + ^^_
2K> du <*2rfm
откуда определяем значение диаметра изоляции dii3.
5-2078
65

При известных значениях следующих параметров: с/,,, /ь /,„ /2, А,из, а2
(наружный диаметр трубы, температура теплоносителя, наружной поверхности
изоляции, окружающей среды, коэффициенты теплопроводности
изоляционного материала и теплоотдачи от изоляции к окружающей среде). Толщина
изоляции определяется по формуле 5 = 0,5 (dm-du).
Толщина изоляции трубопроводов не должна превышать предельных 5тах
значений, зависящих от условного прохода трубы ?>у, приведенных далее:
Dy, мм, 50 100 150 200 250 300 400 500;
5тах, мм, 65 100 120 125 130 135 145 150.
Если трубопровод имеет многослойную изоляцию, то определяется
эквивалентный коэффициент теплопроводности:
ln^-
л = 4,
— In—L + — In —+ ... + — In——
A., du X2 d{ Xu du_{
где d\,d2, ... dn.\ - диаметры отдельных слоев изоляции, м;
dm - диаметр изоляции, м;
Х\9 Х2... А.,, - коэффициент теплопроводности отдельных слоев изоляции,
Вт/(мК).
Необходимо учитывать, что коэффициент теплопроводности зависит от
температуры:
А/ = Ао + С/ср,
где /ср - среднее значение температуры изоляции;
с - постоянный коэффициент, зависящий от материала изоляции.
Коэффициент теплоотдачи а? определяется конвективным теплообменом
и излучением, и, соответственно, определяется по данным справочной
и специальной литературы.
Наружная поверхность изоляции должна быть отштукатурена с помощью
тех же материалов, из которых выполнен основной слой изоляции,
и оклеена хлопчатобумажной тканью, окрашенной масляной краской, или
покрыта металлическим кожухом, что увеличивает термическое сопротивление
изоляции. Это увеличение термического сопротивления эквивалентно
коэффициенту запаса для толщины изоляции. Например, отечественная
промышленность производит высококачественные теплоизоляционные материалы
«Thermoflex» и «Armaflex» (трубный и листовой материал из вспененного
полиэтилена). Последний обладает высокой гибкостью материала, т.е. упруго
66

сопротивляется температурным деформациям, что позволяет экономить
трудозатраты и время на изоляцию трубопроводов, а также дает возможность
изолировать любые самые сложные фасонные детали. Закрытая пористая
структура «Armaflex» в сочетании со специальным покрытием «Arma-Chek» и
дополнительным армированием стекловолокнистым полотном имеет следующие
положительные свойства:
- практически исключает образование коррозии под изоляцией;
- обладает низким значением коэффициента теплопроводности (при
400 °С X = 0,045 ВтУ(м-К), при 0 °С значение X = 0,036 ... 0,040 Вт/(м-К));
- диапазон рабочих температур от -40 °С до +105 °С, а для
материалов холодного применения «AF/Armaflex» и «NH/Armaflex» от -196 °С
до +105 °С, горячего применения «HT/Annaflex» от -40 °С до +175 °С;
- хорошие акустические свойства;
- высокий фактор сопротивления проникновению влажности и водяного
пара («мю-фактор»): ц = б1ЮЗД / 5матер > 7000 для большинства материалов
«AF/Armaflex» (под этим фактором понимается диффузионный барьер:
отношение влагопроводимости воздуха к влагопроводимости материала);
- высокое сопротивление трещинообразованию, вспучиванию и
шелушению;
- низкий индекс токсичности при пожаре (обладает способностью
сопротивления распространению пламени и полностью отвечает всем требованиям
пожарной безопасности);
- отсутствие пыли, волокон и газов, разрушающих озоновый слой
(определяет высокую экологическую эффективность материала);
- покрытия с высокой степенью отражения ультрафиолета, имеющие
стойкость к воздействию нефтепродуктов, химикатов, экстремальных
погодных условий.
Для расчёта систем СЭУ, в частности, толщины слоя изоляции судовых
трубопроводов, принимают среднее значение температуры забортной воды,
равное 25 °С, среднее значение температуры окружающего воздуха в
машинном отделении, равное 35 °С, в других помещениях - в пределах 20 °С. При
этом температура наружной поверхности изоляции не должна превышать
температуру в МО, равную 55 °С, в других помещениях - равную 40 °С.
При выборе материала для изоляции трубопровода необходимо помнить,
чтобы критический диаметр изоляции B^ / о^) был меньше наружного диамет-
5*
67

pa трубопровода без изоляции, где а* - коэффициент теплоотдачи к
окружающему воздуху, X - коэффициент теплопроводности изоляции.
Для предотвращения образования конденсата в системах
кондиционирования и холодильной техники толщина изоляции должна быть такой, чтобы
температура на поверхности изоляции была не ниже температуры точки росы
окружающего воздуха (при нормальных условиях окружающей среды
толщина изоляции выбирается на размер больше, что предотвращает проникновение
влажности после нескольких лет применения).
1.7.2. Комбинированные высокотемпературные материалы
Высокоэффективные материалы «Avantex» относятся к
высокотемпературной теплоизоляции. Изготовленные из огнеупорного волокна, они
обеспечивают ресурсосбережение в тепловых агрегатах при температуре
изолируемой поверхности до 1150 °С. Изоляция из этих материалов уменьшает
тепловые потери на 10 ... 15 %, снижает температуру наружной поверхности
оборудования и улучшает санитарные нормы работы обслуживающего
персонала.
«Avantex» - комбинированный материал, состоящий из гибкой
каучуковой теплоизоляции с закрытыми порами и наружного полимерного
покрытия, имеющего высокую сопротивляемость к соли, стойкого к ультрафиолету
и механическим повреждениям, что оптимально подходит для условий
эксплуатации в агрессивной окружающей среде. Этот двухкомпонентный
материал имеет низкую теплопроводность и высокий фактор сопротивления
диффузии водяного пара. Он исключает риск возникновения коррозии
оборудования под изоляцией, удобен при монтаже, сохраняет свои технические
характеристики и не требует особого технического обслуживания. Это
идеальный продукт для промышленных предприятий, морских нефтяных
платформ, плавучих нефтеперерабатывающих заводов, терминалов для хранения
сжиженного природного газа. Теплоизоляцию типа «K-Flex in Clad» на
основе «K-Flex St» можно применять в широком диапазоне температур:
от-200°Сдо+105°С.
Изоляцию типа «K-Flex Eco» следует применять при повышенных
требованиях к уровню токсичности. Диапазон температур при этом составляет от -
70°Сдо+150°С.
Изоляция типа «K-Flex in Clad» не выделяет пыли и волокон, обладает
высокой огнестойкостью и низким показателем токсичности, не содержит
68

галогенизированных и фторированных углеводородов CFC и HCFC, тем
самым сводя к нулю вероятность вредного воздействия на озоновый слой.
Благодаря этим характеристикам материал соответствует всем требованиям по
здоровью, безопасности и охране окружающей среды. Выпускается в виде
трубок и листов. Такая компоновка изоляции на трубах обеспечивает защиту
от коррозии под изоляционным слоем.
1.8. Надёжность судовых систем
1.8.1. Причины снижения надежности
Основными отрицательными физико-химическими процессами при
эксплуатации трубопроводных систем являются гидроудары, коррозия, эрозия
и кавитация.
Отмечаются следующие основные отказы, характерные для
металлических трубопроводов при их эксплуатации: разрывы трубопроводов, коррози-
онно-эрозионыое изнашивание материала труб и защитных покрытий
вследствие следующих причин:
- высокие скорости движения рабочих сред внутри труб;
- малые радиусы гибких труб и резкие переходы проходных сечений
труб, особенно в местах установки различной арматуры и КИП;
- нарушение защитных покрытий, из-за сложности их нанесения;
- изменение эксплуатационных параметров жидкостей;
- напряжённо-коррозионное трещинообразование, которому
подвергаются стальные трубы, в которых наблюдается присутствие галогенов (хлорид,
бромид и т.д.), усиливающее совместное действие коррозии с механическими
напряжениями и влажностью. В частности, все аустенитные нержавеющие
стали, особенно при температуре выше 50 °С, и ферритные нержавеющие
стали не подвержены этому типу коррозии и она может возникнуть лишь
случайно в ферритно-аустенитных сталях.
Анализ опыта эксплуатации судовых систем показал, что причинами
разрыва трубопроводов являются:
- гидроудары, перепады давления и вибрации - 60 % случаев;
- коррозионные процессы - 25 %;
- аварийные и эксплуатационные обстоятельства - 15 %.
Признаком коррозии является то, что она обычно появляется в
локализованных областях, без полного образования ржавчины, и быстро распространя-
69

ется, приводя к трещинам в металле. Таким образом, основным недостатком
судовых трубопроводов является коррозия, на интенсивность которой в
трубопроводах большое влияние оказывают следующие факторы:
- материал труб и защитных покрытий;
- местные сопротивления трубопроводов;
- гидродинамические характеристики потока (турбулизация, скорость,
чистота обработки внутренней поверхности, толщина пограничного слоя
и др.). Так, 90 % разрушений трубопроводов составляют круто загнутые
колена, приваренные отростки, фланцевые соединения. Обычно коррозия
наблюдается в местах сварки тройников, колен, распределительных коллекторов,
фланцевых переходников и криволинейных участков, поэтому большей
надежностью обладают прямолинейные литые конструкции;
- схема системы охлаждения (одноконтурная, двухконтурная,
центральная);
- тип теплообменных аппаратов, кингстонов и арматуры.
На ледоколах применяют несколько ледовых ящиков (донных и
бортовых) и рециркуляционный трубопровод, по которому часть нагретой
забортной воды подводится к приемным трубопроводам охлаждающих насосов
забортной воды или к ледовым ящикам.
В настоящее время широко применяются центральные системы
охлаждения забортной воды, значительно уменьшающие протяжённость
трубопроводов забортной воды. Устанавливаются один центральный охладитель
и насос забортной воды, в которых происходит охлаждение пресной воды
внутренних контуров всех судовых систем.
Отказы контуров пресной и забортной воды систем охлаждения имеют
следующий характер:
- коррозионно-эрозионные разрушения материала стальных неоцинко-
ванных трубопроводов (местная язвенная коррозия приводит к сквозному
разрушению стенок), возрастающие при повышении температуры воды до 60 ...
80 °С и скорости воды до 2,5 ... 3,0 м/с;
- негерметичность запорных органов систем;
- отказы насосов (эрозионное разрушение рабочих колес и повышенный
износ уплотнений сальников) и теплообменной аппаратуры;
- отказы контрольно-измерительных приборов и элементов системы
автоматики.
70

Затраты на устранение отказов систем забортной воды составляют 10 %
от общей стоимости ремонта судна.
Эрозия в трубопроводных системах проявляется на внутренней
поверхности труб вследствие ударов водяных пузырьков, песка и других твёрдых
частиц. Если твёрдые частицы попадают в поток при высоких скоростях, эрозия
возникает быстро, особенно на изгибах труб. Таким образом, высокие
скорости в системах не должны применяться там, где возможен песок, глина или
другие твёрдые частицы.
Для трубопроводов диаметром менее 50 мм предельное значение скорости
составляет 1,2 м/с, для груб диаметром более 50 мм предельное уменьшение
давления составляет 400 Па на 1 м деления трубы. В любом случае для
ограничения эрозии, шумов и гидравлических ударов в трубопроводах скорость не
должна превышать 4,6 м/с. Значения максимальной скорости для
минимизации эрозии в трубопроводной системе приведены в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Допустимые значения максимальной скорости в трубах
Продолжительность работы
системы, ч/год
1500
2000
3000
4000
6000
Скорость воды, м/с
4,6
4,4
4,0
3,7
3,0
1.8.2. Кавитация
Кавитация («kavitas», греч. «пустота») отрицательный физический
процесс, под которым понимается нарушение сплошности потока жидкости,
обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, заполненных паром
или газом. Кавитация возникает при падении давления ниже давления
насыщения при температуре рабочей среды, в результате чего жидкость закипает,
образуется пар и выделяется растворённый в жидкости газ. Обычно эти
процессы происходят одновременно. Давление, при котором возникает кавитация,
зависит от физических свойств жидкости: температуры, давления и скорости
движения жидкости. На практике жидкость быстро проходит через область
пониженного давления и газ не успевает выделиться. В таком случае
наблюдается паровая кавитация. Полости или пузырьки, заполненные паром, уносятся
потоком в область повышенного давления, где пар конденсируется и полости,
заполненные паром, замыкаются.
71

В лопастном насосе паровая кавитация возникает на тыльных сторонах
лопастей вблизи входных кромок, где вследствие местного увеличения
скорости потока давление минимально. Давление жидкости на тыльной стороне
у входной кромки лопасти зависит от давления во всасывающем патрубке
насоса, гидравлических потерь в подводе и местной скорости жидкости. При
конденсации пузырьков пара частицы жидкости, окружающие пузырек,
находятся под действием возрастающей разности давления жидкости и
давления внутри пузырька и движутся ускоренно к его центру. При полной
конденсации пузырьков происходит столкновение частиц, сопровождающееся
мгновенным местным повышением давления. Если конденсация пузырька
происходит на стенке канала или вблизи неё, то происходит разрушение
поверхности - выщербливание материала стенок канала, называемое кавита-
цгюнной эрозией.
Отрицательные последствия кавитации:
- разрушение - эрозия стенок канала;
- появление шума, треска, ударов и вибрации установки вследствие
колебаний жидкости, которые вызваны замыканием полостей, заполненных паром;
- уменьшение подачи, напора, мощности и КПД насоса;
- появление шума, вибрации, ударов, треска установки и, в конечном
итоге, разрушение рабочих колёс вследствие колебаний жидкости и замыкания
полостей, заполненных паром;
- ограничение высоты всасывания насоса.
Давление всасывания у входа в насос и, следовательно, в рабочее колесо
тем меньше, чем больше высота всасывания и гидравлическое
сопротивление во всасывающем трубопроводе и меньше давление в опорожняемой
ёмкости.
При достаточно большой высоте всасывания и сопротивлении
всасывающего трубопровода или очень малом давлении в опорожняемом баке давление
у входа в рабочее колесо насоса становится настолько малым, что возникает
кавитация. Значение давления, на которое полный напор жидкости во входном
патрубке насоса превышает напор, соответствующий давлению ее
насыщенных паров, называют кавитационным запасом:
Ah =рйС I pg + vlic2 / 2 g -pm I pg ,
где/?нп - давление насыщенного пара жидкости.
В табл. 1.4 приведены значения рИп для воды в зависимости от
температуры. Если весь кавитационный запас расходуется на преодоление гид-
72

равлического сопротивления подводящей (всасывающей) магистрали насоса,
то давление понижается до давления насыщенного пара жидкости и
возникает кавитация. Режим, при котором начинаются падение напора, КПД
и наблюдается кавитация, называют первым кавитационным режимом.
Этому режиму соответствует первый критический кавитационный запас А/?кр|.
При дальнейшем уменьшении кавитационного запаса паровая полость,
удлиняясь, приближается к концу лопасти, что сопровождается снижением
параметров насоса. При некотором значении Ah область кавитации
распространяется на весь межлопастной канал, что приводит к резкому уменьшению
напора и КПД, и насос перестаёт перекачивать жидкость, что соответствует
второму кавитсщиоииому режиму А/?кр2.
Таблица 1.4
Зависимость давления насыщенного пара от температуры
Температура
Давление/;,1П:
м вод. ст.
кПа
5
0,09
0,88
10
0,12
1,18
20
0,24
2,96
30
0,43
4,22
40
0,75
7,36
50
1,25
12,26
60
2,02
19,82
70
3,17
31,1
80
4,82
47,3
90
7,14
70,84
100
10,33
101,3
Кавитационный индекс, или кавитационное число, определяется по
формуле
Кк*л = 2(р{)-рнп)/ Р КJ,
где/>о, V{) - давление и скорость жидкости на всасывании;
Pww - давление насыщенных паров. Например, для шаровых клапанов
этот индекс менее 0,8, для поворотных затворов он ниже 1,5 при
10 %-м открытии;
р - плотность рабочей среды.
Уменьшение отрицательных последствий кавитации может быть
достигнуто посредством выполнения следующих действий:
- использование специальных рабочих колес, имеющих повышенные
навигационные свойства вследствие расширения входной части колеса,
применение некоторых материалов и покрытий поверхностей, изменение
контура рабочей поверхности, которые позволяют уменьшить кавитацион-
ную эрозию;
73

- использование лопастей двойной кривизны, вытянутых в сторону
всасывания;
- установка на входе первой ступени колеса с лопастями, очерченными по
винтовой поверхности, так называемого предвключешюго шнека;
- переход на пониженную частоту вращения, позволяющий существенно
облегчить работу насоса (установка преобразователей частоты вращения
на приводной электродвигатель);
- переход на многопоточную схему.
Иногда использование кавитации в системах дает положительный эффект.
Например, приведем схему гомогенизатора, в котором явление кавитации
положительно используется для обработки топлива в системе подачи его к
форсункам (рис. 1.23).
Рис. 1.23. Схема гомогенизатора-диспергатора:
1 - подводящий патрубок; 2 - конфузор-диффузор; 3 конус с отбойным буртом;
4 - уплотняющее кольцо; 5 - крышка; 6 - винт; 7 - патрубок, отводящий механические
примеси с целью превращения подготавливаемого
нефтепродукта в тонкоструйную эмульсию
Принцип действия гомогенизатора основан на использовании явления
кавитации, возникающей в суживающейся части потока жидкости для дробления
асфальтосмолистых соединений. При увеличении скорости потока жидкости
давление в ней падает, достигая в отдельных зонах значений, меньших
давления насыщения паров этой жидкости. При этом образуются каверны,
перемещающиеся вместе с жидкостью. Попадая в область более высокого давления,
они закрываются, а возникающие гидравлические микроудары, составляющие
десятки мегапаскалеи, разрушают частицы механических примесей и сгустки
асфальтосмолистых соединений.
Гидравлический удар, часто возникающий в различных гидравлических
системах, сопровождается звуком, похожим на «удары молотка», вызывая
эрозию внутренних поверхностей труб и, соответственно, преждевременный
74

их отказ. Величина шума зависит от следующих факторов: турбулентности
потока, кавитации, удаления растворённого воздуха, впуска/выпуска
жидкости. Интенсивность звука, определяемая величиной давления в трубе, - это
серия пульсаций давлений различной величины выше и ниже нормального
рабочего давления жидкости в трубопроводе. Амплитуда и период
пульсаций зависят от скорости жидкости, размеров, материала и длины трубы. Для
минимизации возникновения гидравлических ударов необходимо исключить
быстрое закрытие клапанов в гидравлических системах. Если поток
останавливается, то давление увеличивается независимо от величины рабочего
давления в системе. Разработаны рекомендации по размерам труб и
ограничению шума клапанов. Приведём некоторые из них по ограничению скорости
до 1,2 м/с для труб диаметром до 500 мм и падению давления на 400 Па
на 1 м длины трубопровода. Некоторые контрольные клапаны уменьшают
образующийся при движении жидкости в трубах и арматуре шум. При
резком прекращении движения жидкости в трубе величина возрастания
давления жидкости Ар, Па, может быть определена по формуле
Ар = р • cs -w,
где р - плотность жидкости, кг/м3;
cs- скорость звука в жидкости, м/с (для воды она составляет 1439 м/с,
хотя эластичность трубы несколько уменьшает это значение);
w - скорость жидкости, м/с.
Пример. Определить величину повышения давления в трубопроводе
при мгновенном закрытии клапана, если скорость движения воды в трубе
равна 3 м/с.
Решение. Повышение давления составит Ар = 1000-1439-3 « 4,32 МПа.
1.8.3. Обеспечение надежности судовых систем
Для повышения надежности охлаждающих систем рекомендуются
следующие мероприятия:
- конструктивное упрощение систем, сокращение длины трубопроводов
и количества арматуры на трубопроводах охлаждения масла, пресной воды,
которые сами охлаждаются забортной водой (применение центральных систем
охлаждения;
- применение частичного охлаждения пресной воды непосредственно
через обшивку корпуса судна (в некоторых случаях);
75

- применение труб с защитным цинковым покрытием, труб из латуни
и медно-никелевых сплавов.
Для повышения надёжности систем сжатого воздуха рекомендуется
проведение следующих мероприятий:
- резервирование элементов воздушных систем: компрессоров, баллонов,
фильтров-масловлагоотделителей;
- периодическое продувание воздушных баллонов и трубопроводов для
удаления отстоя сконденсировавшейся влаги и масла, который может
привести к опасному отказу - взрыву масляных отложений и паров масла в пусковых
трубопроводах дизелей, обусловленному износом ЦПГ воздушных
компрессоров и заброса масла в воздушную систему, а также применением для смазки
компрессоров некачественного или нерекомендованного заводской
инструкцией сорта масла;
- периодическое освидетельствование баллонов инспекцией по
котлонадзору;
- установка баллонов с наклоном в корму;
- нанесение антикоррозионных покрытий на внутренней поверхности.
Надежность труб сжатого воздуха обеспечивается применением стальных
бесшовных или биметаллических труб.
При появлении утечки рабочей жидкости из водопроводной или любой
другой магистрали из-за трещины, важно ее устранять, выполняя ремонт
очень быстро и эффективно, чтобы максимально ограничить периоды
перебоев в действии трубопровода. Большинство трещин появляются внезапно.
Поэтому необходимо, чтобы ремонтное оборудование было многоцелевым,
универсальным и имело большие допуски. Более того, основным
требованием при проведении ремонтов является несложный, быстрый и качественный
монтаж. Для устранения всех видов трещин на самых распространенных
материалах трубных систем предназначены различные соединительные муфты
и хомуты (рис. 1.24).
Трещины возникают на трубах, изготовленных из разных материалов
(например, самая типичная трещина из ковкого чугуна - продольная,
вызванная катодной коррозией, возможен также продольный разрыв трубы).
Обычной практикой является высверливание небольших отверстий по
концам трещины, чтобы остановить её продвижение, а затем установить на
трубу ремонтный хомут.
76

Рис. 1.24. Внешний вид соединительных муфт и ремонтных хомутов
При повреждении ПЭ трубопровода вырезают повреждённый трубный
участок, заменяя его на новый, непосредственно приваривая методом
оплавления; при незначительных повреждениях можно применять ремонтные
хомуты из нержавеющей стали. В системах газопроводов самые типичные трещины
по окружности можно ремонтировать с помощью муфт из серого ковкого
чугуна. Для устранения трещин по окружности в водопроводных системах
применяются ремонтные хомуты AVK из ковкого чугуна. В системах питьевой
воды и сточных вод для устранения трещин, образующихся как вдоль, так и по
окружности из-за напряжений на трубе, лучшим способом ремонта является
вырезка потрескавшегося участка трубы ПХВ и его замена новым.
Для повышения надёжности систем подачи воздуха к дизелям и
газовыпускных систем рекомендуется проведение следующих мероприятий:
- установка влагоотделительных устройств в воздухоприемных шахтах;
- снижение шума (установка заглушающих устройств);
- замена болтовых соединений в воздухоприемных шахтах,
дополнительное крепление сваркой во избежание самоотворачивания;
- установка компенсаторов и эластичных креплений отдельных элементов
системы на судне для снижения отрицательного воздействия вибрации (часто
из-за вибрации имеет место разрушение болтовых и сварных соединений, а
также нарушение плотности в результате утечки газа или воды из
утилизационного котла);
- установка металлоулавливаюших фильтров.
В конденсатно-питателъных системах на интенсивность коррозии
трубопроводов оказывают влияние следующие факторы:
- давление рабочей среды;
77

- содержание кислорода в питательной воде;
-растворенный в воде углекислый газ.
Поэтому в этих системах для обеспечения надёжности необходимо
строго соблюдать основные правила технической эксплуатации в отношении во-
догюдготовки и деаэрации питательной воды, а также применения
материалов с повышенной коррозионной стойкостью для арматуры системы.
Основные направления повышения надежности судовых систем СЭУ:
- сокращение общей длины трубопроводов;
- агрегатирование комплектующего оборудования;
- уменьшение числа местных сопротивлений;
- увеличение длины прямых участков труб;
- установка систем охлаждения с обшивочным теплообменным
аппаратом, т.е. использование бортовой наружной обшивки судна для охлаждения
пресной воды дизелей;
- деаэрация воды.
В последние годы для противоаварийной защиты трубопроводов
используются стабилизаторы давления, которые позволяют гасить все
внутрисистемные возмущения: гидроудары, колебания давления и вибрации. Это
принципиально новое высокоэффективное энергонезависимое техническое
средство не изменяет проходное сечение трубопровода и имеет
минимальное гидравлическое сопротивление (в трубопроводах диаметром от 10 до
1200 мм с рабочим давлением до 25 Mlta и температурой рабочей среды до
250 °С). Общая аварийность трубопроводов и оборудования снижается при
этом на 85 %.
Отличительным конструктивным признаком пневмостабилизатора
является разделение его внутренней полости на жидкостную и газовую зону
упругой мембраной. Жидкостная полость пневмостабилизатора соединяется
с аккумулятором давления газа. Разработанные образцы стабилизаторов
давления для погружных ЭЦН позволяют в пять раз уменьшить динамические
нагрузки на трубы.
В зависимости от агрессивности рабочей среды гибкий разделитель
может быть как неметаллическим (различные резины, каучуки, фторопласты),
так и металлическим. При появлении в трубопроводе пульсаций, например,
в результате работы механизмов запорной арматуры, давление в жидкостной
полости пневмостабилизатора не совпадает с давлением в газовой полости.
Под действием этого перепада разделитель испытывает упругие деформации,
78

при которых объём жидкостной полости изменяется, т.е. обеспечивается
податливость стабилизатора для демпфирования колебаний, происходит
перетекание среды из трубопровода в жидкостную полость (или наоборот).
Последнее приводит к диссипации энергии колебаний в сосредоточенных
перфорационных отверстиях. Выбором упругих характеристик разделителя,
давления в газовой полости и её объёма, размеров перфорационных
отверстий п их суммарной площади можно добиться требуемой степени
уменьшения амплитуды колебаний.
Чистка труб и поверхностей - одна из насущных проблем в энергетике,
промышленности и на транспорте. Все многообразие технологий данного вида
очистки можно классифицировать следующим образом.
Гидродинамическая очистка - чистка струей воды высокого давления.
Современные гидродинамические машины ведущего мирового производителя
- «Gardner Denver» (США), имеют гидродинамические машины давлением
нышс 350 бар и мощностью до 550 кВт.
Абразивоструйная очистка - чистка струей абразива. Иногда
совмещается с гидродинамической очисткой (гидроабразивная очистка).
Импульсные технологии очистки (электрогидроимпульсиая, пневмоим-
пульсная) - очистка за счет создания локального импульса электроразрядом
или пиевмоклапаном. Данные технологии применимы в основном только для
очистки труб.
Ультразвуковая очистка - очистка с помощью ультразвука,
распространяющегося либо в жидкой среде, либо в материале очищаемого оборудования.
Её особенность состоит в том, что ультразвуковые приборы способны также
защитить поверхность от образования новых отложений.
Механическая очистка - очистка механическим рабочим органом
(шарошкой, фрезой, насадкой, щеткой и т.п.).
Химическая очистка - очистка различными специальными химическими
реактивами.
Комбинированные технологии очистки - гидродинамическая и т.п.
Области применения гидродинамических машин: очистка котлов и
теплообменников; очистка и подготовка под покраску различных цистерн,
танков и резервуаров; очистка внутренних поверхностей любых труб
диаметром от 9 до 500 мм; очистка днища судов и судового оборудования; резка
материалов струёй воды свыше 300 бар и т.д. Очистка под давлением
свыше 2000 бар позволяет отказаться от использования абразивов. Например,
79

при работе электрогидроимпульсных установок «Зевс» используют
энергию электрического разряда в воде. Образующаяся ударная волна
разрушает практически любые виды накипи и отложений. Механокавитационный
аппарат «Торнадо», благодаря специальной конструкции режущей головки,
разрушает накипь любой твёрдости, позволяя предотвратить образование
отложений на любых поверхностях: в котлах, теплообменниках, различном
технологическом оборудовании, замедляя коррозию и улучшая массотеп-
лоперенос.
80

Глава 2
2. КОНСТРУКЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
СУДОВЫХ СИСТЕМ
2.1. Арматура судовых систем:
определения и классификация
Трубопроводная арматура - это устройства, предназначенные для
управления потоком рабочей среды путём изменения проходного
сечения трубопровода.
Арматура обычно устанавливается выше настила. При расположении её
под настилом предусматриваются удлинённые штоки и приводы для
удобства управления. Усилие на рукоятке или маховике управления арматурой не
должно превышать 0,15 кН.
К судовой арматуре на трубопроводах предъявляются следующие
требования:
- надежность, удобство обслуживания и ремонтопригодность;
- герметичность запорного органа и в отдельных случаях плотность
арматуры по отношению к внешней среде;
- наличие у дистанционно-управляемой арматуры сигнализаторов
открытого и закрытого положения запорного органа;
- наличие местного указателя положения запорного органа (при ручном
и дистанционном управлении);
- надежный контроль открытия и закрытия арматуры;
- фиксация запорного органа арматуры в крайних положениях;
- обеспечение безударной работы с регулировкой времени
срабатывания гидропривода (при дистанционном управлении арматуры);
- наличие резервного ручного привода при выходе из строя
дистанционного привода;
- обеспечение вращением маховика почасовой стрелке закрытия,
против часовой стрелки - открытия;
- обеспечение срабатывания арматуры при бездействии в течение
полугода без проворачивания;
?-2078 81

- отсутствие шумообразования при прохождении среды через
проточную часть арматуры;
- обеспечение требуемой скорости срабатывания;
- исключение самопроизвольного изменения режима работы
управления арматурой;
- бесперебойная работа в затопленных водой или другой средой
помещениях.
Принцип классификации трубопроводной арматуры:
по функциональному назначению:
- запорная арматура (для перекрытия потока в трубопроводе);
- регулирующая арматура (для регулирования параметров рабочей
среды посредством изменения расхода);
- распределительно-смесительная арматура (для распределения потока
среды по определённым направлениям или смешивания потока);
- предохранительная арматура (для автоматической защиты
оборудования от аварийных изменений рабочих параметров путём выпуска
избыточного количества рабочей среды);
- невозвратная (защитная) арматура (для предотвращения
нерегулируемого возвратного потока жидкости в трубопроводе);
- фазоразделительная арматура (для автоматического разделения
рабочих сред в зависимости от фазового состояния, например, конденсатоотвод-
чики, конденсатные горшки);
по характеру взаимодействия рабочего органа с потоком среды:
- задвижки;
- клапаны;
- затворы;
- краны;
по методу управления:
- ручная, управляемая и автоматически действующая арматура;
- арматура с управлением от различных механических приводов
(электрических, электромагнитных, поршневых, мембранных);
- дистанционная;
по направлению движения рабочей среды:
- проходная и угловая;
по способу присоединения и конструкции уплотнения:
- фланцевая арматура;
82

- муфтовая, цинковая, штуцерная, под приварку;
по типу уплотнения подвижных деталей арматуры:
- сальниковая, сильфонная, мембранная.
Используемые конструкционные материалы базовых деталей (узлов):
- сталь нелегированная, легированная, высоколегированная со
специальными свойствами;
- сталь с покрытием;
- специальные металлы и сплавы;
- полимерные материалы.
Особое внимание следует уделять арматуре и её приводам, от
исправности действия которых зависит живучесть судна. К такой арматуре относится
арматура, запирающая отверстия непроницаемого корпуса и недопускающая
проникновения забортной воды в отсеки судна. Чтобы предотвратить
попадание посторонних предметов (обтирочной ветоши и др.) в механизмы
и путевую арматуру, на концах всасывающих или приёмных труб
устанавливают сетки, фильтры или грязевые коробки.
2.1.1. Виды арматуры
Основным элементом судовой арматуры являются клапаны. В судовых
системах применяются клапаны диаметром от 10 до 200 мм, управляемые
вручную, с помощью маховика, либо автоматически.
Запорные клапаны предназначены для разобщения и герметизации
отдельных участков трубопроводов. Изготавливаются из стали, бронзы, латуни
или из легких сплавов.
Предохранительные клапаны предназначены для снижения и
автоматического поддержания требуемого давления среды независимо от
изменения расхода ее в трубопроводах. Подразделяются по конструкции на три
типа: диафрагменные, мембранные и поршневые. Предохраняют
трубопроводы и механизмы от разрушения при случайных повышениях давления
в них сверх допустимого рабочего значения.
Предохранительный клапан (рис. 2.1) состоит из корпуса /, тарелки 7,
прижимаемой к седлу 8 через шток 6 цилиндрической пружиной 4, и
нажимной втулки 3 для поджатия пружины. Клапан работает автоматически.
Как только по какой-либо причине давление в трубопроводе превысит
установленное значение давления затягом пружины в клапане, он откроется
и пропустит некоторое количество рабочей среды из области повышенного
6*
83

давления в область меньшего давления (например, в атмосферу). После
выхода части жидкости из трубопровода и понижения давления в нем до
нормального клапан закроется.
Рис. 2.1. Предохранительный клапан: / - корпус; 2 - скоба; 3 - втулка; 4 -
цилиндрическая пружина; 5 - ушко; 6 - шток; 7 - тарелка; 8 - седло клапана
Отрегулированный на определенное давление предохранительный
клапан фиксируется постановкой пломб на скобу 2 с ушком 5. В целях
уменьшения утечки жидкости шток в месте прохода через крышку имеет выточки,
чередующиеся с выступами, которые в совокупности образуют
лабиринтовое уплотнение.
Пропускная способность предохранительного клапана должна быть
такой, чтобы давление в трубопроводе не могло превысить 1,1 рабочего.
В качестве примера на рис. 2.2 показан предохранительный клапан,
устанавливаемый на грузовых танках танкера.
Невозвратная (защитная) арматура (рис. 2.3) предназначена для
пропуска рабочей среды только в одном направлении в трубопроводах
различных систем, где требуется обеспечить движение жидкости только в
одном заданном направлении и одновременно предотвратить ее движение
в обратном направлении.
84

Невозвратные клапаны (рис. 2.3 а) открываются потоком среды,
не имеют шпинделя и работают автоматически, пропуская среду в одном
направлении, указанном стрелкой, из-под тарелки клапана. Их основными
деталями являются корпус /, крышка 2 и тарелка 3 с направляющим
стаканом. Поступающая под тарелку жидкость своим давлением поднимает
тарелку и проходит в трубопровод над клапаном. При движении жидкости
в обратном направлении клапан закрывается под действием давления
жидкости на тарелку сверху и собственной массы тарелки.
Рис. 2.2. Предохранительный клапан на грузовом танке танкера:/ - выход; 2 -
управляющий клапан; 3 вторичная пружина; 4 - первичная пружина; 5 - контрольный
клапан; 6 трубка измерения давления в танке; 7- основной корпус клапана;
<V уравновешенный поршень клапана; 9 - входная полость давления в танке
Невозвратно-запорный клапан (рис. 2.3. 6) обеспечивает движение
жидкости в одном направлении, в случае необходимости с помощью ручного
привода (вращением маховика) 3 полностью перекрывая трубопровод.
Невозвратно-запорные клапаны, в закрытом состоянии препятствующие
движению среды в любом направлении, работают как стопорные, а в открытом
состоянии (при поднятом штоке) - как невозвратные. В корпусе /
расположены тарелка 6 и шпиндель 5, которые не соединены между собой.
Шпиндель хвостовиком свободно входит в вертикальное отверстие тарелки. Таким
образом, если вращением маховика 3 поднять шпиндель, то тарелка будет
работать автоматически в пределах своего свободного хода, как у
невозвратною клапана, обеспечивая одностороннее движение жидкости. Для
перекрывания трубопровода вращением маховика опускают шпиндель и прижи-
85

мают им тарелку к седлу клапана. Герметичность места прохода шпинделя
через крышку 2 корпуса клапана обеспечивает сальник 4.
а) , 2
б)
в)
Рис. 2.3. Невозвратная арматура: а- невозвратный клапан;
б - невозвратно-запорный клапан; в - захлопка
86

Захлопка (рис. 2.3 в) используется в качестве невозвратно-запорного
устройства, рабочим органом которого является захлопка 5, шарнирно
закрепленная на валике 4. Корпус / захлоики имеет обычный круглый 2
и фасонный бортовой 6 фланцы. В верхней части корпуса находится крышка
3. Захлопка открывается под действием давления протекающей среды либо
с помощью ручного или автоматического привода.
Регулирующая арматура (редукционные и дроссельные клапаны,
манипуляторы) предназначена для регулирования давления или направления
течения рабочей среды.
Рис. 2.4. Редукционный клапан: / - регулировочный винт; 2 - цилиндрическая
пружина; 3 - диафрагма; 4 - поршень; 5 - тарелка клапана; 6- корпус
Редукционный клапан (рис. 2.4) предназначен для снижения
(редуцирования) давления жидкости и автоматического поддержания его на заданном
постоянном уровне. Он состоит из корпуса 7, тарелки 2, связанной штоком
с поршнем 3, который соединен с диафрагмой 4. Сверху над диафрагмой
находится цилиндрическая пружина J, сила натяжения которой регулируется
винтом 6. Конструкция клапана позволяет автоматически уменьшать
давление жидкости до требуемого установленного значения независимо от
изменения его перед клапаном.
87

Допустим, что при рабочем давлении р\ перед клапаном размер щели
между тарелкой и седлом обеспечивает понижение давления до требуемого р2.
Если давление р\ перед клапаном увеличится, то, следовательно, повысится
и давление р2 за ним, которое по косому каналу а передастся на диафрагму 4,
сожмет пружину и поднимет тарелку. В результате этого давление р2 за
клапаном уменьшится до своего первоначального значения. Если давление р\ до
клапана уменьшится, то понизится и давление р2 за клапаном, вследствие чего
уменьшится давление на мембрану, и под действием пружины клапан
опустится, увеличивая проточную часть.
Рис. 2.5. Дроссельный клапан: / - колпачок; 2 - крышка; 3 - шпиндель;
4 - корпус; 5 - тарелка; б - стопорная гайка
Дроссельный клапан (рис. 2.5) служит для снижения давления
протекающей через него среды. В корпусе 2 клапана размещается тарелка /,
закрепленная на шпинделе 5, имеющем в верхней части нарезку. Шпиндель
проходит через крышку 4 и фиксируется в требуемом положении стопорной
гайкой 6. На выступающий конец шпинделя навинчивается колпачок 5. При
подъеме тарелки между ней и внутренней поверхностью корпуса клапана
образуется щель. Давление за клапаном понижается вследствие увеличения
скорости движения жидкости при проходе через щель. Высоту подъема
тарелки регулируют вручную. После установки ее в необходимое положение
шпиндель фиксируют стопорной гайкой. Дроссельным клапаном можно
плавно регулировать давление рабочей среды в широком диапазоне. Однако в от-
88

личие от редукционного дроссельный клапан при изменении режима работы
системы автоматически не поддерживает в системе постоянное давление.
Запорная арматура. К арматуре подобного рода, в корпусе которой
есть пробка с одной или несколькими прорезями различной формы,
относятся краны. В целях обеспечения герметичности пробка плотно притирается
к корпусу крана и имеет сальник с набивкой. По конструкции краны делятся
на проходные, трёхходовые и манипуляторы, принципиально отличаясь
числом и формой прорезей в пробке. У проходного крана в пробке одна
прорезь, кран только перекрывает трубопровод. Трехходовые краны с L- или
Г-образной прорезью в пробке при нескольких её рабочих положениях
обеспечиваю! различные переключения движения жидкости по трём трубам,
подключённым к корпусу крана.
На рис. 2.6 показан шаровой кран «Naval» запорного типа,
используемый в системах гидравлики и теплоснабжения. Тарельчатые пружины
прижимают уплотнения к плавающему шару, поэтому он имеет высокую
плотность при низких и высоких перепадах давления. Корпус и штуцеры сварены
в единое целое.
Рис. 2.6. Шаровой кран «Naval»: 1 - ограничитель; 2 - шпиндель; 3 - О-образное
кольцо из витона; 4 уплотнительная прокладка из тефлона; 5 - тарельчатая
пружина; б - опорное кольцо из нержавеющей стали; 7 - уплотнение из тефлона;
8 - шар из нержавеющей стали; 9 - крепёжный винт; 10- ручка из оцинкованной
стали; 11 втулка шпинделя; 12 - корпус
Углеродно-тефлоновые уплотнительные прокладки, усиленные L-об-
разными кольцами, являются стойкими к износу, воздействию химикалий
и загрязнений. Благодаря отшлифованному и отполированному шару,
изготовленному из высококачественной стали, кран лёгок в работе. Он не
требует ухода, подтягивания или смазки, отличается быстрым монтажом и малы-
89

ми эксплуатационными расходами для давлений до 4 МПа и температур
до 100... 200 °С.
Клапанные коробки - это устройства, в которых в едином корпусе
устанавливаются два, три или более клапанов (рис. 2.7). Предназначены для
централизации управления судовыми системами. Бывают запорного и
невозвратно-запорного типа. Клапанные коробки с общим подводом жидкости
и индивидуальным отводом жидкости от каждого клапана ставят обычно на
нагнетательном трубопроводе насоса, обслуживающего несколько объектов.
Рис. 2.7. Продольный и поперечный разрез клапанной коробки:
а - с общим подводом жидкости и индивидуальным отводом;
б - с индивидуальным подводом жидкости и общим отводом
90

В табл. 2.1 показан принцип действия кранового манипулятора,
который отличается от крана тем, что обеспечивает только переключение
трубопроводов. Клапанные коробки с индивидуальным подводом жидкости
и общим отводом от них обычно ставят на всасывающей магистрали
насоса, обслуживающего несколько объектов.
Таблица 2.1
Принцип действия кранового манипулятора
Трехходовой с Г-образной пробкой
Трсххоловой с Т-образной пробкой
Тип крана
Проходной
Манипулятор трехходовой
Манипулятор четырехходовой
Манипулятор пятиходовой
Манипулятор шестиходовой
Вариант переключения
I
-^o-rl
"Г
37"
ГГ\
п
SH
^Г
ЗГ
ш
*f\
^rr
IV
^r
ЭТ
Клапан
вакуумный
Клапан
избыточного
давления
Танк
Рис. 2.8. Схема действия клапана газоотвода на грузовых танках
91

На рис. 2.8 показан клапан газоотвода на грузовом танке танкера, а на
рис. 2.9 - поперечный разрез автоматического прессвакуумного клапана.
Особенностью его является автоматический пропуск газов из танка в
окружающую атмосферу, и, наоборот, в грузовой танк из атмосферы при
изменении давления в нем (при условии, что давление в танке, соответственно,
выше или ниже атмосферного).
В системе инертных газов (СИГ) применяются специальные запорные
устройства водяного затвора, а также дыхательные клапаны газоотвода. При
превышении давления в танке эти клапаны выпускают пары и газы в
атмосферу, а в случае образования вакуума внутри танка, наоборот, впускают
воздух из атмосферы в грузовой танк.
// ^
12^
Рис. 2.9. Поперечный разрез автоматического прессвакуумного клапана:
/ - крышка для выпуска газов (высота клапана составляет 470 ... 1115 мм, ширина
335 ... 850 мм, соответственно, в зависимости от значений DN: 50 ... 400); 2, 3,5,6-
крышка, корпус, диск и седло вакуум клапана соответственно; 4 - контрольная
пробка; 7 - пламепреградитель; 8 - крышка для впуска воздуха; 9 - рукоять проверки
полного хода; 10 - уплотнения; // - контрольное устройство; 12, 13 - тарелка и седло
клапана избыточного давления; 14 - верхний корпус клапана; 15 - противовес;
16 - корпус клапана; 17 - бустерная плита
92

Прессвакуумный клапан с электроприводом предназначен для
автоматического перекрытия подачи неагрессивных углеводородных газов в
системах автоматического управления газоиспользующими устройствами. Под
напряжением клапан открыт. При исчезновении напряжения он закрывается.
После подачи напряжения клапан открывается вручную только после
нажатия на взводной шток. Корпус - алюминий, электрическое питание - 12 В,
24 В, 230 В, максимальное давление на входе - 0,5 ... 6 бар.
Клапан термозапорный (КТЗ) предназначен для автоматического
перекрытия трубопровода, подводящего газ к бытовым и промышленным
приборам в случае пожара. КТЗ находится в корпусе, в полости которого
установлен подпружиненный затвор, удерживаемый в открытом положении
термочувствительным элементом. При достижении температуры окружающей
среды 100 °С термочувствительный элемент освобождает затвор, который
перекрывает поток газа.
Клапан быстрозапорный имеет дистанционный привод для
немедленного перекрытия трубопровода в случае аварийной ситуации из смежного
помещения. Такие клапаны обычно устанавливаются на топливных
магистралях, перекрывая подачу топлива к ГД, ВД и ВК. Он имеет «собачку»,
которая при необходимости дистанционным приводом мгновенно освобождает
предварительно сжатую пружину, действующую на тарелку клапана и
перекрывающую топливную магистраль в аварийной ситуации.
Проходной невозвратно-запорный клапан осушительной системы
(рис. 2.10) имеет пневматический и ручной аварийные приводы. Поршень
пневмопривода снизу соединен со штоком разгрузочного клапана, сверху -
со штоком ручного привода.
Любая запорная арматура имеет гидравлическое сопротивление,
которое оценивается соответствующим коэффициентом. Для некоторых типов
(видов) запорной арматуры он составляет:
- клапаны сальниковые проходные 4,5 ... 11,0;
- клапаны сальниковые прямоточные 0,3 ... 2,5;
- клапаны мембранные 1,5 ... 7,0;
-задвижки иолнопроходные 0,1 ... 1,2;
- краны шаровые полнопроходные 0,1 ... 0,4.
Контроль арматуры выполняется поджатием сальников или
добавлением набивки не реже одного раза в месяц. Проверка действия средств автома-
93

тики и автоматической арматуры, а также предохранительных средств и
редукционных клапанов проводится не реже одного раза в месяц. Проверка
показаний всех манометров и термометров должна проводиться не реже
одного раза в год.
Запрещается вскрывать путевую арматуру на трубопроводах, связанных
с забортными отверстиями, не убедившись в исправном действии и плотном
закрытии бортовой арматуры на них.
Рис. 2.10. Невозвратно-запорный клапан осушительной системы с пневматическим
и ручным (аварийным) приводами: 1 - нагрузочная пружина; 2 - корпус;
3 - поршень привода; 4 - проставка; 5 фланец; б - шток клапана с поршнем;
7 - тарелка клапана
Переборочные сальники и палубные втулки служат для обеспечения
водонепроницаемости переборок и палуб при проходе сквозь них валов.
В качестве переборочных сальников применяют круглые или прямоугольные
задвижки с одним фланцем. Первые отличаются высокой надежностью,
94

но имеют высокий порог, что затрудняет перетекание груза, вторые имеют
низкий порог, но при этом наблюдается снижение надежности.
Дополнительно сильфоны часто применяются в уплотнителях
центральных запорных клапанов (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Сильфонный клапан: / - маховик; 2 - указатель хода; 3 - втулка
резьбовая; 4 втулка ходовая; 5 - крышка; б - шпиндель; 7- фланец прижимной;
8- втулка; 9 прокладка (уплотнительное кольцо); 10- сильфонный блок
(сильфоннос уплотнение); // - корпус; 12 - тарелка
2.1.2. Системы управления судовой арматурой
Управление арматурой на трубопроводах выполняется местными и
дистанционными приводами, вручную или автоматически.
Автоматическая арматура предназначена для поддержания параметров
проводимых сред в системах и трубопроводах в заданных пределах по
сигналу человека с использованием дополнительных силовых механизмов.
Дистанционные приводы управления: валиковые (механические),
гидравлические, пневматические, электропневматические и
электрогидравлические, должны отвечать следующим основным требованиям:
- осуществлять надежный контроль над открытием и закрытием
арматуры;
95

- обеспечивать требуемую скорость срабатывания;
- исключать самопроизвольное изменение режима работы управляемого
объекта;
- допускать в случае необходимости использование резервных средств
управления (ручных или механических);
- бесперебойно работать в затопленных водой или другой средой
помещениях.
Конструкции клинкетов грузовой системы отличаются многообразием.
На грузовых системах танкеров применяются задвижки и клинкеты с
ручным приводом и поршневыми сервомоторами (рис. 2.12). За рубежом часто
применяются поворотные задвижки типа «Баттерфляй».
а)
б)
Привод
Запорный
диск
Рис. 2.12. Поворотная задвижка типа «Баттерфляй» с ручным приводом (а)
и клинкет с поршневым сервомотором (б)
Ручной привод клапанов - простой способ управления поворотом
маховика или рукоятки вручную. Местное или дистанционное управление
обеспечивается посредством валикового или тросикового привода.
Дистанционное и автоматическое управление не требуют
непосредственного воздействия человека на механизм перемещения запорного органа.
Автоматическое управление осуществляется по сигналу от запоминающего
устройства логической схемы управления по параметрам контроля над
изменением условий эксплуатации. Дистанционно-уиравляемая арматура
дублируется ручным приводом и имеет датчик сигнала о положении
регулирующего запорного органа на табло.
96

Валиковый {механический) привод представляет собой цепь шарнирно
состыкованных валиков (труб), соединяющих палубную втулку с арматурой.
Допускают излом оси до 20 ... 45°. Применяют для управления клапанами
и клинкетами в различных системах (например, клапанами, установленными
в трюме, можно управлять с палубы).
Существуют следующие типы приводов:
- электрический;
- поршневой привод одно- и двухстороннего действия;
- электромагнитный;
- поршневой поворотный привод двухстороннего действия с реечно-
зубчатой передачей;
- гидравлический и пневматический.
Дистанционное управление клапанами грузовых систем.
Пневматические и гидравлические системы управления приводами состоят из
следующих элементов:
- распределительных устройств, служащих для управления
сервомоторами, расположенных в ЦПУ;
- предохранительных, редукционных клапанов и регуляторов давления
рабочих сред;
- блокировочных устройств сохранения регулирующих параметров;
- органов клапанов в заданном положении;
- сервомоторов и устройств обратной связи;
- насосной станции и трубопроводов, соединяющих узлы и устройства.
В посту управления грузовыми операциями устанавливается отдельное
распределительное устройство, которое в зависимости от системы может
иметь ручной, гидравлический, пневматический или электрический привод.
На современных наливных судах дистанционное управление
процессами погрузки и выгрузки осуществляется с ходового мостика.
В зависимости от количества трубопроводов, подходящих к каждой
клинкетной задвижке, применяют одно- и двухпроводные схемы.
Преимуществом двухпроводной схемы является возможность одновременного
привода нескольких задвижек при разных операциях (открытие и закрытие).
Ее недостаток - большое число трубопроводов.
При однопроводной схеме число трубопроводов уменьшается, так как
каждую задвижку с пуль том соединяет всего одна трубка, другая подводится
к обшей магистрали. При такой схеме также возможен привод одновременно
у-2078 97

нескольких задвижек, но только при проведении одной операции (открытие
или закрытие), что обычно не создает непреодолимых трудностей.
Например, шаровые краны типа «Фобос» (рис. 2.13) применяются в качестве
запорного устройства на трубопроводах природного газа, воды, нефти,
нефтепродуктов и других неагрессивных и слабоагрессивных сред.
Рис. 2.13. Шаровой кран типа «Фобос»
Краткая техническая характеристика: условный проход, DN 300,400,500;
температура рабочей среды: -45 ... +80 °С; рабочее давление среды до 16,0 МПа;
пневматический привод, усилие поворота маховика привода - не более 150 Н.
Рис. 2.14. Гидравлический привод клинкета: / - центробежный насос; 2 - запорный
клапан; 3 - расходный бак; 4 - фильтр; 5 - манипулятор; 6 - поршневой силовой
цилиндр двойного действия; 7 - пневмогидроаккумулятор; 8 •- напорный трубопровод;
9- угловой предохранительный клапан
98

Гидравлический привод применяется для открытой и закрытой
арматуры, когда требуются большие усилия и обеспечение надежности в работе
(рис. 2.14).
Гидравлический привод применяется на транспортных судах в качестве
силового в палубных, швартовных и якорных механизмах, а также привода
погружных грузовых насосов. Широко применяется для специальных
судовых механизмов и судовых клапанов. Включает датчик, гидродвигатель или
сервомогор, насос, трубопровод, управляющую арматуру и аккумулятор
давления, которые обеспечивают расход и давление рабочей жидкости в
системе (масло веретенное или турбинное) - рис. 2.15 - 2.17.
Рис. 2.15. Принципиальная схема гидравлической двухпроводной системы
управления клапанами грузовой системы: 1 - гидронасос; 2 - фильтр
с невозвратным клапаном; 3 - реле; 4 - управляющий клапан гидродвигателя
или гидравлического сервомотора; 5 - невозвратный клапан
Преимущества гидропривода:
- наличие одной из самых гибких рабочих сред из существующих
с удобным автоматическим контролем передаваемой энергии и давления;
- безопасность, точность, гибкость, большая передача энергии при
минимальных массе и размерах.
99

Большое применение получили гидроприводы фирмы «Норвич».
2
Рис. 2.16. Принципиальная схема единой системы гидравлики для привода различной
арматуры и вспомогательных механизмов:
/ - баллоны со сжатым воздухом; 2 - трубопроводы сжатого воздуха; 3 - запорный
клапан; 4 - сигнализаторы верхнего уровня; 5 - манометр; 6 - манометровый клапан;
7- сливные трубопроводы от гидроприводов рулевых устройств и арматуры;
8 - разобщительные клапаны; 9 - сливной коллектор; 10 - сливная магистраль;
// - масляная цистерна; 12 - всасывающий трубопровод; 13 - масляный фильтр;
14 - перепускной трубопровод; 15 - предохранительный клапан; 16 - масляный
винтовой электронасос; 17 - угловой запорный клапан; 18 - приемник с сеткой;
19 - напорный трубопровод; 20 - угловой невозвратно-запорный клапан;
2/, 27- расходные трубопроводы; 22, 26 - нагнетательные трубопроводы;
23 - проходной невозвратно-запорный клапан; 24 - сигнализаторы нижнего уровня;
25 - пневмогидроаккумуляторы; 28 - сливной трубопровод; 29 - напорный
коллектор; 30 - отсечные запорные клапаны; 31 - расходные трубопроводы к потребителям
Гидравлическая система фирмы «Норвич». Основные элементы
системы:
- насос с электродвигателем, фильтр, клапаны управления;
- расширительная цистерна;
- блок клапанов (отсечные, предохранительные, распределительные,
дроссели);
- гидромотор.
Небольшая индивидуальная насосная установка непрерывно
обеспечивает автоматическую работу каждой лебедки с необходимой скоростью
100

в течение швартовного периода. Насосы и электродвигатели «Норвич»
имеют фиксированный рабочий объем, нагнетая и всасывая точное, строго
определенное количество рабочей среды (гидравлического масла). Поэтому
регулирование скорости вращения двигателя осуществляется с помощью
изменения давления гидравлического масла в системе. С этой целью
параллельно с насосом включен дроссельный клапан.
Рис. 2.17. Гидравлическая система управления швартовной лебёдкой: / - блок
гидронасоса с фильтром и клапанами; 2 - расширительный бак; 3 - блоки
управляющих клапанов (выбора режима, нагрузки, предохранительный, остановки);
4 - гидромотор; Р - силовая магистраль; S- возвратная магистраль
Клапанами регулирования давления в системе «Норвич» являются
следующие группы клапанов: предохранительные, стопорные и
распределительные. В случае, когда две или три лебедки последовательно
подсоединены к насосу, предохранительный клапан контролирует суммарную нагрузку
на потребителей клапана (в этом случае его устанавливают и на насосе, и на
гидромоторе) - рис. 2.18.
Стопорный клапан обычно устанавливается на перепускном (обратном)
трубопроводе. Он поддерживает то же давление, что и на
нагнетательной стороне насоса. Этот клапан в основном срабатывает при полном
падении нагрузки, а также при обрыве каната лебедки под нагрузкой, прекращая
подачу масла от гидромотора и, таким образом, предотвращая обратное
давление на насос. Кроме того, он защищает систему от кавитации.
101

16\f]
Рис. 2.18. Схема гидропривода палубной лебедки при трех положениях
управляющего рычага: а - режим «стоп»; б - режим «максимальный момент
при малой скорости вращения (при подъёме груза)»; в - режим «минимальный
момент (при опускании груза)»: 1 - гидромотор; 2 - режимный клапан; 3 - тормозной
клапан; 4 - запорный клапан отсечки на сливной магистрали; 5 - расширительный
и подпиточный бак; 6 - невозвратный клапан; 7 - винтовой насос с электроприводом;
8 - комбинированный фильтр; 9 - предохранительный клапан; 10 - оперативный
клапан; /У, 12, 13 - рукоятка управления на тяжёлом/лёгком режиме работы
и при остановке соответственно; 14, 15, 16 - указатель нагрузки: отсутствие,
подвод и отвод соответственно
102

Распределительные клапаны выполняют следующие основные функции:
- равномерно распределяют поток масла с целью использования двух
направлений вращения гидромотора;
- позволяют маслу беспрепятственно циркулировать по гидромотору;
- регулируют поток масла к гидромотору, позволяя изменять скорость
вращения плавно, без скачков;
~ предотвращают обратное вращении гидромотора (обратной
мощности) при повышении или понижении нагрузки.
Две первые функции достигаются следующей конструкцией. Установлен
четырехходовой клапан с открытым центром. Скорость вращения
регулируется дросселированием с помощью байнасной линии, т.е. изменением
количества масла, циркулирующего через мотор. При временном сбросе нагрузки или
обрыве каната лебедки, находящегося под нагрузкой, масло, нагнетаемое
гидромотором, также дросселируется. Следует заметить, что это происходит
только лишь в зоне дросселирования клапана, а не на всей линии, поскольку
при полном сбросе нагрузки срабатывает стопорный клапан.
Расширительная цистерна соединяется с системой через питательный
трехходовой клапан, расположенный на насосе. Объем (количество) масла
в гидравлической системе изменяется при изменении температуры и давления
масла в системе. Расширительная цистерна предназначена для компенсации
теплового расширения и увеличения объёма масла в системе, а также для
удаления воздуха из неё. Кроме того, цистерна обеспечивает постоянный напор
масла перед насосом, что необходимо для его стабильной работы; в результате
снижается вероятность возникновения кавитации и шума. Особенностью
расположения цистерны является то, что она всегда находится на 1,5 - 2 м выше
всей системы, обеспечивая давление немного выше атмосферного.
Гидромоторы «Норвич» являются лопастными. Они состоят из корпуса
самого мотора и ротора с лопастями, управляемыми автоматически. Парные
лопасти направляются двумя изогнутыми толкателями, которые воздействуют
на концы лопастей, исключая возможность смещения и заклинивания между
торцевыми крышками подшипников. Регулирование скорости вращения
двигателя осуществляется изменением давления гидравлического масла в
системе. С этой целью параллельно с насосом включен дроссельный клапан.
Предохранитель)чый клапан гидромотора - клапан двойного действия.
Он регулирует только нагрузку самого мотора либо одного потребителя.
Давление открытия этого клапана всегда устанавливается ниже, чем давление
103

клапана на насосе. Следовательно, при нормальной работе гидромотора в
случае перегрузки системы этот клапан открывается первым, что создает
наиболее благоприятные условия для работы по отношению к охлаждению и
скачкам давления в системе. В случае, когда две или при лебедки последовательно
подсоединены к насосу, предохранительный клапан регулирует суммарную
нагрузку на потребители клапана. В этом случае его устанавливают и на
насосе, и на гидромоторе. Если же система имеет один комплекс «насос -
гидромотор», то предохранительный клапан ставится только на гидромоторе,
а)
б)
Рис. 2.19. Принципиальная схема гидропривода погружного грузового насоса,
построенная по принципу: а- открытого контура (/ циркуляционная цистерна;
2 - всасывающий фильтр; 3 - невозвратный шариковый клапан; 4 охладитель;
5 - регулировочный клапан; 6 - гидродвигатель; 7- подкачивающий насос;
8 - гидронасос переменной подачи); 6 - закрытого контура A - невозвратный
шариковый клапан; 2 - цистерна; 3 - подкачивающий насос; 4 - фильтр; 5 -- охладитель;
6 - регулировочный клапан; 7 - гидродвигатель; 8 - гидронасос переменной подачи)
Система гидропривода погружных насосов фирмы «Фрамо».
Рассмотрим применение этой системы (рис. 2.19), имеющей следующие
преимущества: простота удаления воздуха, меньшая длина трубопроводов,
обеспечивающая меньшие потери на утечки и, соответственно, меньшую
стоимость, уменьшение количества арматуры. Недостаток - наличие
гидравлического танка значительных размеров.
104

Кроме того, к преимуществам следует отнести меньшие размеры
масляной цистерны, а к недостагкам - наличие воздуха в рабочей среде, большее
количество груб и арматуры.
Схема судовой системы гидропривода погружных насосов грузовой
системы на химовозах показана на рис. 2.20.
Рис. 2.20. Развернутая система гидропривода погружного грузового насоса
и гидравлической станции вместе с элементами управления фирмы «Фрамо»:
/ - погружной грузовой насос; 2 - контрольный клапан насоса; 3 - управляющая
клапанная коробка; 4 - контрольно-управляющая панель; 5 - клапан возврата масла
в гидравлический танк; 6 аксиально-поршневой насос; 7 - танк гидравлического
масла; 8 подкачивающий насос; 9 - охладитель масла; 10 - фильтр гидравлического
масла; //, 12, 13, 14 соответственно датчик температуры, уровня, давления;
/5, 19 редукционный клапан давления; 16 - клапан остаточного давления;
17 разгрузочный клапан; 18 - стопорный клапан; 20 - предохранительный клапан;
21 клапан вентиляции; 22 - напорная, сточная магистраль гидравлического масла,
соответственно; 24 трубопровод добавления масла; 25 - запасная цистерна;
26 выпуск масла в слоп-танк; 27 - гибкий соединительный шланг; 28 - осушительный
трубопровод от фильтра; 29 переливной трубопровод; 30 управляющий клапан;
31 - выход охлаждающей воды из охладителя; 32 - автоматический клапан подачи воды
на охладитель; 36 блок гидронасоса с клапанами; 37- щит электропитания;
38 - фильтрующий блок; 39 - управляющая магистраль
105

Рис. 2.21. Поперечный разрез клапана с пневмоприводом типа ЛПЛ 96001,
применяемые на химовозах: / выключатель взрывозащищснный; 2 стойка;
3 - сильфон; 4 - корпус; 5 - коробка соединительная взрывозащищённая;
б - пневмопривод; 7 - ручной дублёр; 8 - распределитель двухпозиционный
взрывозащищснный
Пневматический привод (рис. 2.21) основан на использовании сжатого
воздуха давлением 4,5 МПа, который поступает от системы воздуха
среднего давления. Управление впуском воздуха осуществляется вручную краном-
манипулятором.
Конструктивные особенности:
- цельносварной корпус, исключающий утечку газа во внешнюю среду;
- полный проход, обеспечивающий возможность очистки трубопровода;
- уплотнение затвора из материала, обладающего высокой износоэрро-
зионностойкостью;
- высокая герметичность затвора класса «А», обеспечиваемая
постоянным поджатием уплотнений;
- наличие схемы затвора «пробка в опорах» со специальными
подшипниками, снижающими вращающий момент;
106

- уплотнение пробки одностороннего действия с автоматическим
стравливанием давления рабочей среды из полости корпуса в патрубки.
Стравливание происходит при превышении давления внутри корпуса по отношению
к давлению в полости патрубка;
- наличие устройства для снятия статического электричества;
- оснащение крана травмобезопасным декомпрессионным устройством,
предназначенным для стравливания давления из полости корпуса и
устройством для слива конденсата;
- оснащение крана пятью обратными клапанами, предназначенными для
подвода уплотнительной смазки в зону уплотнений при их повреждении;
- наличие пневматического привода со струйным двигателем,
работающим на транспортируемом газе без предварительной подготовки,
гарантирующей невозможность поворота привода от внешней нагрузки,
создаваемой транспортируемой средой на затворе арматуры. Оснащение привода
ручным дублером.
Технические данные клапана: рабочая среда пожароопасная,
применяется в системах с отравляющими веществами: люизитом - до 82 % с
твердыми включениями мышьяка, шлака, смол до 4 % массовой доли и
размерами частиц твердых включений до 70 мкм; зарином, зоманом, винилхлори-
дом, растворами или образующимися газами, содержащими эти
отравляющие вещества; растворами щелочей и кислот концентрацией до 10 %
и реакционной массой, в которых возможны твердые включения до 1 мм
в диаметре (шлак, смолы). Присоединение к трубопроводу фланцевое с
концами под приварку; уплотнение шпинделя сильфонное с дублирующим
сальником. Управление клапаном пневматическое. Рабочее положение
клапана любое (рекомендуется вертикальное расположение привода).
Управляющее давление в пневмоприводе F,3 ± 0,63) бар. Исполнение клапанов:
нормально закрытый (НЗ) клапан, нормально открытый (НО) клапан.
Низкотемпературный клапан типа 3248 фирмы «Самсон» (рис. 2.22)
хорошо работает при температурах до минус 196 °С в условиях защиты от
оледенения (с этой целью в нём установлен гофрированный сильфон вблизи
рабочей среды, который компенсирует температурные расширения и
защищает сальник при любом монтажном положении от оледенения).
Электрический привод (ЭП) предназначен для перемещения
регулирующих органов исполнительных устройств в системах автоматического
регулирования грузовыми и другими технологическими процессами в соответ-
107

а)
1273
б)
Рис. 2.22. Низкотемпературный клапан типа 3248 фирмы «Самсон»:
а - общий вид; б - поперечный разрез
ствии с командными сигналами судовых автоматических регулирующих
и управляющих устройств. Электрический привод используется в тех
случаях, когда приходится часто открывать и закрывать клапаны, кингстоны
и задвижки больших размеров (от 300 мм и более). Электрический привод
применяется двух типов: с электродвигателем, расположенным
непосредственно у арматуры, и с дистанционным приводом от электродвигателя
(рис. 2.23). ЭП применяются также в процессе дистанционного
открытия/закрытия аппарелей, грузовых рамп, дверей, люков, вентиляционных
108

каналов, привода различных палубных механизмов и т.д. посредством тяг,
рычагов, шпинделей, штоков или других силовых конструкционных
элементов. Принцип работы ЭП заключается в преобразовании электрического
сигнала, поступающего от регулирующего или управляющего устройства,
в перемещении выходного элемента, передающего перестановочное усилие
или момент регулирующему органу.
Рис. 2.23. Электропривод клапана:
/ - электродвигатель; 2 - блок тепловой защиты;
3 - ограничитель предельного момента
Электроприводы содержат дополнительные блоки или датчики
обратной связи (датчики, дающие информацию о положении выходного элемента
исполнительного механизма, блоки концевых и моментных выключателей),
промежуточные выключатели для сигнализации в определенном положении
исполнительных устройств, запуска или остановки дополнительного
оборудования и т.п.
Электроприводы выпускаются как в общепромышленном, так и во
взрывозащищенном исполнении. По характеру движения выходного
элемента электроприводы обычно классифицируются следующим образом:
- поворотные, у которых выходной элемент вращается но дуге до 360°,
предназначенные для управления шаровыми кранами и поворотными
дисковыми затворами;
- многооборотные, у которых выходной элемент вращается на 360°,
предназначенные для управления шиберными и клиновыми задвижками;
109

- прямоходные, у которых выходной элемент перемещается
поступательно, предназначенные для управления клапанами.
Приводы с электродвигателем громоздкие, требуют больших
электрических мощностей и поэтому применяются редко, однако они имеют
будущее ввиду следующих неоспоримых преимуществ:
- отработка входного сигнала в виде импульса, подаваемого на
электродвигатель;
- обеспечение перемещения рабочего органа арматуры
пропорционально длительности импульса;
- обеспечение отработки достаточно коротких управляющих импульсов
@,1 си менее);
- управляющий сигнал с регулирующего прибора, прежде чем
поступить на механизм или привод, усиливается до необходимой мощности.
Для электроприводов применяются следующие управляющие устройства:
- пускатели контактные типа ПМЛ;
- пускатели бесконтактные реверсивные типа ПБР-2М (для
однофазных электроприводов);
- пускатели бесконтактные реверсивные типа ПБР-ЗА, ПБР-ЗИ или
усилители тиристорные трехпозиционные (для трехфазных электроприводов).
В системах автоматического регулирования и управления используется
управление при помощи бесконтактных устройств (пускателей ПБР,
усилителей и др.) как более надежных. Для электроприводов во взрывозащищен-
ном исполнении установка управляющих устройств производится вне
взрывоопасных зон помещений и наружных установок. Электродвигатели во
взрывозащищенном исполнении имеют элементы температурной защиты
в виде термодатчиков (терморезисторов), встроенных в фазы обмоток.
Удобство монтажа обеспечивается раздельными кабельными вводами силовых
цепей и термодатчиков.
Для безопасной работы электродвигателя необходимо использовать
либо блок тепловой защиты, либо другое устройство, отключающее двигатель
при превышении температуры обмоток и корпуса сверх допустимых
значений. Электродвигатели реверсивные. При реверсировании интервал времени
между выключением и включением на обратное направление составляет
не менее 50 мс.
Основным узлом электропривода является редуктор. Он уменьшает
частоту вращения и увеличивает крутящий момент, создаваемые электродвига-
110

гелем. В зависимости от крутящего момента в электроприводах
используются редукторы с различными типами передач: червячные, с цилиндрическими
зубчатыми колесами и др.
Электроприводы часто комплектуются планетарными редукторами,
которые имеют высокие значения КПД и выдерживают большие нагрузки.
^Надежность планетарных редукторов обеспечивается многопарностью
зацепления зубьев. Валы редукторов установлены на шарикоподшипники.
Зубчатые передачи и шарикоподшипники обрабатываются густой смазкой, что
обеспечивает установку механизма или привода в любом положении в
пространстве. Для ограничения величины выбега выходного вала и фиксации
его положения при отключении напряжения питания и воздействии
противодействующей нагрузки со стороны регулирующего органа
электроприводы МЭМ-100 и ПЭМ имеют механический тормоз.
Устройство отключения электродвигателя в электроприводах
выполняет два вида отключений: отключение по положению и отключение по
моменту. Все электроприводы имеют электрические ограничители
перемещения выходного вала, которые служат для отключения электродвигателя
в крайних (конечных) положениях выходного вала. Для отключения по
моменту в электроприводах установлен двусторонний ограничитель
предельного момента. Он позволяет ограничивать крутящий момент при
запирании арматуры и предотвращать поломки при заклинивании, заедании
подвижных частей, попадании посторонних предметов и/или отказе концевых
микровыключателей. Ограничитель предельного момента блокирует
отключение электродвигателя при превышении крутящего момента во время пуска
из крайних положений. В его состав входят два микровыключателя, которые
срабатывают при достижении предельного крутящего момента и приводят
к остановке электродвигателя.
Все электроприводы имеют узел ручного управления, служащий для
ручного перемещения выходного вала при монтаже и регулировке
механизмов и приводов, а также в аварийных ситуациях. В зависимости от
типоразмера электропривода ручной привод может быть выполнен в виде
ручки, маховика или маховика с ручкой и устанавливается на конце
червячного вала или вала электродвигателя. Полному ходу выходного вала
электропривода соответствует определенное число оборотов ручного
привода. Наличие планетарной ступени в составе редуктора делает ручное
управление и управление от электродвигателя независимыми. Усилие на ма-
111

ховике (ручке) ручного привода для приводов ПЭМ-А не превышает 200 Н,
для остальных электроприводов - 300 Н.
Сочленение с регулирующим органом арматуры. Электроприводы
устанавливаются непосредственно на арматуру. Исполнения по присоединению
- под квадрат или кулачковую полу муфту. Положение в пространстве -
любое. Подключение электроприводов в обычно*м исполнении к внешним
электрическим цепям производится через штуцерный ввод, имеющий три гнезда
для подвода силового кабеля, кабеля цепей управления и кабеля цепей
датчика положения. Кабели, идущие к датчику блока сигнализации положения,
пространственно отделены от силовых цепей. Многооборотные
электрические исполнительные механизмы и приводы, соответственно МЭМ и ПЭМ,-
это электроприводы, передающие крутящий момент арматуре при ее
повороте на один оборот и более. Электроприводы МЭМ предназначены для
приведения в действие запорно-регулирующей арматуры (задвижки,
вентили) в системах автоматического регулирования технологическими
процессами в соответствии с командными сигналами регулирующих и управляющих
устройств. Электроприводы ПЭМ предназначены для приведения в действие
запорной арматуры в режиме «Открыть» - «Закрыть». Электроприводы
ПЭМ также могут работать в системах автоматического регулирования при
следующих условиях:
- наличие блока сигнализации положения для обратной связи между
положением выходного вала и регулируемым параметром;
- обеспечение режима работы с повышенной частотой включений.
В электроприводах используются асинхронные трехфазные
электродвигатели с высоким КПД. В электроприводах МЭМ 100-А применены
асинхронные двигатели, специально разработанные для использования на АЭС, как вне
гермозоны (исполнение АП), так и внутри нее (исполнение АО).
Электродвигатели во взрывозащищенном исполнении имеют элементы температурной
защиты в виде термодатчиков (терморезисторов), встроенных в фазы обмоток.
Удобство монтажа обеспечивается раздельными кабельными вводами
силовых цепей и термодатчиков и подключением цепей управления и
сигнализации с применением разъемов. Для безопасной работы электродвигателя
используются либо блок тепловой защиты, либо другое устройство,
отключающее двигатель при превышении температуры обмоток и корпуса сверх
допустимых значений. Концы кабеля подсоединяются к токоведущим
шпилькам вводного устройства.
112

Электроприводы имеют местный указатель положения выходного вала,
состоящий из шкалы и стрелки, закрепленных на валу блока сигнализации поло-
\ жения или блока концевых выключателей. Для визуального контроля положе-
I ния выходного вала электропривода и трубопроводной арматуры в крышке
\ электропривода над шкалой местного указателя положения предусмотрено
(окно.
\ Блок сигнализации положения выходного вала (рис. 2.24) выполняет
следующие функции:
•- преобразование положения выходного вала электропривода в
пропорциональный электрический сигнал в зависимости от вида датчика обратной
связи;
- сигнализацию положения выходного вала в крайних или
промежуточных положениях и блокирование его хода в крайних положениях.
Рис. 2.24. Блок сигнализации положения концевых выключателей: / - кулачки;
2 шкала местного указателя со стрелкой; 3 - корпус; 4 - микровыключатели;
5 - основание; 6 - вал
Блок сигнализации положения состоит из блока микровыключателей
и блока датчиков, являющихся датчиком обратной связи но положению
выходного вала.
Виды блоков сигнализации положения: блок сигнализации положения
реостатный (БСПР), блок сигнализации положения токовый (БСПТ).
В случае отсутствия необходимости в датчике обратной связи
электроприводы оснащаются блоком концевых выключателей (БКВ), состоящим из
четырех микровыключателей.
Узел ручного управления служит для ручного перемещения выходного
вала при монтаже и регулировке электроприводов, а также в аварийных
ситуациях. Устанавливается на всех электроприводах.

Ограничитель предельного момента выполняет следующие функции:
- автоматическое, дистанционное или ручное открытие и закрытие
арматуры;
- автоматический и дистанционный останов арматуры в любом
промежуточном положении;
- указание степени открытия (закрытия) арматуры на шкале местного
указателя;
- позиционирование рабочего органа арматуры в любом
промежуточном положении;
- формирование сигнала о конечных и промежуточных положениях
рабочего органа арматуры и динамике его перемещения.
Функции электроприводов типа ПЭМ, работающих в следующих
режимах:
- дистанционное или ручное открытие / закрытие арматуры;
-дистанционный останов арматуры в любом промежуточном положении;
- указание степени открытия (закрытия) арматуры на шкале местного
указателя;
- выдача сигнала на отключение двигателя при достижении запорным
устройством арматуры крайних положений «Открыто», «Закрыто», при достижении
заданного крутящего момента на выходном валу привода или при заедании
подвижных частей арматуры. Настройка и регулировка величины крутящего
момента могут обеспечиваться в широких пределах.
В зависимости от назначения арматуры (запорная или регулирующая)
электроприводы оснащены различными блоками сигнализации положения.
В частности, рассматриваемый блок сигнализации положения выполняет
преобразование углового перемещения выходного вала электропривода
в пропорциональный электрический сигнал в виде унифицированного
токового сигнала либо в виде изменения активного или реактивного
сопротивления. В зависимости от вида датчика блоки сигнализации положения имеют
следующие исполнения: токовые БСПТ-10М (К, Г) - для обычных
исполнений, реостатные БСПР-12А - исполнение для АЭС.
В электроприводах для запорной арматуры обычно достаточно наличия
концевых и моментных выключателей. Для запорно-регулирующих и
регулирующих приводов помимо концевых и моментных выключателей часто
требуется блок сигнализации положения, т.е. положение арматуры
представляется в виде непрерывного сигнала. В различных типах приводов по-
114

ложение хода штока может передаваться в виде реостатного, индуктивного
или токового сигнала. Как правило, большинство приводов имеют токовый
блок положения (диапазон изменения сигнала 4 ... 20 мА).
В случае отсутствия потребности в датчике обратной связи
электроприводы оснащаются блоком концевых выключателей (БКВ), состоящим из
четырех микровыключателей:
- конечных выключателей, соответственно, открытия и закрытия;
- путевых выключателей, соответственно, открытия и закрытия.
Два микровыключателя, выполняющие функцию электрических
ограничителей, предназначены для блокирования перемещения выходного вала
в конечных положениях, а другие два - для сигнализации промежуточных
положений выходного вала или дублирования конечных. Электрические
ограничители имеют возможность изменения их настройки в процессе
монтажа и наладки, обеспечивая настройку рабочего хода на любом
участке от 0 до 100 % полного хода выходного вала.
Микровыключатели с кулачками закреплены на вертикальном залу,
который связан с выходным валом электроприводов. При изменении
положения вала кулачки нажимают на толкатель микровыключателя, вызывая его
срабатывание. Каждый микровыключатель имеет размыкающийся и
замыкающийся контакты с раздельными выводами. На вертикальном валу также
установлен профильный кулачок с углами подъема 90° и 225°, которые
соответствуют повороту вала в диапазонах 0 ... 0,25 оборота и 0 ... 0,63 оборота.
Высота подъема профилей - 5 мм. Через профильный кулачок блок датчика
в токовом блоке сигнализации положения связан с выходным валом
механизма или привода. Блоки датчиков и микровыключателей установлены
в одном корпусе. Токовый блок датчиков выполнен в виде согласующего
устройства, состоящего из дифференциально-трансформаторного датчика,
резисторов для настройки значений выходного сигнала и двухпозиционного
переключателя диапазона изменения выходного сигнала 0 ... 5 мА или 0 ...
20 мА. Электрическое питание токового блока датчиков осуществляется от
встроенного в механизм блока питания БП-20.
В схеме согласующего устройства БСПТ-ЮМ (К, Г) предусмотрены
следующие элементы: резисторы для настройки начального значения выходного
сигнала @ или 4 мА) и максимального значения выходного сигнала E или
20 мА); двухпозиционный микропереключатель, предназначенный для
изменения диапазона выходного сигнала 0 ... 5 мА или 4 ... 20 / 0 ... 20 мА.

Электроприводы работают в повторно-кратковременном реверсивном
режиме циклами, в которых перемещения выходного вала чередуются с
паузами. После паузы возможно изменение направления перемещения выходного
вала (реверс). При реверсировании интервал времени между включением
и выключением на обратное направление должен быть не менее 50 мс.
Режимы работы многооборотных электроприводов МЭМ и ПЭМ
следующие:
- кратковременный режим, при котором за время работы не
достигается установившейся температуры нагрева (после рабочего периода следует
достаточно длительная пауза). Длительность работы, соответствующая
номинальной мощности, составляет от 10 до 90 мин;
- повторно-кратковременный режим с частыми пусками и остановками,
характеризуемый продолжительностью включений в процентах и
дополнительным количеством включений в час.
-•-5
11 10
Рис. 2.25. Принципиальная кинематическая схема ЭП: / - блок сигнализации
положения выходного вала; 2 - червячная пара как пример силовой передачи;
3 - силовой редуктор с главной понижающей передачей; 4 - электродвигатель;
5 - ручной привод со своей передачей и механизмами блокирования/деблокирования
ручного привода; б - рычаг или коромысло для поворотных механизмов;
7 - шариковинтовая пара; 8 - узел преобразования вращения вала в поступательное
движение; 9- кулачки концевых выключателей, кинематически связанные
с выходным валом механизм; 10 - концевые выключатели, нажатие на которые
осуществляют кулачки; 11 - реостатный датчик положения
Например, ЭП (рис. 2.25) работает следующим образом: при подаче
напряжения питания на электродвигатель 4 исполнительного механизма ротор
116

последнего начинает вращаться. Через силовой редуктор 3 с главной
понижающей передачей, например червячной 2, вращение от электродвигателя
передается на выходной вал механизма. При этом, благодаря большому
передаточному отношению, частота вращения выходного вала механизма
понижается, а момент на выходном валу механизма возрастает. Механизм
преобразования вращательного движения в поступательное 7 или рычаг б
перемещает шток (например, клапана или поршня) гидроцилиндра.
При снятии напряжения с электродвигателя ротор электродвигателя
с некоторым выбегом останавливается, и движение выходного вала
механизма прекращается. При реверсе электродвигателя кинематически
связанный с ротором электродвигателя выходной вал механизма приходит во
вращение в обратном направлении. При остановке электродвигателя также
останавливается и выходной вал механизма.
Силовая передача и силовой редуктор имеют, как правило, большое
передаточное отношение с помощью червячного зацепления, благодаря чему
силовая передача обладает свойством самоторможения, и любые моменты
или усилия, прикладываемые со стороны выходного вала, не приводят
к вращению валов механизма. Таким образом, выходной вал
исполнительного механизма сохраняет свое положение при отсутствии сигналов
управления и при обесточенном электродвигателе. Очевидно, что в этом случае
исполнительный механизм представляет собой разновидность интегратора,
который суммирует и сохраняет управляющие воздействия.
Для контроля положения выходного вала механизмы оснащаются
блоками сигнализации 7, которые могут содержать датчики положения 77
и концевые микровыключатели 10, которые также кинематически связаны
с главной силовой передачей механизма, благодаря чему обеспечивается
достоверная информация о положении выходного вала механизма и его
промежуточных положениях.
Для перемещения выходного вала механизма без подачи напряжения на
электродвигатель, что бывает необходимо при монтаже, пусконаладочных
работах и в аварийных ситуациях, электроприводы оснащаются ручными
дублерами 5, которые могут быть либо постоянно подключенными к главной
передаче механизма, либо подключаться через соответствующие механизмы
блокирования/деблокирования ручного привода.
На рис. 2.25 показаны также отдельные функциональные узлы
современных электрических исполнительных механизмов. В зависимости от
117

конструкции привода исполнительные механизмы могут содержать
следующие элементы:
- ограничители моментов и усилий (так называемые моментные
муфты), компенсаторы линейных расширений;
- антиконденсационные или антиморозные обогреватели;
- тормоза для ограничения величины выбега выходного вала и
предотвращения его перемещения от усилия регулирующего органа при отсутствии
напряжения на электродвигателе, а также другие узлы и элементы.
Современные, так называемые интеллектуальные электроприводы,
дополнительно могут содержать электронные блоки для управления и
диагностики работоспособности механизмов, связи их с системами контроля и
управления более высокого уровня, локальные регуляторы, сигнализаторы,
кнопки и ключи для местного дистанционного и автоматического управления.
Общая классификация судовой арматуры. Классификация имеет
определённый класс общегосударственного классификатора продукции. Для
судовой арматуры установлен класс 29. Например, обозначение арматуры
состоит из первых 12 знаков кодификатора комплектов приводной
арматуры. Кодификация комплектов приводной арматуры содержит следующую
информацию:
X х X XX х X X X XX X X X ЗЭ,
где каждый символ X слева направо обозначает следующее:
- наименование производителя комплекта;
- исполнение привода;
- время закрытия (открытия) арматуры;
- группа продукции категорииной линии привода;
- категорийная линия привода;
- тип работы органа привода;
- исполнение по присоединению;
- исполнение по материалу;
- обозначение группы сред;
- условное давление;
- диаметр условного прохода (назначение арматуры);
- производитель арматуры.
Буквы ЗЭ обозначают тип арматуры.
Последовательно каждый символ в коде содержит определённую
информацию об арматуре или её приводе. Например, 1 - тип арматуры,
118

Ш - шаровой кран, Д - дисковый затвор, 3 - задвижка, К - клапан, С -
заслонка.
Кодировка арматуры по назначению: 3 - запорная, Р - регулирующая, П -
запорно-регулируюшая, Т - отсечная, X - распределительно-смесительная
(трехходовая), Л - регулирующая с линейной расходной характеристикой, М -
регулирующая с равнопроцентной расходной характеристикой, Н - запорно-
регулируюшая (для полнопроходного крана), К - запорно-регулируюшая
с линейной расходной характеристикой, С - запорно-регулирующая с равно-
процентной расходной характеристикой, Д - запорная с линейной расходной
характеристикой, Г - запорная с равнопроцентной расходной
характеристикой, А - регулирующая, отсечная.
Примеры обозначения комплектов приводной арматуры
1. На базе приводных задвижек 308307 10ВУБ МШПЗЭиМ: 3 -
задвижка, 08 - производитель задвижек - Муромский завод трубопроводной
арматуры, 3 - запорная, 07 - диаметр условного прохода 10 (рабочее давление
PN 16, 8), рабочая среда - вода, пар и др. невзрывоопасные, нетоксичные
жидкие среды, У - исполнение по материалу углеродистая сталь, Б -
исполнение по присоединению фланцевое, М - тип работы органа привода
многооборотный A - тип привода ПЭМ, А - группа привода, 3 - время закрытия/
открытия арматуры - средний ход 37,5 с, П - исполнение привода
общепромышленное (ЗЭиМ)).
2. На базе приводных дисковых затворов Д01П1410НСБП25ВЗВЗЭиМ:
Д - дисковый затвор; 01 - производитель дисковых затворов - ИнтерАрм; П -
запорно-регулирующий; 14 - диаметр условного прохода; 10 - рабочее
давление; Н - рабочая среда (нефть, нефтехимические, взрывоопасные и токсичные
жидкие среды); С - исполнение по материалу (корпус - сталь/регулирующий
орган - нержавеющая сталь); Б - исполнение по присоединению фланцевое;
П - тип работы органа привода дисковых затворов поворотный; тип привода
МЭОФ; В - группа привода 250; ВЗ - время закрытия (открытия) арматуры -
средний ход 25 с.
Наиболее часто в отечественной практике применяются электроприводы
следующих производителей: отечественных ОАО «ЗЭиМ» (г. Чебоксары),
ЗАО «Тулаэлектропривод» (Тульская обл.), ООО «НПП «Томская электронная
компания», ООО «Сибмаш»; зарубежных: AUMA, B1FFI, Hartmann & Braun,
Honeywell, Kromshcroder, REGADA (Словакия), ROTORK, Siemens и др.
119

2.2. Новые технические решения в арматуре
и механизмах судовых систем
2.2.1. Энергосберегающая быстродействующая
запорно-регулирующая арматура
В настоящее время в практику эксплуатации судовой арматуры
внедряется комплекс практически всех наименований и типоразмеров простой,
экономичной, энергосберегающей, быстродействующей, высокогерметичной
и многофункциональной запорно-регулирующей арматуры (например,
клапаны, работающие непосредственно от энергии, перекачиваемой по
трубопроводу рабочей среды).
Рис. 2.26. Внешний вид клапана
При работе непосредственно от пренебрежительно малой доли
протекающего потока с возвратом ее обратно в трубопровод (рис. 2.26) такая
арматура исключает необходимость в дорогостоящих электро- и других
приводах, так как сама одновременно является ими. При крайне простой
конструкции эти устройства обеспечивают высокое быстродействие в долях
и единицах секунд и требуемую герметичность, а также являются
многофункциональными в схемах управления технологическими процессами, что
делает их незаменимыми в опасных пожаро- и взрывоопасных условиях.
Указанные преимущества делают эту арматуру вполне конкурентоспособной
на рынке в сравнении с устаревшей арматурой аналогичного назначения,
которая по инерции продолжает применяться, что особенно опасно для
пожаро- и взрывоопасных условий производств и эксплуатации.
120

Приведем перечень новой запорно-регулирующей арматуры, легко
поддающейся дистанционному управлению:
- задвижка шланговая прямого действия;
- регулирующая, отсечная и запорно-регулирующая арматура:
- «шаровой» кран (клапан) прямого действия, не содержащий шар;
- разгруженный клапан прямого действия (РКП), не зависящий
от величины давления потока;
- клапан прямого действия с кнопочным управлением;
- ручная разгруженная задвижка, исключающая обводной канал
со второй задвижкой;
- клапан прямого действия, аналоговый;
- быстродействующий регулятор газовый универсальный прямого
действия РГУ-АБ, осуществляющий комплексный контроль и регулирование
газового теплотехнического агрегата потоком самого газа, без использования
электронных схем и элементов;
- задвижка прямого действия ЗИС-ПДУ для атомных и тепловых станций.
Следует отметить, что задвижка шланговая, применяемая в качестве
запорно-регулирующей арматуры, не имеет аналогов в России. Новая
конструкция задвижки (шланговой) с пара*метрами Ру = 1,6 МПа типа З3а27/29Р
призвана заменить традиционно применяемые задвижки и вентили и
исключить проблемы с протечками, заменой уплотнений, засорением проходного
сечения, потерей герметичности, коррозией внутренних частей арматуры,
затратами на ремонт и обслуживание (рис. 2.27).
Основные преимущества:
- срок службы не менее 30 лет;
- герметичность затвора по классу «А», даже на сильно загрязненных
средах;
- отсутствие необходимости технического обслуживания;
- незасоряемость прохода и отсутствие застойных зон;
- герметичность корпуса по отношению к внешней среде;
- минимальное сопротивление потоку;
- отсутствие контакта рабочей среды с корпусом и пережимным
механизмом задвижки;
- наличие указателя положения ОТКРЫТО / ЗАКРЫТО;
- наличие датчика технического состояния патрубка;
121

- соответствие строительной длины задвижки длинам аналогичных
изделий;
- возможность плавного регулирования потоком;
- возможность подключения к системе централизованного контроля над
состоянием инженерных систем.
Рис. 2.27. Внешний вид (а) и схема действия (б)
шланговой задвижки принципиально нового типа
Эта арматура является быстродействующей, высокогерметичной и
многофункциональной запорно-регулирующей арматурой. Она работает от
пренебрежительно малой доли протекающего потока с возвратохМ её обратно
в трубопровод, что исключает необходимость в дорогостоящих электро-
и других приводах, что делает её незаменимой в пожаро- и взрывоопасных
условиях эксплуатации судовых систем.
122

Рис. 2.28. Регулирующая, отсечная и запорно-регулирующая арматура
фирмы «Самсон»
Регулирующая, отсечная и запорно-регулирующая арматура фирмы
«Самсон» (рис. 2.28) отличается удобством, экономичностью и простотой
обслуживания. К ней относятся односедельные, мембранные, шаровые,
сегментные клапаны, заслонки «Баттерфляй», приборы КИП и средства
автоматизации, регуляторы прямого действия температуры, давления, перепада давления,
расхода, электронные регуляторы для систем отопления, вентиляционных
систем и систем кондиционирования, систем котельных установок.
2.2.2. Судовые механизмы
Мембраные насосы отличаются простотой и надёжностью в
эксплуатации. Они могут иметь либо гидравлический (рис. 2.29), либо
пневматический привод. Это достигается использованием двустороннего
ограничения деформирования мембраны, исключающим перегрузку мембраны при
ошибках управления, а также применением многослойной мембраны при
давлениях до 12 бар. Мембранные насосные агрегаты являются надежной
и герметичной альтернативой для насосов вытеснения среднего и высокого
давления. Поршень передает вытесняющие усилия через гидравлическую
жидкость на мембрану, а последняя, в свою очередь, на перекачиваемую
жидкость. Мембрана отделяет гидравлическую жидкость от
перекачиваемой рабочей среды, обеспечивая надежную герметичность между
перекачиваемой жидкостью и гидравлической. Предохранительный клапан
предотвращает перегрузку насосного агрегата. Внутренние утечки на поршне
компенсируются клапаном перепуска, вследствие чего мембрана
постоянно работает в оптимальном рабочем диапазоне.
123

а) б)
Рис. 2.29. Мембранный насос с гидроприводом в двух положениях:
а - подача; б - всасывание
Система управления положением мембраны, обеспечивающая высокую
эксплуатационную надежность мембранных насосов. Например, насосы типа
М900 фирмы LEWA (давление до 400 бар, перекачиваемая подача от 1 л/ч до
8 м3/ч, температура от -20 °С до +150 °С), представляют собой экономичное
решение многих задач дозирования рабочих жидкостей.
Загрязняющие окружающую среду опасные, чувствительные или
абразивные жидкости перекачиваются исключительно при помощи мембранных
насосных агрегатов, исключающих утечки. Повреждение мембраны
(например, в результате износа) надежно определяется и сигнализируется. Насос
остается при этом герметичным и может эксплуатироваться в течение
продолжительного времени.
Преимущества мембранных насосов фирмы LEWA:
- высокая экономичность;
- герметичность, отсутствие утечек, защита от перегрузок при помощи
регулируемого клапана ограничения давления;
- многослойная мембрана с системой контроля мембраны в качестве
стандартного исполнения;
- низкие затраты на техническое обслуживание вследствие
использования долговечных мембран;
- абсолютная надежность при работе вхолостую;
- высокая точность дозирования;
- разделение гидравлической жидкости и системы смазки приводного
механизма;
124

- перекачивание различных жидкостей (загрязнённых, с высокой
вязкостью, химически агрессивных и взрывоопасных).
Механизм управления положением мембраны в гидравлической части
насоса обеспечивает высокую эксплуатационную надежность. Схема
действия мембранного насоса с пневматическим приводом приведена на рис. 2.30.
Рис. 2.30. Схема действия мембранного насоса с пневматическим приводом:
//, В -при движении влево пневматического поршня, соответственно, камера
всасывания и нагнетания; С, D впускной, выпускной фланец, соответственно;
Е распределительный клапан для рабочего сжатого воздуха;
/, 2, 5, 4 - всасывающие и нагнетательные шариковые клапаны
Насосы, вмонтированные в трубопровод (рис. 2.31), имеют
компактное исполнение и прямое соединение с электродвигателем; без
дополнительного фундамента (подача до 1300 м3/ч, напор до 2,0 бар, температура
перёкачиваемой забортной воды до 40 °С). Они имеют прочные
подшипники качения с постоянной смазкой, в них перекачиваемая среда проходит
через корпус двигателя, обеспечивая оптимальное охлаждение без
вентилятора. Рабочее колесо адаптировано к кавитационным нагрузкам и
давлению с равномерной реверсивной подачей.
Водонепроницаемая футеровка защищает втулки и радиальные
уплотнения вала из тефлона и синтетического каучука. Она позволяет увеличить
интервалы технического обслуживания. Безмуфтовая конструкция
обеспечивает с помощью интегрированного датчика постоянный контроль утечек,
реверсирование с минимальной нагрузкой, короткое время разгона за счёт
вала и малого вращения. Герметичный корпус из специального сплава
алюминия и бронзы устойчив к морской среде.
125

Вал электродвнгате.
Рабочее колесо
насоса
Эффективная
>* К.
^реверсивная^
гидравлика
Подшипник насоса I
Статор электродвигателя Трубопровод
Рис. 2.31. Вид насоса «ALLTRIMM»
Перистальтический насос (рис. 2.32) состоит из гибкого шланга,
нескольких роликов и поверхности, к которой ролики прижимают шланг.
Перистальтический насос представляет собой достаточно простой по
конструкции и обслуживанию агрегат. Его основным рабочим элементом является
гибкий шланг, по которому перекатываются два ролика, совершая
вращательные движения вокруг своей оси. Они пережимают гибкий шланг, в
результате чего внутри шланга создается разрежение, создающее
самовсасывание насоса. Тип шланга в насосе подбирается специалистами в
зависимости от вида перекачиваемой жидкости и условий эксплуатации насоса.
Камера внутри насоса заполнена маслом для предотвращения нагрева и
снижения износа шланга.
Рис. 2.32. Принципиальная схема перистальтического насоса
126

Принцип действия схемы: А - ролик ротора насоса скользит по
поверхности шланга внутри корпуса, передавливает шланг, создавая
герметичное разделение внутри шланга между входом и выходом жидкости.
Распрямляясь, эластичный шланг изменяет объем рабочей камеры насоса.
Жидкость всасывается внутрь шланга. В - второй ролик пережимает
шланг, создавая замкнутый объем жидкости внутри насоса, жидкость
перемещается к выходу насоса, в полость насоса втягивается новая порция
жидкости. С - шланг полностью заполнен, выход жидкости из насоса
открыт, перекрытый объем жидкости выдавливается из насоса. D -
эластичность шланга обеспечивает постоянное изменение объема рабочей камеры
насоса. Цикл работы повторяется.
Например, перистальтические насосы типа ELRO делятся на три
серии: ХР, IP и М300. Характерные черты серии ХР - высокая подача в
сочетании с низким числом оборотов насоса, что существенно увеличивает
ресурс шланга, который является основным рабочим органом в
перистальтическом насосе.
Серия IP более экономична и универсальна, оснащена
дополнительным устройством поддержания стабильности вакуума в насосе.
Серия М 300 - это мобильные перистальтические насосы, работающие
от дизельного и бензинового приводов.
Перистальтические насосы обеспечивают экономичную перекачку
грязей, отходов, химикатов на кораблях, санитарную обработку в скоростных
поездах, устанавливаются на автоцистерны, используются на
электростанциях и станциях очистки сточных вод при очистке танкеров и открытых
резервуаров, в химической индустрии.
Подача насосов зависит от скорости вращения вала и количества
роликов. Последнее определяет также равномерность потока жидкости. Являясь
самовсасывающими (высота всасывания до 9,5 м) насосами объемного
принципа действия, они применяются как в пищевой, так и в химической
промышленности для разгрузки емкостей и бочек с вязкими, агрессивными
и абразивными средами с твердыми включениями (до 70 мм), комками или
волокнами. Имея подачу до 48 м3/ч, напор до 13 бар, обычно
перистальтические насосы работают с малой скоростью вращения B0 ... 100 об/мин),
поэтому они рассчитаны на продолжительную работу в режиме 24 ч/сут.
Перистальтические насосы не имеют торцевых уплотнений, что
гарантирует отсутствие протечек перекачиваемой жидкости, позволяя перекачи-
127

вать летучие жидкости. Конструкция их простая и требует небольшого
количества запасных частей и простого обслуживания. Насосы рассчитаны
на постоянную работу в тяжелых условиях и очень надежны.
Перистальтические насосы, создавая гидравлические удары в напорном трубопроводе,
выдают пульсирующий поток, поэтому могут быть оснащены демпферами
пульсаций, сглаживающими поток.
Особое значение имеет материал шланга (каучук, силикон и др.),
влияющий на продолжительность срока службы насоса, и его внутренний
диаметр, от которого зависит подача насоса. Поэтому выбор материала
шланга очень важен для правильного подбора насоса.
Применяются следующие материалы: натуральный каучук (NR),
натуральный каучук пищевой (FDA), температурный диапазон: -20 ... +80 °С;
нитрильный каучук (NBR), смешанный полимер из бутадиена и акрил
нитрила, долговечный, жиро- и маслостойкий материал; бутилкаучук (IIR);
хайпалон (CSM); этилен-пропилен монодиен (EPDM); полиуретан (PUR).
При работе насоса очень важно, чтобы выход жидкости из него не был
перекрыт. Затор на выходе может привести к повреждению шланга.
2.3. Судовые устройства мембранного типа
для очистки воды
2.3.1. Мембранные фильтрующие установки
Фильтрационные модули мембранного типа характеризуются низким
энергопотреблением и одновременно высокой и постоянной скоростью
фильтрации. Плоские мембраны - модули, разработанные специально для
процесса ультрафильтрации водных сред и удаления из них различных
бактерий и частиц с высоким «Fouling-потенциалом» (рис. 2.33). Системы
служат для очистки и получения чистой питьевой воды из открытых и закрытых
водоисточников. Совершенно новым в технологии является многоцелевое
использование данной техники для различных процессов водоподготовки
чистой питьевой воды в судовых системах. В частности, применено новое
конструкционное использование подушечных модулей (мембран) с
полностью открытым направляющим каналом движения исходной воды (без
использования приспособлений или держателей).
Микрофильтрация и ультрафильтрация работают по принципу
пористого фильтра. Вещества, большие по размеру, чем поры фильтра, не проходят
128

через структуру мембраны и селективно задерживаются на ее поверхности.
Поры ультрафильтрационных мембран настолько малы, что позволяют
задерживать на своей поверхности многие бактерии и вирусы.
а) б)
Штифты Канал
Рис. 2.33. Поперечный разрез FM-модуля в трёх различных плоскостях:
а в сечении; б - сбоку
Вертикальное расположение фильтрационных модулей в системах
тупиковой ультрафильтрации дает возможность проводить регулярную
очистку мембранных элементов с помощью воздушно-водной очистки без
использования химических средств.
Использование различной пористости мембран открывает
перспективы проведения процессов микрофильтрации (МФ), ультрафильтрации (УФ)
или нанофильтрации (НФ), гарантируя оптимальную работу модульных
систем в различных областях ее применения.
Рис. 2.34. Внешний вид мембранных элементов
Применение полипропилена в качестве фильтра обеспечивает долгие
годы надежной эксплуатации системы. Отсутствие бака исключает воз-
ь-2078
129

можность загрязнения обработанной воды. В установке применяется
минимальное количество фитингов для подключения системы, что уменьшает
вероятность протечек (минимальное значение 1,9 л/мин, максимальное
значение 3,78 л/мин). Например, средняя производительность установки
(рис. 2.34) по очищенной воде - 2,84 л/мин или 4090 л/сут, средняя
селективность 95 % NaCI.
В установке может применяться осевая и продольная фильтрация в
зависимости от направления потока по отношению к поверхности
фильтрующего элемента.
Рис. 2.35. Схема установки с осевой фильтрацией
Осевая (тупиковая) фильтрация (рис. 2.35) применяется при низких
концентрациях взвесей и веществ в фильтруемой воде. В модулях выбирают
малое расстояние между мембранами, что обеспечивает высокую плотность
фильтрационного пакета. Этот технологический прием используется в
основном для очистки питьевой воды от микроорганизмов, в том числе от бактерий,
вирусов и ряда органических продуктов. Через определенные интервалы
времени (обычно 2ч- фильтрование, 10 мин - очистка) образовавшиеся на
мембранах отложения смываются сильным потоком исходной воды вместе с
микропузырьками воздуха. Двухфазная смесь вода - воздух, обладающая большой
силой, эффективно снимает поляризационные отложения на мембранах и
выносит их из фильтрационных модулей в виде концентрата. Кроме очистки
этим способом, при необходимости можно проводить также дополнительно
обратную промывку мембран с помощью обратного тока.
Продольная (тангенциальная) фильтрация (рис. 2.36). Если
концентрации взвесей и веществ в исходной воде высокие, то используют увели-
130

ченное расстояние между мембранами в модуле и фильтрационный
процесс проводят в режиме тангенциальной фильтрации. Такой фильтрацией
можно назвать следующие процессы:
- обработку сточных вод;
- процесс биологической обработки на станциях аэрации;
Рис. 2.36. Схема установки с тангенциальной фильтрацией
- обработку сточных вод пищевых производств;
- очистку от следов нефтепродуктов;
- удаление бактерий и фосфатов из сточных вод;
- предварительную фильтрацию перед обратным осмосом;
- барьер для удаления микрофлоры при подготовке питьевой воды;
- очистку вод после биологической обработки для последующего
сброса воды в чистые водоемы, предназначенные для купания;
- подготовку воды из открытых водоемов для питьевых целей;
- обработку химических сточных вод;
- обработку «серых» сточных вод и коммунальных стоков на больших
судах;
- обработку различных эмульсий (водо-маслянные смеси);
- обработку воды на нефтеперегонных заводах;
- в биотехнологии - для отделения биомассы после ферментационных
молочных продуктов и др.
2.3.2. Судовые установки обратного осмоса
Детальное представление об устройстве опреснительной установки
обратного осмоса типа HL-ROS DS 3...6 версии А дано на рис. 2.37.
9*
131

Рис. 2.37. Принципиальная схема опреснительной установки обратного осмоса
HL-ROS DS /3/4,5/6 а (типа А ... Н): А - вход морской воды; С - вход пресной воды
из системы гидрофора; D - выход опресненной воды; F - слив рассола за борт;
G - выход пресной воды для наполнения емкости для химобработки; У насос
забортной воды; 2, 8, 15, 23, 26 - фильтр; 3 - матерчатый фильтр, 200 мк; 4 -
матерчатый фильтр, 25 мк; 5 - манометр (давление перед мембраной); 6- патронный
фильтр; 7- дозировочный шаровой клапан для промывки пресной водой; 9 -
соленоидный клапан, промывка; 10 - фильтр с активированным углем и клапан наполнения
емкости для химобработки; 11 - шаровой клапан, промывка пресной водой;
12, 25 - соленоидный клапан отвода дистиллята и рассола; 13 - датчик
электропроводимости опресненной воды; 14, 28 - соответственно расходомер дистиллята;
16 - мембранная камера; /7- реле давления перед мембраной; 18, 20- манометр
(давление на входе и выходе насоса высокого давления); 19 - сигнал низкого
давления на насосе высокого давления; 21 - насос высокого давления; 22 -
соленоидный клапан; 24 - клапан отвода рассола; 27- клапан регулировки давления
Версия А снабжена встроенным насосом забортной воды и фильтром
200 мк. Например, опреснительные установки «Aquamar®Electric» работают
по принципу обратного осмоса. Являясь противоположностью естественного
процесса осмоса, обратный осмос удаляет соль и органические частицы из
соленой воды с помощью применения полупроницаемой синтетической
мембраны. Бустерный насос подает соленую воду через песочный фильтр
100 мк. Затем предварительно обработанная вода проходит вторую
фильтрацию, установленную от 50 до 5 мк.
Основным элементом системы является насос высокого давления,
который поддерживает высокое давление соленой воды до определенной
величины в соответствии с выбранным типом установленных мембран (рис. 2.38).
132

Обрабатываемая соленая вода подводится под давлением к полупроницаемой
мембране, которая позволяет пройти воде с очень маленьким содержанием
соли. Величина смывания - около 80 % от подачи питающей воды.
4
Рис. 2.38. Внешний вид установки типа DS ЗС с мембранной камерой снизу и
дополнительным фильтром на 200 мк: / - насос забортной воды; 2 - патронный фильтр;
3 фильтр с активированным углём; 4 насос высокого давления; 5 - матерчатый
фильтр, 25 мК; 6 матерчатый фильтр, 200 мК; 7- патронный фильтр
щ
Л.
*ъ
Рис. 2.39. Основные элементы установки обратного осмоса типа МТ 1500-6000
производительностью 1,5 ... 6 м3 пресной воды в сутки из морской воды фирмы ENWA
(Швеция): (слева направо показаны элементы: питательный насос, фильтрующий
модуль, насос высокого давления, мембранный модуль высокого давления в виде
навитой спирали, контрольный блок, расходомер, соединительный блок)
Осмотические мембраны, установленные в установках обратного
осмоса спирального исполнения, изготовлены с полиамидными прослойками.
При увеличении давления соленой воды выше, чем осмотическое давление,
молекулы чистой воды проходят через полупроницаемые мембраны.
Растворенная соль, органические частицы, бактерии и взвешенные твердые
частицы не могут физически пройти сквозь мембрану. Они непрерывно
133

автоматически удаляются за борт путем смывания как соляной раствор.
Очищенная пресная вода готова к употреблению без какой-либо
дальнейшей обработки. Подобные установки применяются на небольших судах
и яхтах (рис. 2.39).
Основные преимущества опреснительных установок обратного осмоса:
- простота устройства и обслуживания, не требующие специальной
подготовки для персонала;
- экономия энергии на 60 ... 70 % по сравнению с дистиллятными
(выпарными) установками;
- не требуются другие виды энергии (кроме электрической энергии);
- требуются только четыре монтажных соединения (подвод забортной
воды, отвод пресной воды, отвод рассола, подвод электропитания);
- работа установки полностью автоматизирована с включением по
низкому и высокому давлению.
2.4. Вихревые и струйные аппараты
2.4.1. Вихревые аппараты
Тепло в высокоскоростном вихревом потоке газа самопроизвольно
переносится от ядра потока к периферии. Разделение турбулентного потока
сжимаемой среды на охлажденный и нагретый слои, называемое вихревым
эффектом, используется в вихревой трубе (ВТ) - компактной безотказной
холодильной машине, не имеющей подвижных изнашиваемых частей.
В вихревой трубе, питаемой от пневматической сети, можно получить
холодный воздушный поток с температурой от +20 до -120 °С и попутно
горячий поток с температурой от 40 до 120 °С (рис. 2.40).
Сопло Камера Дроссель
Рис. 2.40. Принципиальная схема адиабатной вихревой трубы
134

На рисунке показаны четыре варианта впускных диафрагм: 1 - лотко-
ный ввод для экспериментальных ВТ 1950-х гг.; 2 - спиральный ввод;
Л 4 - многосопловые вводы для ВТ зарубежного производства.
В России имеется уникальный опыт создания вихревых
воздухоохладителей и их использования в различных областях. Половина мирового фонда
изобретений в этой области принадлежит российским специалистам,
впервые в мире применившим оригинальные ВТ высокой эффективности сначала
в серийных портативных холодильниках для кабин тепловозов, дизель-
поездов, грузовых машинах, а затем в климатических камерах для
низкотемпературною тестирования изделий химического и нефтегазового
машиностроения, топливной аппаратуры и радиоэлектроники. Например, известно,
что промышленное использование ВТ является безотказным
безынерционным источником холода и тепла, универсальным генератором холода, не
имеющим подвижных частей, точечным воздухоохладителем для
использования в экстремальных условиях.
С появлением программных станков, автоматических линий и других
систем, предъявляющих строгие требования к микроклимату в блоках
электронного управления, возможности для использования ВТ в качестве
безотказного охладителя будут возрастать. ВТ - металлические и пластмассовые,
навешиваемые на охлаждаемый объект и встраиваемые в него,
специализированные и многоцелевые, однокамерные, многокамерные и модульные
многокамерные с камертоном-турбулизатором в потоке прошли
всестороннюю апробацию.
ВТ не используют парниковые озоноразрушающие газы, они могут
явиться реальным дополнением к традиционной продукции холодильного
машиностроения, поддерживая необходимую температуру в
технологической или рабочей зоне и исключая потребность в локальном применении
парокомпрессионных кондиционеров там, где их размещение и
обслуживание затруднено или невозможно. При этом весь получаемый холод с пользой
используется в ответственных теплонапряженных зонах охлаждаемого
объекта, что недостижимо при центральном кондиционировании большого
производственного помещения, а ВТ выступает в качестве эффективного
средства энергосбережения.
ВТ имеют десятки модификаций холодопроизводительностью от
десятков ватт до нескольких киловатт, массой от 140 г до 4,5 кг.
135

Представляя собой статические холодильные машины с сорокалетним
стажем широкого промышленного использования, ВТ вообще не имеют
подвижных и изнашивающих частей. Сегодня использовать их можно только
в сочетании «вихревая труба и компрессор», а, в принципе, возможна и
другая организация работы ВТ. Например, вихревые нагреватели жидкости
применяются при кавитационно-волновой обработке паромазутной смеси
перед подачей топлива в форсунку, в питательной системе котлов при
создании мини-котельных, различных тепловых агрегатов и т.п.
Известны два типа вихревых нагревателей жидкости - статический
и динамический. Количество тепла, вырабатываемое вихревым нагревателем,
состоит из двух составляющих: тепла перехода воды в структурированное
состояние и тепла, полученного преобразованием энергии электрического
привода. Причина состоит в наличии развитой кавитации в рабочем теле
(в одном мм3 жидкости содержится до 105 кавитационных каверн диаметром
около 10 мкм).
Статические вихревые аппараты не содержат подвижных деталей, они
содержат завихритель и камеры с выходными патрубками и тормозным
устройством (отличаются высокой надёжностью, но неэкономичны).
Динамические вихревые нагреватели имеют роторные
(перфорированные либо лопаточные) активаторы, жёстко соединённые с приводными
валами, и образованные полостью корпуса неподвижные рабочие камеры
с входным и выходным патрубками, которые отличаются большей
эффективностью. Однако они имеют меньшую надёжность в связи с большим
моментом инерции роторов, связанных с валом приводного электродвигателя.
2.4.2. Струйные аппараты
К данного вида аппаратам относятся так называемые трансзвуковые
струйные аппараты (ТСА) - рис. 2.41, которые имеют следующие
преимущества:
- экономия годового расхода топлива составляет 10-35 % за счёт
высокой эффективности теплообмена;
- экономия электроэнергии, потребляемой циркуляционными насосами,
за счет снижения их мощности составляет от 50 до 70 %;
- сокращение эксплуатационных затрат в два и более раза за счет
безотказной работы и более высокой по сравнению с обычными нагревателями
ремонтопригодностью (демонтаж / монтаж аппарата не превышает 2 чел./ч);
136

- малые габариты ТСА (от 183 х 170 мм до 332 х 310 мм), позволяющие
сократить производственные площади в 10 и более раз, а также снизить
капитальные затраты на перевооружение и модернизацию отдельных участков
и систем энергетического комплекса.
1ЮДА
| 11Л1»
Рис. 2.41. Схема трансзвукового струйного аппарата
Так, в аппарат поступают раздельно вода и пар. Смешиваясь, они
образуют однородную двухфазную пароводяную смесь. Локальная скорость
в такой смеси весьма мала E ... 10 м/с). В итоге пароводяная смесь
на входе в камере смешения аппарата имеет скорость, равную или
большую локальной скорости звука. При торможении сверхзвуковой смеси
на выходе из камеры смешения происходит скачок давления с
конденсацией паровой фазы и ростом температуры. В результате давление смеси
на выходе из аппарата значительно превышает давление воды и пара
на входе.
Пароводяная смесь в камере смешения имеет туманообразную либо
пенообразную структуру и, следовательно, весьма развитую поверхность
взаимодействия фаз, благодаря чему размеры аппарата малы по сравнению
со всеми существующими теплообменниками поверхностного типа,
включая пластинчатые.
Будучи внешне похожими на известные и широко применяемые
струйные аппараты (эжекторы, инжекторы и т.п.), аппараты фирмы «Фисоник»
рассчитываются по запатентованным методикам и имеют принципиальное
отличие в геометрии проточной части, что позволяет отнести их к классу
устройств, работающих на скачке давления. Именно наличие расчётного
скачка давления обеспечивает большой диапазон регулирования по
сравнению с традиционными эжекторами, что даёт возможность эффективного
использования аппаратов там, где применение эжекторов и инжекторов
неэффективно и невозможно. Предлагаемые аппараты работают устойчиво
в достаточно широком диапазоне изменения параметров (табл. 2.2).
137
Сп
1_Г
ъГ
I Шш

Включение аппарата фирмы «Фисоник» параллельно с существующими
пароводяными подогревателями в СЭУ позволяет использовать его в
качестве резервного, призванного скомпенсировать пик низких температур, а
также обеспечить теплоснабжение при выходе из строя основного
оборудования. Это оборудование призвано заменить пароводяные подогреватели
в системах теплоснабжения, однако такую замену нужно проводить
совместно с мероприятиями по наладке тепловых сетей и химводоподготовки.
Таблица 2.2
Рабочие параметры аппарата фирмы «Фисоник»
Основные параметры
Номинальная тепловая
мощность, МВт
Производительность,
м3/ч
Номинальный расход
пара, т/ч
Масса аппаратов, кг
Габариты L х Я, мм
Диаметр условного прохода Д,, мм
Ду25
0,47 @,4)
До 5
0,66
9
183x153
Ду40
1,4A,2)
До 15
2,2
15
243x198
Ду50
2,33 B,0)
До 25
3,06
22
263x230
Ду65
3,72 C,2)
До 40
4,8
30
282x255
Ду80
5,6 D,8)
До 60
7,3
34
302x258
Д,100
9,3(8,0)
До 100
123 J
45
332x286
Аппарат не требует дополнительного подъемного оборудования, прост
в эксплуатации, отличается простотой монтажа и низкими капитальными
затратами, высокой адаптивностью с любыми системами теплоснабжения,
низкой ценой (не более 60 % стоимости аналогичного кожухотрубного
теплообменника), высоким КПД (вследствие отсутствия потерь тепла с
конденсатом и минимальных потерь тепла в окружающую среду).
2.5. Вспомогательные аппараты и устройства
судовых систем
2.5.1. Вспомогательные судовые устройства
фирмы «Альфа Лаваль»
Компания «Альфа Лаваль» - крупнейший в мире поставщик
оборудования для судостроительной отрасли. Она занимает лидирующие позиции в
области технологий сепарации, теплообмена и вспомогательных механизмов,
автоматических полноноточных фильтров, систем подготовки тяжелого
топлива (бустерные модули), винтовых насосов, систем очистки льяльных вод,
138

грузовых танков, высокоэффективных и экономичных опреснителей на основе
титановых пластинчатых теплообменников.
Система очистки картерного газа. Сепаратор типа «PureVent»
применяется в качестве компактного центробежного воздушного аппарата для
удаления насыщенного сажей и парами моторного масла картерного газа,
отводимого системой каргерной вентиляции дизельных двигателей. Картер-
ный газ поступает в основание сепаратора и проходит в пакет дисков, где
под действием центробежной силы масло и сажа отжимаются к периферии,
собираясь на внутренней поверхности стенки барабана. Фактически обез-
масленный воздух впоследствии выпускается в атмосферу, в то время как
собранное масло направляется на рециркуляцию для повторного
использования в качестве смазки в ДВС либо подвергается осушению для сжигания
во вспомогательных котлах или осаждения и уничтожения в инсинерагорах.
Система удаляет более 98 % масляного тумана, исключая необходимость
в применении фильтров. При этом отсутствуют какие-либо масляные отходы
для утилизации и предотвращается загрязнение окружающей среды без
отрицательного воздействия на рабочие характеристики двигателя.
Система переработки шлама типа «MSPX» представляет собой
систему центробежной сепарации, предназначенную для очистки
отработанного масла и переработки шлама от судовых и иных дизельных установок,
путем непрерывной сепарации этих продуктов на три их основные
составные части: воду, масло и шлам. Система обеспечивает максимальную
степень утилизации отходов и вносит свой вклад в повышение экономической
рентабельности процессов переработки и удаления отходов. Это компактная,
готовая к немедленному применению при подключении к источнику
питания, система обеспечивает легкость установки на борту любого судна
благодаря гибкости своей конструкции, включающей модули насосной подачи,
нагрева и сепарации.
Система объединяет экономическую эффективность и экологичность.
Она обеспечивает регенерацию максимального количества масла для его
сжигания или иного повторного использования, оставляя значительно
меньшее количество шлама, подлежащего удалению. Наиболее важно, однако,
что эта система обеспечивает более качественное удаление нефтепродуктов
из трюмных вод. Удаление их происходит в самом начале процесса, что
обеспечивает возможность более эффективной работы системы очистки
трюмных вод.
139

Система очистки трюмных вод типа «Eco Stream» представляет
собой центробежную систему сепарации для очистки трюмных вод.
Разработанная с учетом реальных эксплуатационных условий, она обеспечивает
полностью автоматизированную работу в режиме одноступенчатой сепарации
даже при сильном волнении на море. Применение системы дает
возможность значительной экономии места на борту. Модульная конструкция
и непрерывный режим эксплуатации снижают потребность в использовании
крупногабаритных сборных резервуаров. Кроме того, система
предназначена для работы без дополнительного ввода химреагентов, она не требует
интенсивного технического обслуживания, в отличие от решений с применением
фильтров и статических коагуляторов.
Оборудование поставляется в виде модуля, который включает:
- центробежный сепаратор типа «BWPX 307»;
- вспомогательные системы и шкаф управления;
- аппаратуру контроля содержания нефтепродуктов в воде;
- питающий насос;
- дозаторы химических реагентов типа «МР300/302».
Производительность системы достигает 2000 л/ч.
Система безразборной мойки сепараторов - простой и эффективный
способ повышения производительности сепаратора и снижения затрат на
эксплуатацию. Система подключается непосредственно к сепаратору,
обеспечивая мойку барабана, устройств впуска и выпуска нефтепродукта без
выполнения каких-либо демонтажных операций. Ее применение снижает
трудозатраты и расход запасных частей ввиду устранения дополнительного,
зачастую неоправданного, демонтажа. Системой используются моющие
жидкости на водной основе, в состав которых входит безопасная
органическая кислотная смесь. Отсутствует необходимость в выполнении очистки
внутренних поверхностей барабана вручную, эффективность сепарации
повышается благодаря чистому состоянию барабана, существует возможность
применения одной и той же моющей жидкости в сепараторах для очистки
смазочного масла и топлива.
Применяемые компанией «Альфа Лаваль» высокоэффективные
химические реагенты «Alpacon» содержат «BIOGEN ACTIVE®» - возобновляемую
кислотную смесь, получаемую из сброженной сыворотки, фруктовых кислот
и воды. Являясь микроорганизмами, подвергаемыми разложению, они не
представляют никакой опасности для здоровья, позволяя работать с ними без
140

применения защитных средств. Подсоединяемые непосредственно к
впускным и выпускным отверстиям теплообменника, они обеспечивают
циркуляцию смеси нагретых, разлагаемых микроорганизмами химикатов, которые
эффективно растворяют минеральные отложения, шлам и удаляют
скопления микроорганизмов. Таким образом, загрязнение, которое ухудшает
теплообмен, может быть легко удалено. При этом отсутствует необходимость
разбирать теплообменник, что позволяет не только экономить время на
очистку, но также способствует увеличению сроков службы пластин и
уплотнений. Достигается простота в эксплуатации, исключаются возможное
повреждение уплотнений, нагрев химических моющих средств электрическим
нагревателем или с использованием тепловой энергии пара, совместное
использование со спиральными, кожухотрубными, разборными и паяными
теплообменниками.
Используются химические реагенты общего применения следующего
состава: «Alpacon Descalant», обезжириватель «Alpacon Degreaser»,
специальные химические реагенты «AlfaPhos», «lfaCaus», «AlfaNeutra» и «Alfa-
Add». Высокоэффективные химические реагенты, применяемые компанией
«Альфа Лаваль» в системах безразборной мойки (CIP), являются
безопасными для окружающей среды и здоровья людей, так как содержат в своем
составе исключительно натуральные вещества минимальной возможной
агрессивности.
Система очистки гидравлического масла, перемещаемая на колесах
от танка к танку, не требует монтажа на месте проведения работ. Эта
мобильная система очистки обеспечивает защиту гидравлических систем
от повреждений за счет удаления воды и механических примесей из
гидравлического масла, что создает дополнительное преимущество за счет
увеличения срока службы гидравлического масла и уменьшения расхода
фильтрующих элементов.
Электропитание системы осуществляется от стандартной розетки
переменного тока напряжением 230 В. При этом система требует выполнения
очистки в самом минимальном объеме при строгом соблюдении
установленных интервалов. Система содержит следующие элементы:
- тележку из нержавеющей стали с установленными на ней сепаратором;
- насос, резервуар и блок управления;
- электрический подогреватель;
- набор гидравлических шлангов с быстроразъемными соединениями.
141

Система обеспечивает удаление воды и механических примесей
размером до 2 мкм.
Система контроля и регулирования вязкости типа «Viscochief
MKII» - трёхвинтовой насос типа IMO второго поколения - представляет
собой новую систему контроля и регулирования вязкости, предназначенную
для подготовки топлива. Она определяет вязкость топлива методом
измерения количества гасимых крутильных колебаний маятника в топливе,
обеспечивающем наиболее точное измерение вязкости. Не требуя какого-либо
специального контроля в процессе эксплуатации в нормальном режиме,
система «Viscochief MKII» может устанавливаться совместно с блоком
управления типа ЕРС50 V, что обеспечивает возможность ее работы в
режиме как непосредственного управления с места установки, так и
дистанционного управления.
Система водоподогрева служит дополнением к системам опреснения
воды, обеспечивая требуемый расход и температуру горячей воды даже при
неработающем двигателе. Это способствует повышению эффективности
процесса дистилляции и обеспечивает работу опреснительной установки с
максимальной производительностью. Надежность и способность к работе в
автоматическом режиме позволяют использовать контур водоподогрева, в том
числе и для нужд других судовых систем, требующих применения нагрева
(например, для подогрева главного двигателя во время стоянки). Компактная
модульная конструкция требует минимального пространства для размещения
агрегата, обеспечивая простоту и низкую стоимость его монтажа.
Надежная работа обеспечивается благодаря встроенной автоматической
системе регулирования подачи пара, пригодной к применению для подо1ре-
ва главного двигателя и другого оборудования. Её производительность 7 -
100 м3/сут. Оборудование включает пластинчатый теплообменник с опорной
рамой и внутренними трубопроводами, циркуляционный насос в комплекте
с электродвигателем в линии горячей воды и пускателем, управляемый
термостатом регулирующий клапан (пар/горячее масло), конденсатоотводчик
и контрольно-измерительные приборы.
2.5.2. Системы опреснения морской воды
При создании новых конструкций испарительных установок (рис. 2.42)
наблюдается успешное применение пластинчатых теплообменных аппаратов.
Технические данные и характеристики некоторых из них приведены далее.
142

Рис. 2.42. Внешний вид опреснителя с открытой крышкой
Предварительный подогреватель нефтепродуктов типа «АТРАС
СВМ». Отличается компактностью конструкции, не требующей
обслуживания. Состоит из набора пластин из нержавеющей стали с герметизацией
конструкции методом пайки, что обеспечивает способность работы в контакте
как с горячим нефтепродуктом, так и с горячей водой. При своей высокой
эффективности подогреватель прост в установке и легко интегрируется
в существующие системы. Производительность до 30 м3/ч. Имеется
возможность поставки с двумя типами фланцевого соединения. Варианты
исполнения предусматривают наличие в наборе 20, 40, 60, 80 или 100 пластин
с возможностью установки как в вертикальном, так и в горизонтальном
положении (запасные детали для замены не требуются).
Разборные пластинчатые теплообменники типа «TS-M».
Специально разработаны для применения в системах парового обогрева и
конденсации пара. Особая конфигурация пластин, их прочная конструкция и
жаропрочные уплотнения позволяют им удовлетворять требования по
температуре и давлению. В случаях применения, связанных с конденсацией пара,
эффективный теплообмен пластин обеспечивает возможность снижения
расхода охлаждающей среды, что снижает затраты на насосную подачу
и, соответственно, общие энергетические затраты. Кроме того, применение
этих теплообменников обеспечивает существенную экономию рабочего
пространства, поскольку их конструкция гораздо более компактна по сравнению
с кожухотрубными теплообменниками, использовавшимися ранее в данных
условиях применения.
Сварные пластинчатые теплообменники типа «AlfaRex».
Отличительные свойства: легкая и значительно меньшая по габаритам (до 80 %) по
сравнению с традиционными кожухотрубными теплообменниками конст-
143

рукция, не требующая применения уплотнений, делает их пригодными для
работы в условиях, связанных с высокими температурами и давлениями,
а также наличием агрессивных сред.
Особенностью этих аппаратов является применение двухмерной
модели соединения лазерной сваркой, что обеспечивает им высокую
усталостную прочность в условиях попеременной работы на свободное
расширение/сжатие по всей длине. Характерная конструктивная особенность,
выражающаяся в небольшом перепаде температур на оконечных участках
теплообменника, создает условия, позволяющие снизить их
эксплуатационные расходы и получить существенную экономию в течение срока
службы, минимизируя потребление энергии при выполнении процессов
конденсации.
Применяются в эксплуатации при температуре от -50 °С до +350 °С
и давлении до 40 бар, могут применяться с жидкими, газообразными
и смешанными средами жидкостей и газов (в условиях двухфазных
потоков). Имеют малый перепускной объем. Применение лазерной сварки
сокращает размер зоны термического влияния и рост напряжений в
пластинах. В теплообменниках может применяться жидкость для подогрева груза,
а также для общего обогрева/охлаждения при высоких показателях
давления и температуры.
Теплообменники типа «AlfaRex» применяются для конденсации
летучих органических соединений с целью снижения их выбросов и уменьшения
вредного воздействия на окружающую среду. Летучие органические
соединения, формирующиеся в цистернах/танках, все в большей степени
рассматриваются как оказывающие негативное воздействие на окружающую среду.
Полусварные пластинчатые теплообменники типа «SWPHE».
Применяются в системах рефрижераторных установок и
кондиционирования воздуха. Отличаются компактностью, малым весом и стойкостью
к коррозии. Они объединяют в себе гибкость и удобство обслуживания
разборных теплообменников со способностью сварного теплообменника
к работе с агрессивными средами. Требуют использования лишь
небольшого объема хладагента, а высокая степень турбулентности течения
способствует минимизации риска замерзания. Движение потоков хладагента
осуществляется в сварных каналах но схеме с последовательным
чередованием через один канал, в то время как движение потоков морской воды
выполняется аналогично, но через каждый второй герметизированный
144

канал, что позволяет производить замену уплотнений или выполнять
осмотры и чистку каналов.
Диапазон тепловой нагрузки от 35 кВт до 10 500 кВт. Пригодны к
работе в условиях течения двухфазных потоков хладагента при температурах от -
45 °С до +160 °С и давлении до 25 бар. Существует возможность сборки по
частям непосредственно на месте установки. Небольшие расстояния между
точками опоры делают аппараты стойкими к воздействию вибраций.
2.5.3. Особенности судовых пластинчатых теплообменников
В судовых системах применяются, в основном, кожухотрубные и
пластинчатые теплообменные аппараты. Одним из наиболее «слабых» мест
в системах отопления с судовыми кожухотрубными паровыми
подогревателями является их надежность (частый выход из строя трубной системы
подогревателя). Ситуация усугубляется тем, что ремонт подогревателя,
особенно связанный с заменой трубной системы, является трудоемким
процессом. Кроме того, солевые отложения в трубной системе приводят к резкому
снижению теплопроизводительности теплообменника.
Применение пластинчатых теплообменников вместо кожухотрубных
решает проблему лишь частично, при условии улучшения водоподготовки.
Следует повседневно следить за состоянием системы отопления, немедленно
устраняя дефекты и отказы. При этом особое внимание нужно уделять
путевым соединениям и теплообменным аппаратам системы парового отопления.
Необходимо обеспечивать хорошее состояние изоляции труб,
особенно в местах их соприкосновения с деревянной обшивкой. Отопительные
приборы необходимо содержать чистыми во избежание неприятных
запахов. Запрещается сушка рукавиц, вахтенного обмундирования и другой
одежды на теплообменниках. Редукционные и предохранительные клапаны
должны быть отрегулированы на заданное давление. Приборы парового
и электрического отопления должны быть закрыты исправными
металлическими кожухами.
Классификация теплообменных аппаратов. Теплообменные
аппараты (ТА) используют для передачи теплоты от теплоотдающей среды к теп-
ловоспринимающей. По назначению судовые ТА подразделяют на
энергетические, вспомогательные и бытовые.
Энергетические ТА применяют в СЭУ для охлаждения воды, масла
и наддувочного воздуха дизелей, конденсации пара и подогрева питательной
ю-2078
145

воды в конденсатно-питательных системах, а также для подогрева топлива
перед форсунками дизелей и паровых котлов.
Вспомогательные ТА используют для подогрева или охлаждения
рабочей среды в судовых системах и вспомогательных установках - системах
гидропривода судовых устройств, водоопреснительных установках,
установках очистки нефтесодержащих вод и др.
Бытовые ТА применяют в системах кондиционирования воздуха,
отопления жилых и служебных помещений, санитарно-бытовых системах.
По принципу работы ТА делят на три вида:
- рекуперативные ТА (относятся все судовые аппараты за исключением
деаэраторов), в которых при одновременном протекании рабочих сред
теплота передается через разделяющую эти среды поверхность (рис. 2.43 а);
-регенеративные ТА, в которых процесс передачи теплоты от теплоот-
дающей среды к тепловоспринимающей разделяется по времени на два
периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки
(на морских судах практически не применяют);
- смесительные ТА, в которых теплообмен происходит при
непосредственном соприкосновении рабочих сред (к ним относятся судовые
деаэраторы).
Конструкция пластинчатого теплообменника фирмы «Альфа Лаваль»
серии М, Т, TS содержит набор гофрированных пластин, изготовленных из
коррозионно-стойкого материала с каналами для двух жидкостей,
участвующих в процессе теплообмена. Пакет пластин размещен между опорной
и прижимной плитой и закреплен стяжными болтами. Каждая пластина
снабжена прокладкой из термостойкой резины, уплотняющей соединение
и направляющей различные потоки жидкости в соответствующие каналы
(см. рис. 2.43 б). Необходимое число пластин, их профиль и размер
определяются в соответствии с расходами сред и их физико-химическими
свойствами, температурной программой и допустимой потерей напора по горячей
и холодной стороне. Гофрированная поверхность пластин обеспечивает
высокую степень турбулентности потоков и жесткость конструкции
теплообменника. Размещение патрубков для ввода и отвода сред возможно как на
опорной, так и на прижимной плите. Пластины и прокладки изготавливают
из материалов, стойких к обрабатываемой среде.
Жидкости, участвующие в процессе теплопередачи, через патрубки
вводятся в теплообменник. Прокладки, установленные специальным образом,
146

обеспечивают распределение жидкостей по соответствующим каналам,
исключая возможность смешивания потоков. Тип пластин и конфигурация
каналов (см. рис. 2.43 в) выбирается, исходя из заданных технических
требований, обеспечивая оптимальные условия процесса теплообмена.
Рис. 2.43. Схема разобранного пластинчатого теплообменника (а);
форма теплопередающей поверхности рабочих пластин и каналов (б);
форма переходных каналов между пластинами (в)
Материал рамы - сталь, покрытие - эпоксидная эмаль. Материал
патрубков и пластин нержавеющая сталь AJS1 316, титан. Материал прокладок -
резина (нитрил - сополимер акрилонитрила и бутадиена), который
«работает» в диапазоне температур от -10 до 115 °С.
Средний срок службы уплотнений в зависимости от условий
эксплуатации, цикличности нагрузок, сочетания максимальных параметров (температу-
10*
147

ры и давления) составляет от 5 до 8 лет. Коэффициент теплопередачи
пластинчатых теплообменников в 3 ... 4 раза выше, чем кожухотрубных,
соответственно на столько же поверхность пластинчатых теплообменников меньше,
чем кожухотрубных. Таким образом, пластинчатые теплообменники
значительно более компактны. Габариты эквивалентных по мощности
пластинчатых и кожухотрубных теплообменников могут отличаться в 2 ... 5 раз.
Подвод трубопроводов во многом упрощает процедуру обвязки
теплообменников. При реконструкции уже существующих объектов
использование пластинчатых теплообменников позволяет освободить часть помещений,
ранее предназначенных для установки кожухотрубных теплообменников.
В некоторых случаях, когда технологические проходы для установки
кожухотрубных теплообменников затруднены или полностью отсутствуют,
пластинчатые теплообменники могут быть единственно-возможным
техническим решением, так как собрать их можно только непосредственно в
помещении, предназначенном для их установки.
При всех одинаковых параметрах работы оборудования вес
пластинчатого теплообменника в 2 ... 6 раз меньше веса кожухотрубного. В
заполненном состоянии эта разница в весах будет еще больше, так как объем
теплоносителей, находящихся в каналах пластинчатого теплообменника, от 3 до
8 раз меньше, чем объем теплоносителей в кожухотрубном теплообменнике.
Малый объём жидкости в каналах пластинчатого теплообменника
обеспечивает ему исключительную маневренность и быстрый выход на проектные
параметры работы.
Пластинчатый теплообменник по сравнению с кожухотрубным
значительно более надёжен в отношении влияния циклического изменения
температур и давлений, устойчив при работе в условиях повышенной вибрации.
Это обусловлено отсутствием сварных швов в конструкции пластинчатого
теплообменника и резиновыми уплотнениями каналов, играющими роль
демпферов при термических расширениях, сжатиях пластин и при
циклическом изменении давления.
В отличие от кожухотрубного теплообменника, где визуальный
контроль теплопередающей поверхности затруднен, а зачастую и невозможен,
конструкция пластинчатого теплообменника позволяет осуществлять
100 %-й визуальный контроль теплообменной поверхности, а также при
своевременном и квалифицированном свести к минимуму возможность
возникновения внутренней, межконтурной течи. Внешние течи для пластинча-
148

тых теплообменников определяются визуально, с точным указанием
дефектного канала, подлежащего замене.
Пластинчатые теплообменники позволяют минимизировать время
простоев. Дефектная и смежная с ней пластины сразу после визуального
определения могут быть изъяты из общего пакета пластин теплообменника.
После этого работа теплообменника может быть продолжена до получения
эксплуатирующей организацией запасных частей от
предприятия-поставщика. Потери в теплосъеме при отсутствии двух каналов будут столь
незначительными, что ими можно пренебречь.
Отсутствие у пластинчатого теплообменника, по сравнению с кожухо-
трубным, развитых внешних поверхностей, а также воздушные зазоры
между плитами теплообменника и пакетом пластин обеспечивают
исключительно малые потери тепла в окружающую среду. По некоторым оценкам
геплоиотери во внешнюю среду в пластинчатом теплообменнике примерно
в 10 раз меньше теплопотерь в кожухотрубном теплообменнике.
Пластинчатый теплообменник, имея сечение канала для прохода теплоносителей
меньшее, чем у кожухотрубного теплообменника, тем не менее, засоряется
значительно медленней. Это обусловлено значительно более высокой
скоростью движения теплоносителя в каналах пластинчатого теплообменника.
Касательные напряжения, создаваемые потоком на поверхностях пластин,
обеспечивают пластинчатому теплообменнику свойство самоочистки.
Загрязнения, попадающие на поверхности нагрева теплообменника,
вымываются потоком. Не последнюю роль в защите гшасгинчатого теплообменника
от зафязнений шрает отсутствие застойных зон в его каналах. Равномерное
распределение потока по поверхности пластины физически не оставляет мест
для образования отложений. Опасность для пластинчатого теплообменника
представляют лишь частицы, превышающие сечение канала для прохода
теплоносителей. Считается достаточной защита теплообменника
механическими фильтрами, размер фильтрационной ячейки которых, примерно в два раза
меньше сечения канала пластинчатого теплообменника. При среднем сечении
канала пластинчатого теплообменника от 4 до 6 мм величина ячейки фильтра
должна быть 2 ... 3 мм.
Для кожухотрубных теплообменников механическая очистка
поверхности сильно затруднена, а зачастую и вовсе невозможна. Химическая же
очистка теплообменника не позволяет на 100 % восстанавливать поверхность
теплообменника. Поэтому, несмотря на периодические очистки оборудова-
149

ния, со временем поверхность кожухотрубного теплообменника становится
недостаточной для обеспечения заданного теплосъема. Для пластинчатых
разборных теплообменников возможна 100 %-я механическая очистка геп-
лообменной поверхности.
Как известно, компания «Альфа Лаваль» достигла больших успехов в
развитии и совершенствовании теплообменных аппаратов и целых
нагревательных модулей (рис. 2.44). Например, модуль подогрева воды с пластинчатым
теплообменником, предназначенный для нагрева и циркуляции горячей
воды, поступающей к опреснительной установке, также может использоваться
для прогрева ГД во время стоянки или для подогрева другого оборудования
(производительность 7 ... 100 м3/сут с помощью системы регулирования
подачи пара). Контур включает теплообменник со стальными пластинами,
электронасос циркуляционный горячей воды, термостатический
регулирующий клапан (греющая среда пар/термальное масло), конденсатоотвод-
чик, измерительные приборы, пускатель, трубопроводы.
Рис. 2.44. Модуль системы подогрева воды с пластинчатым теплообменником,
насосом и терморегулирующим клапаном
Особенности конструкции теплообменников. Существуют различные
модификации пластинчатых теплообменников. Например, теплообменный
аппарат фирмы «GEA» типа «GEA Bloc» состоит из пакета гофрированных
теплопередающих пластин и рамы. Одно из главных преимуществ -
отсутствие уплотнений, имеющих ограничение максимальной температуры и
давления. Специальное рифление пластин обеспечивают широкий диапазон
рабочих температур. Регулируемые съемные перегородки позволяют менять
150

величину перепада давления для регулирования теплопроизводительности.
Компактные, эффективные и высокотехнологичные теплообменники
идеальны для любой отрасли промышленности, особенно производства пресной
воды в автоматическом режиме.
Теплообменники со сварными кассетами типа «Heatex»
применяются в нефтегазовой и химической промышленности. Это уникальные
пластинчатые теплообменники, устойчивые к высоким давлениям.
Применяются в процессах конденсации или испарения при работе с однофазными
средами. Их неоспоримыми преимуществами являются простота конструкции
и полный доступ к поверхностям теплообмена.
Теплообменник состоит из пакета гофрированных теплопередающих
пластин и рамы (прямоугольных кассет), сваренных по двум
противоположным сторонам. Пакет кассет помещается в специальную раму,
состоящую из четырех стоек, закрепленных между двумя днищами с отсутствием
уплотнений, имеющих ограничение. Кассеты в пакете располагаются
с одинаковыми зазорами, образующими второй контур теплообменника.
В теплообменнике осуществляется перекрестное движение потоков. В
свободном пространстве между стойками, кассетами и крышками-дверями
образуются распределительные камеры. Они могут иметь разделительные
перегородки но каждому контуру для оптимизации циркуляции жидкостей
(многоходовая схема). Каналы каждого контура открыты по всей ширине
входной и выходной распределительной камеры и закрыты по бокам
в продольном направлении. Каждый контур ТА оснащен двумя съемными
крышками-дверями, обеспечивающими доступ к теплопередающим
поверхностям каналов. Поскольку теплообменные кассеты полностью доступны,
все сварные швы кассет могут быть проинспектированы.
Разборные пластинчатые теплообменники фирмы «Машимпэкс»
производятся на собственных производственных базах в г. Москве и г.
Новосибирске по чертежам и технологии немецкой компании «GEA Ecoflex» (рис. 2.45).
Разборные пластинчатые теплообменники обладают эффектом
самоочистки от накипи, который обеспечивается высокой турбулентностью потока.
Крепление уплотнений пластин разборных пластинчатых теплообменников
выполнено по технологии «LOC-JN» (серия Varitherm) и ЕСО-ШС (серия NT).
Эти технологии, запатентованные компанией «GEA Ecoflex», позволяют
существенно улучшить фиксацию уплотнений в пластинах, а, следовательно,
обеспечить полную герметичность теплообменника. Для изготовления пла-
151

стин применяется нержавеющая сталь производства заводов «Кпдрр».
Разборный пластинчатый теплообменник поставляется с пакетом пластин
установленной длины. Вследствие естественного уменьшения толщины
уплотнений в процессе эксплуатации возможно дополнительное сжатие пакета
пластин до номинального размера вместо замены уплотнений.
Рис. 2.45. Разборный пластинчатый теплообменник
Срок службы разборного пластинчатого теплообменника составляет
15 лет - при условии выполнения требований к воде, при правильной
установке и своевременном техническом обслуживании. Это уникальные
пластинчатые теплообменники, устойчивые к высоким давлениям.
Применяются в процессах конденсации и испарения при работе с однофазными
средами. Их преимущества - простота конструкции и полный доступ к
поверхности теплообмена. Теплообменник состоит из пакета прямоугольных
кассет, которые образуются из двух пластин, сваренных по двум
противоположным сторонам. Пакет кассет помещается в специальную раму,
которая состоит из четырёх стоек, закреплённых между двумя днищами.
Кассеты в пакете располагаются с одинаковыми зазорами, образующими второй
контур теплообменника. В теплообменнике осуществляется перекрёстное
движение потоков. В свободном пространстве между стойками, кассетами
и крышками-дверями образуются распределительные камеры, которые
могут иметь распределительные перегородки по каждому контуру для
оптимизации циркуляции жидкостей (многоходовая схема).
Площадь теплообмена - до 600 м2, давление - до 35 бар, температура -
до 450 °С, ширина канала - 3 ... 40 мм.
152

Спиральный теплообменник позволяет обеспечить надежную
теплопередачу между средами, содержащими твердые включения. Два или четыре
длинных металлических листа укладываются спиралью вокруг центральной
трубы, образуя два или четыре однопроточных канала (рис. 2.46).
Для того чтобы обеспечить постоянную величину зазоров, с одной
стороны листов привариваются разделительные шипы. Центральная труба при
помощи специальной перегородки разделена на две камеры, которые
образуют входной и выходной коллекторы. Скрученные спирали помещаются
в цилиндрический кожух. Внешние концы спиральных листов
привариваются вдоль образующей обечайки. Выходы каналов наружу в местах фиксации
краев каналов в кожухе герметично закрываются входным и выходным
коллекторами с присоединительными патрубками внутри и в труднодоступных
местах теплообменников.
Рис. 2.46. Теплопередающие элементы спирального теплообменника
со схемой движения теплопередающих сред
Цельносварной теплообменник представляет собой помещенный
в кожух (сосуд, работающий под давлением) кассетный пакет, который
состоит из сваренных между собой круглых пластин.
Движение сред в цельносварном теплообменнике происходит
следующим образом:
- по стороне пластин через присоединительные патрубки сварного
пакета пластин;
153

- по стороне кожуха через присоединительные патрубки,
расположенные на цилиндрической поверхности кожуха (входные поперечные сечения
(вход) равны сечениям каналов между пластинами (при помощи
периферийных металлических направляющих) и выходным каналам (выход)). Их
конструкция может быть полностью сварной, со съемной крышкой при
одноходовом варианте со стороны пластин. В этом случае возможна
выемка пластин для осмотра и чистки. При необходимости (малые разности
температур между теплоносителями) цельносварные теплообменники
могут быть изготовлены в многоходовом исполнении (как но стороне
пластин, так и по стороне кожуха). Теплообменники работают до давлений
100 бар при температуре -200 ... 950 °С и диаметре кожуха 200 ... 850 мм.
Кожухопластинчатые теплообменники сочетают в себе
преимущества как кожухотрубных (предельные рабочие параметры), так и
пластинчатых (высокая эффективность) теплообменников. Кожухопластинчатый
теплообменник состоит из кассетного пакета, заключенного в цилиндрический
кожух / - рис. 2.47.
Каждая кассета образована двумя профилированными пластинами,
сваренными по трем сторонам и в местах их соприкосновения. Внутренняя
перегородка вдоль середины кассеты образует (У-образный канал среды,
протекающей внутри кассеты. Кассеты собраны в пакет 4 с фиксированными
зазорами между ними. Соединение кассет с фронтальным фланцем кожуха /
осуществляется посредством сварки по периметру торца каждой кассеты
с кассетной плитой 3 аналогично соединению труб с трубной плитой в ко-
жухотрубном теплообменнике. Фронтальный фланец кожуха оснащен
входным и выходным патрубками и коллекторами 2. Кассетный пакет с
кассетной плитой помещены в кожух 5. Разделительные пластины позволяют
организовать многоходовую схему теплообмена.
Как и в кожухотрубных теплообменниках, циркуляция среды на стороне
кожуха может осуществляться как при помощи поперечных перегородок
(многоходовая схема по стороне кожуха), так и при помощи обечайки
кожуха параллельно кассетному пакету при низких скоростях потоков (в данном
случае улучшается теплопередача и уменьшается загрязнение). Все это
обуславливает компактность конструкции спиральных теплообменников,
которые могут быть интегрированы с любой технологической линией, что
значительно сокращает затраты на установку.
154

Рис. 2.47. Кожухопластинчатые теплообменники: а- в разобранном состоянии;
б - в полуразобранном состоянии: / - входной/выходной патрубок; 2 - коллектор;
3 - кассетная плита; 4 - пакет кассет; 5- цилиндрический кожух
Кожухотрубный теплообменник типа «WRA-200» является
неподвижным трубным пучком (рис. 2.48). Применяется для регенерации тепла
выхлопных газов дизельных, газовых, бензиновых двигателей внутреннего
сгорания. Конструкция неподвижного трубного пучка образует теплообмен-
ную поверхность с максимальным числом труб. Сальниковые уплотнения,
которые могли бы привести к опасности при работе с высокими
температурами, отсутствуют.
Высокие температуры выхлопных газов при входе теплообменника
могут быть безопасно снижены без сокращения срока службы аппарата
благодаря тепловому экрану. Тепловой экран снижает высокие температуры,
предотвращая перегрев в местах соединения внутренних труб с трубными
решетками, а также трещины в трубной решетке, возникающие вследствие
тепловых деформаций и усталости материала.
Теплообменник для выхлопных газов обычно выполняется одноходо-
вой, однако возможно двухходовое исполнение как в горизонтальном, так
и в вертикальном виде. Значительно упрощается очистка теплообменника
155

канального типа с крышкой для осмотра со стороны выхлопных газов, так
как выполняется без демонтажа трубопровода.
Рис. 2.48. Кожухотрубный теплообменник: У - корпус; 2 - перегородки;
3 -приёмная камера охлаждающей среды; 4 - крышка;
5 - теплопередающие трубки; б - опорные подставки
Рис. 2.49. Схема испарительной установки компрессорного типа «SVC»: У -
трубопровод отвода рассола; 2 - сепаратор паров дистиллята; 3 - ротативная воздуходувка;
4 - реле давления; 5 - индикаторная панель; б - расходомер забортной воды;
7 - утилизационный теплообменник; 8 - отвод рассола за борт;
9 - рассольный насос; Ю- питательный насос; 11- подвод забортной воды;
12 - электроподогреватель
Стандартный шаг труб в виде треугольника составляет 3/4 для трубы
5/8. Квадратный или прямоугольный шаг применяется для труб других раз-
156

меров. Сегментные перегородки в виде пластин изготовлены из стали
S235JRG2. Перегородки установлены стандартно, но интервалы между ними
можно изменить. В качестве прокладок применяется стандартный материал
«Nova form SK» без содержания асбеста. Стандартный размер труб 16 мм
E/8) х 1 мм A6 BWG) или 19 мм C/4) х 1 мм A9 BWG). Трубы выполнены
из нержавеющей стали.
Теплообменники в судовых испарителях. Испарительные установки
предназначены для выработки пресной воды из забортной воды. Источником
тепловой энергии для судовых опреснительных установок могут быть
электрический ток, водяной пар либо охлаждающая вода работающих дизелей.
Испарительная установка компрессорного типа «SVC» (рис. 2.49)
использует только электрическую энергию в качестве источника энергии,
что характерно для малоразмерных судов и подводных лодок (табл. 2.3).
Таблица 2.3
Основные параметры испарительных установок типа SK-GR
Параметры
Производительность, т/сут
Количество греющего пара,
кг/ч
Давление греющего пара,
бар
Количество охлаждающей
волы, кг/ч
Температура
охлаждающей воды, °С
Расход энергии, кВт
Длина L, мм
Ширина В, мм
Высота И, мм
Масса сухая, кг
Масса в работе, кг
Максимальная солёность
дистиллята, PPM |
Тип установки
V-35
одноступенчатая
35
1460
0,35
50 000
30
2,6
1 638
1 651
2277
2350
2 990
2 645
1 918
2 226
3 580
4 450
4
Г-45
двухступенчатая
45,5
1015
0,35
54 500
30
3,0
2 845
2 007
2 502
4 825
6 450
4
F-60
одноступенчатая
60,5
2 670
0,35
91000
30
3,0
2 438
2 286
2 464
4 130
5 400
4
V-lb
двухступенчатая
75,6
1690
0,35
91000
30
4,4
4013
2 388
2718
8 200
10450
4
Максимальная солёность получаемого дистиллята составляет 4 ррт,
производительность от 1,5 до 25 т/сут при расходе электрической энергии на
подогреватели от 3,6 кВт до 30 кВт соответственно. Особенностью установ-
157

ки является наличие ротационного компрессора в верхней части установки,
сжимающего пар. Пар конденсируется и направляется в сборник дистиллята.
Солёность дистиллята 1 ... 2 ррт (гарантированно 4 ррт).
На рис. 2.50 показана схема двухступенчатой испарительной установки
типа «SK-GR».
Рис. 2.50. Принципиальная схема двухступенчатой испарительной установки типа
«SK-GR» (низкого давления): / - расходомер конденсата; 2 - отвод в шламовый танк;
3 - трехходовой клапан; 4 - индикатор солемера; 5 - греющий теплоноситель;
6 - подвод пара; 7 - воздушный эжектор; 8 - конденсатор; 9 - сепаратор пара;
10 - испаритель; // расходомер питательной воды; 12 - отвод за борт; 13 -
вентиляционный патрубок; 14 - паровой эжектор конденсатора; 15 - сток в тёплый ящик;
16 - забортная вода, рассол; 17 - конденсат; 18 - пар; 19- воздух; 20 - рассол за
борт; 21 - регулятор отвода теплоносителя; 22 подвод охладителя конденсата;
23 - датчик солемера
Серия опреснителей типа «JWP-36» разработана совместно фирмами
«Альфа Лаваль» (Швеция) и «Нирекс» (Дания) - рис. 2.51. Они отличаются
следующими качествами:
- надежной работай в течение длительного периода без всякого ухода;
- возможностью простого и легкого доступа ко всем частям установки
для проведения необходимых операций очистки, ухода и обслуживания;
- преимуществами, которые имеют пластинчатые теплообменники по
компактности, гибкости и эффективности теплообмена.
Установка оборудована автоматической системой контроля и
выключения, которая обеспечивает достаточно высокий уровень чистоты воды, что
позволяет питать водой из опреснителя паровые котлы, подавать в систему
питьевую воду.
158

Рис. 2.51. Схема включения опреснительной установки типа «JWP-36»:
А паровой инжектор (для системы, в которой это требуется); В- органы
дистанционного управления, а также система аварийной сигнализации; С - система водопод-
готовки для питательной воды; D - оборудование для хлорирования воды;
Е фильтр для воды, приобретающей жесткость; F - дехлорирующий фильтр
Испарители фирм «Нирекс» и «Альфа Лаваль» обеспечивают соленость
получаемого дистиллята не более 4 мг/л. Испаритель состоит из пакета
пластинчатых деталей, составляющих теплообменник компании «Альфа
Лаваль». Он оснащен прокладками и отверстиями для подвода и отвода
жидкостей, расположенных таким образом, что греющая среда и морская вода
протекают через чередующиеся плоские камеры, образованные пластинами,
соединенными между собой параллельно. Каналы для пресной воды не
имеют прокладок на своих верхних кромках, что дает возможность выхода
тумана, состоящего из капелек рассола и пара внутри резервуара-сепаратора.
Такая конструкция оказалась возможной вследствие того, что вся
необходимая жесткость связей обеспечена контактом металла с металлом
гофрированных пластин как с внутренней, так и с наружной стороны пазов для
прокладок. Строго устанавливаемый расход жидкости постоянного направления
истечения и короткий выходной канал создают очень незначительное
отложение накипи.
Конденсатор представляет собой теплообменник аналогичной
конструкции, который работает в обратном направлении: охлаждающая среда
протекает в замкнутом пространстве системы каналов, а пар проходит
через верхнюю часть кромок каналов, образованных пластинами для проте-
159

кания конденсата. Пластины в секции испарителя изготавливаются под
прессом из листовой алюминиевой латуни толщиной 0,8 мм (по особому
заказу они могут быть изготовлены из титана). Стандартным материалом
для секции конденсатора является титан. Это придает всей конструкции
большую надежность против эрозии и коррозии, которые может вызывать
загрязняющая и протекающая с большой скоростью морская вода на
стороне охлаждения пластин.
Все внутренние поверхности резервуара-сепаратора покрыты двухком-
понентной эпоксидной смолой. Как только передняя крышка откинута в
сторону, тотчас открывается ничем не ограничиваемый свободный доступ
к испарителю и конденсатору пластинчатого типа. Каждый из них крепится
к днищу резервуара шестью болтами, которые легко отвернуть для того,
чтобы разобрать на части как испаритель, так и конденсатор, что бывает
необходимо для проведения осмотров, для очистки и для сборки. Такой же
легкий допуск обеспечивается к влагоотделителю, размещенному в
откидываемой крышке. В вакуумных опреснительных установках (ВОУ)
применяют непрерывное удаление (продувание) рассола из испарителя рассольным
насосом (или водяным эжектором) для уменьшения скорости накипеобразо-
вания. Схема продувания испарителя приведена на рис. 2.52.
л
^
©Ц
Gw
if-
Рис. 2.52. Схема системы продувания испарителя
Низкое солесодержание в установке обеспечивается постоянным
продуванием. Это значит, что продуваемый рассол должен унести с собой все
соли, выделяющиеся при испарении морской воды:
где G2, Gnp- количество вторичного пара и продуваемого рассола, кг/ч.
Отношение Gnp IG2 = Sw I (Sp- Sw) называют коэффициентом продувания с.
160

Последнее выражение позволяет установить зависимость солесодержа-
ния рассола от коэффициента продувания и солесодержания питательной
(морской) воды:
5р = A+еM№./е.
Количество питательной воды, кг/ч,
G1,= G2+Cnp = G2(l+e).
Для получения качественного дистиллята с общим солесодержанием
S;l < 10 мг/л необходимо, чтобы общее солесодержание рассола было
Sp < 50 г/л, а степень сухости вторичного пара была не ниже х = 0,9998.
С учетом того, что общее солесодержание морской воды Sw = 35 г/л, следует,
что коэффициент продувания испарителя должен быть не ниже s = 2,33. Для
одноступенчатых ВОУ поверхностного типа коэффициент продувания
принимают г = 3 ... 4; для многоступенчатых адиабатных ВОУ е = 20 ... 40.
Увеличение солесодержания рассола приводит к повышению
солесодержания дистиллята, нарушая устойчивость работы ВОУ из-за увеличения
количества пены на поверхности испарения и колебания уровня рассола
в поверхностном испарителе.
Опреснительные установки типа JWP/DPU компании «Альфа Ла-
валь». Предназначены для работы в автоматическом режиме с использованием
технологии вакуумной дистилляции для обеспечения бесперебойного
снабжения пресной водой на протяжении всего срока эксплуатации судна.
Применение в теплообменниках титановых пластин и повсеместное использование
материалов на основе сплавов цветных металлов обеспечивают низкую
интенсивность процессов образования накипи и предотвращают коррозию
важных частей. Работая по принципу «включил и забыл», установки при
минимальном объеме технического обслуживания не требуют постоянного
контроля со стороны оператора и необходимости выполнения каких-либо
регулировок после задания рабочих параметров в соответствии с
эксплуатационными условиями.
Они обеспечивают доступ к передней крышке, имеют компактную легкую
конструкцию, которая может быть скомпонована при условии размещения
в любом машинном отделении. Они утилизируют тепло горячей воды или
свежего пара, как при атмосферном давлении, так и при вакууме, а также
конденсата из системы охлаждения судов с турбинными двигателями.
Максимальное содержание соли в получаемом дистилляте 2 ррм. Производи-
j j-2078
161

тельность одноступенчатого испарителя типа «JWP» 0,5 - 100 м / сут, типа
«DPU» двухступенчатой модели - 20 - 75 м3 / сут.
Многоступенчатая опреснительная установка (МЕР) с
использованием пластинчатых теплообменников компании «Альфа Лаваль».
Установка способна обеспечивать получение больших объемов 200 ... 3000 м3/сут
на один агрегат высококачественной пресной воды для бытовых и
технических нужд и работает по тем же принципам, используя отходящее
тепло двигателей или пара низкого давления в качестве источника
тепловой энергии.
Работа опреснительных установок компании «Альфа Лаваль» и
многоступенчатых опреснительных установок экологически безопасна в силу
целого ряда причин. Во-первых, обе системы используют отходящее тепло,
уже выработанное на борту, и, соответственно, не требуется расходовать
энергию для обеспечения нагрева, необходимого для дистилляции. Во-
вторых, наличие дополнительного обратного трубопровода обеспечивает
возможность повторного использования воды «высокой солености», что
способствует уменьшению объема трюмных вод. Наконец, системы
используют химреагенты AL-Treat, вводимые в линию питательной воды,
препятствующие образованию накипи.
Другие водоочистные установки. К ним относятся установки, работа
которых основана на принципе электродиализа. Суть нового подхода к решению
проблемы очистки и обеззараживания воды состоит в том, что
фотокаталитическое окисление (известный способ очистки воды) молекул органических
за1рязнителей будет происходить на границе раздела фаз в гетерогенной
системе газ (озоно-воздушная смесь) - жидкость (вода). Органическими
примесями в воде, имеющими техногенное происхождение, являются
нерастворимые примеси, галогены, углеводороды, фенолы, пестициды. Проблема
очистки связана также с обеспечением питьевой водой, удовлетворяющей
требованиям Всемирной организации здравоохранения. Наиболее подробному
исследованию подверглась деградация водных растворов пентахлорфенола
(ПХФ), который относится к высокоопасным загрязнителям с низким
значением ПДК A0 мг/л). Наблюдалось падение концентрации ПХФ не менее, чем
в 100 раз, при однократном прохождении воды через установку за 4 с.
Дополнительные данные о разрушении хлорорганических соединений
при фотокаталитическом озонировании были получены при исследовании
деградации хлорфенола. После прохождения воды через зону реакции за 2 с
162

концентрация хлорфенола уменьшилась в 20 раз. При концентрации
загрязнителей 5 ... 10 г/м3 производительность очистной установки составляет
1 м3/ч. Для снижения концентрации загрязнений в 100 раз достаточно иметь
генератор озона производительностью 10 ... 20 г/ч, в который необходимо
подавать около 1,5 м7ч озоно-воздушной смеси. Генератор должен иметь
электрическую мощность установленных источников света от 5 до 8 Вт
на 1 г производительности озонатора.
В последнее время все большее распространение находит
каталитический способ разло.жения озона. Наиболее эффективным при работе в среде
со 100 %-й влажностью является катализатор, изготовленный с
использованием оксида никеля. Концентрация озона на выходе из рабочей
полости менее 0,00164 г/м3 мри концентрации озона на входе в рабочую зону
порядка 1,7 ... 2,0 г/м3. Опреснение морской воды с солесодержанием 30 г/л
происходит со следующими техническими характеристиками: потребляемая
электроэнергия 0,2 Вт-ч/л, максимальная степень опреснения 1 г/л, ресурс
2000 ч, производительность 300 л/ч. Эта установка может использоваться
в гальваническом производстве для выделения редкоземельных и
драгоценных металлов из растворов их солей.
2.5.4. Судовые системы обогрева механизмов и устройств
Спутниковый обогрев топливных трубопроводов. Как известно,
трубопроводы тяжёлого высоковязкого топлива, на котором работают
практически все современные главные дизели, имеют «спутниковый обогрев»
(параллельно проложенный с трубопроводом тяжёлого топлива паровой
трубопровод меньшего диаметра (оба покрыты изоляционным материалом)).
Благодаря непрерывному подогреву топлива до температуры не менее
40 ... 60 °С обеспечивая его движение по трубам.
Саморегулирующие греющие кабели. В настоящее время
перспективным заменителем трубопроводов со спутниковым обогревом являются
саморегулирующие греющие кабели (например, фирмы «Тайко Термал
Контроле», США), которые подразделяются на следующие типы:
- греющие кабели с минеральной изоляцией для высокотемпературных
применений;
- греющие кабели с постоянной вырабатываемой мощностью для
различных целей;
- системы обогрева для протяжённых трубопроводов.
11*
163

Энергопотребление систем электрообогрева в 7 ... 12 раз меньше по
сравнению с системами парового обогрева (спутникового обогрева), так
как тепло вырабатывается только там, где оно требуется. Инфраструктура
запитки греющего силового кабеля является «холодной» в
противоположность паровому обогреву, где подача пара в паровой спутник и отвод
конденсата являются, соответственно, «горячими» потребителями пара и
источником дополнительных энергетических потерь. Например, для трубы
диаметром 50 мм с толщиной изоляции из минеральной ваты 50 мм
(коэффициент теплопроводности 0,043 Вт/м К) при температуре окружающего
воздуха (-35 °С) и поддерживаемой температуре 50 °С теплопотери
составляют 24,6 Вт/м.
Саморегулирующие греющие кабели отличаются надёжностью,
механической прочностью и химической стойкостью, они содержат внешнюю
оболочку из фторполимера, оплётку из лужёной меди, электроизоляцию из фтор-
полимера, саморегулируемый токопроводящий греющий элемент, медную
жилу с распоркой. Кабели типа «XTV» и «KTV» имеют волоконную
конструкцию. Они сертифицированы для использования во взрывоопасных зонах
и имеют безразмерную температурную классификацию. Механизм
саморегулирования позволяет монтировать кабель внахлёст, причём в месте перехлёста
кабель уменьшает свою мощность, предотвращая перегрев и выгорание. Это
значительно упрощает задачу обогрева различного оборудования сложной
формы: задвижек, фланцев или трубных опор.
Конструкция кабелей обеспечивает простоту монтажа, сращивания,
разветвления и ремонта, не требуя каких-либо специальных навыков, что
сокращает время монтажа, уменьшает затраты на техническое обслуживание и
ремонт. Кабель компенсирует отклонения в теплопотерях и напряжении
питания. При установке датчика температуры и подключении системы обогрева
к устройству управления он настраивается на поддержание температуры
трубы с точностью до 3°С.
Индукционное нагревательное оборудование. Принцип подобного
оборудования позволяет применять его в самых разнообразных теплообмен-
ных устройствах и системах, где требуется эффективное автономное
теплоснабжение с использованием электрического тока. Индукционные
нагреватели на токах промышленной частоты - это качественно новое отопительное
оборудование, которое по своим потребительским свойствам существенно
превосходит другие типы электронагревателей (рис. 2.53).
164

Рис. 2.53. Внешний вид (а) и принцип действия индукционного подогревателя (б):
1,3- входной и выходной фланец соответственно; 2 - распределительная коробка;
4 нагревательные индукционные элементы; 5 - трубопровод с теплоносителем;
6 - греющее электромагнитное поле; 7 - вход нагреваемого теплоносителя
Основные преимущества: высокая надежность, безопасность, простота
и удобство в эксплуатации, используемая частота тока 50 Гц, коэффициент
мощности 0,98, КПД - 98 % (не изменяется в процессе работы), возможность
использования различных жидких теплоносителей (вода, масло, антифриз по
согласованию с заводом-изготовителем), высокая пожарная и электрическая
безопасность. Под воздействием переменного магнитного поля,
создаваемого магнитной системой, в металле теплообменного устройства
индуцируются токи, вызывающие его нагрев. Тепло от нагретых поверхностей
теплообменного устройства передается нагреваемой среде. Таким образом, в
индукционном нагревателе, который работает на токах промышленной частоты,
нагреву подвергается не сама среда (теплоноситель), а металлическое тело
(теплообменник), от которого впоследствии нагревается среда. В такой
системе нет элементов, подверженных износу, и срок службы оборудования
определяется практически только сроком службы электромагнитной
катушки. Все это делает установку очень надежной и долговечной.
К данному типу оборудования относится высокотемпературный
индукционный нагреватель «Эдисон-ТШ», применяемый для нагрева реакторов
и прочих емкостей до температуры от 115 до 300 °С с помощью
промежуточного теплоносителя. В качестве промежуточного теплоносителя
используются высокотемпературные органические и силиконовые жидкости. На
сегодняшний день установки типа «Эдисон-ТШ» - лучшая альтернатива
электрическим. Она также эффективно применяется для замены паровых
систем на системы с высокотемпературным теплоносителем.
165

Установки прямого индукционного нагрева превосходят имеющиеся
аналоги ввиду следующих причин:
- высокие энергетические характеристики (cos ф > 0,9);
- обеспечение любых сложных алгоритмов нагрева;
- обеспечение полной безопасности технологического процесса;
- выделение тепловой энергии непосредственно в корпусе ёмкости и
равномерное распределение её по всей поверхности;
- возможность точного регулирования температуры и поддержания
необходимого темпа нагрева;
- возможность получения высоких удельных поверхностных мощностей.
Установка горячего водоснабжения «Логос» состоит из индукционного
нагревателя, аккумуляционной емкости и теплотехнических элементов с
блоком автоматического управления. Нагрев осуществляется через змеевик,
расположенный внутри аккумуляционной емкости и выполняющий функции
водо-водяного подогревателя (бойлера). Таким образом, установка не зависит
от качества нафеваемои воды, поскольку теплоноситель, нагревающий воду
в аккумуляционной емкости, циркулирует по замкнутому кон гуру.
Блок «Нептун» отличается от установки «Логос» иной конструкцией
теплообменного устройства, в которой предусмотрено наличие
водо-водяного подофевателя (бойлера), делающего установку невосприимчивой
к качеству нафеваемои воды. Блок «Нептун» подключается к накопительной
емкости объемом 1 ... 200 м3 и более.
На рис. 2.54 приведена теплоснабжающая система подогрева груза
в танках, которая подробно рассмотрена в гл. 5.
Переходной мостик-
Рис. 2.54. Расположение подогревательных секций в грузовом танке
166

К судовым трубчатым подогревателям предъявляются следующие
требования:
- в качестве теплоносителя разрешается использовать насыщенный пар
давлением до 0,7 МПа и степенью сухости более 0,85 от своих судовых
котлов или от стороннего источника теплоты;
- при давлении пара больше 0,7 МПа устанавливают редукционный,
а за ним предохранительный клапан и манометр.
По конструктивному исполнению типы подогревателей могут быть
продольно-прямоточные, змеевиковые, батарейные и петлевые.
В продольно-прямоточной системе трубчатого подогрева (речные
баржи) применяются трубы Dy B5 ... 50) мм, которые проходят вдоль всей
цилиндрической вставки корпуса с проводкой греющих элементов через его
поперечные переборки. На выходе пароводяной смеси устанавливаются
запорные вентили, обеспечивающие регулировку скорости движения пара
и позволяющие продувать каждую отдельную трубу (рис. 2.55).
Рис. 2.55. Продольно-прямоточная система подогрева
Рис. 2.56. Змсевиковая система подогрева: / - коллектор сборный; 2 - трубопровод
к теплому ящику; 3 - вентиль невозвратный (за борт); 4 - горшок конденсационный;
5 - кран пробный; 6 - вентиль регулирующий; 7- трубопровод на пропарку;
8 - трубопровод продувочного воздуха; 9 - стопорный клапан
167

Змеевиковая система трубчатого подогрева (рис. 2.56) установлена на
большинстве речных танкеров, нефтерудовозов и некоторых типах барж. Ее
принцип состоит в том, что в каждом танке укладывается отдельная нитка
трубопроводов, имеющая вентиль на выходе. Это дает возможность
осуществлять выборочный подогрев отдельных танков, что делает систему более
гибкой, чем прямоточная, однако стоимость монтажа и ремонта здесь
значительно выше.
Батарейная система подогрева (рис. 2.57) применяется на танкерах.
В ней пар поступает к батареям, состоящим из ряда параллельных труб
и расположенным по одной в каждом из шести средних танков. Этот тип
подогревателей достаточно прост в изготовлении и надежен в работе, так как
в случае выхода из строя одной трубы в батарее подогрев нефтепродукта
продолжается. Однако обнаружить поврежденную трубу весьма трудно, так
как пар свободно проходит по соседним трубам, не поступая в испорченную,
поэтому повреждённую трубку сразу обнаружить невозможно. Кроме того,
нефтепродукт, попав в одну из труб, постепенно заполняет всю батарею,
выводя из строя все большую поверхность подогрева.
Рис. 2.57. Батарейная система подогрева: / - трубопровод к теплому ящику;
2 - вентиль невозвратный (за борт); 3 - горшок конденсационный;
4 - кран пробный; 5 - подогреватель; 6 - паропровод от котла
Петлевые подогреватели обеспечивают дифференцированный
подогрев, поэтому можно использовать управление в одном месте через входной
и выходной коллекторы, а также обеспечить интенсивный подогрев
определённой группы танков, выгрузку из которых начинают раньше, что в два
раза уменьшает энергозатраты. Пропорционально увеличиваются также
затраты и на монтаж этой системы подогрева.
Приведенные схемы предусматривают обеспечение подогрева
нефтепродукта равномерно по всему судну, что экономично для танкеров, где эта
операция осуществляется во вре*мя рейса. Выбор продолжительности подог-
168

рева груза и интенсивности подвода тепла зависит от длительности прохода
и внешних условий - температуры наружного воздуха и забортной воды.
Согласно существующим специальным методикам расчета условий
подогрева выбирается наиболее экономичный режим обеспечения заданной
температуры груза к моменту прихода в порт выгрузки.
Температура нефтепродукта при выгрузке должна задаваться такой,
чтобы обеспечивать максимальную подачу грузовых насосов (для
сокращения времени выгрузки). Такая работа достигается при температуре 80 °С
при кинематической вязкости 350 ... 400 мм7с для грузовых насосов и при
200 ... 300 мм2/с при той же температуре - для центробежных насосов.
Эффективность работы всех типов паровых подогревателей
существенно зависит от обеспечения отвода конденсата. С одной стороны, необходимо
своевременно освободить трубу подогревателя от конденсата, так как иначе
часть её будет работать вхолостую, с другой, - нельзя допускать, чтобы не-
сконденсировавшийся пар выходил в атмосферу. Для судовых
подогревателей вертикальная часть трубопровода, отводящего конденсат, является
своеобразным затвором.
Для расчета систем отопления, вентиляции и кондиционирования
воздуха (рис. 2.58) принимаются следующие значения параметров:
- температура забортной воды в летнем режиме принимается равной
30 °С, в зимнем - 0 °С.
- температура воздуха в летнем режиме +34 °С, в зимнем - -25 °С,
- относительная влажность в летнем режиме 70 %, в зимнем - 85 %.
В теплообменных аппаратах при проектировании принимают следующие
разности температур: по забортной воде 4... 8 °С; по пресной воде 10 ... 15 °С
(в воздухоохладителях и маслоохладителях), в конденсаторах паротурбинных
установок - 5 ... 10 °С.
Полное гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата
складывается их четырёх составляющих:
АР = AP1V + Арц+ Арг±Арс;
1 w2
дэ =др =^ р
d^ 2
где АРф- сопротивление трения;
? - безразмерный коэффициент сопротивления трения;
с/м - внутренний диаметр,
169

Рис. 2.58. Схема судовой системы парового отопления всех помещений:
/ отвод конденсата в парогенератор; 2 - охладитель конденсата; 3 - невозвратно-
запорный клапан; 4 - конденсатная магистраль; 5 - производственные мастерские;
б - невозвратный клапан; 7 - конденсатоотводчик; 8 - паровая грелка; 9
трубопровод свежего пара; 10, 11 - запорные клапаны; 12 - трубопровод конденсата;
13 машинное отделение; 14 - кладовая; 15 - паровая магистраль от парогенератора;
16 - трубопровод пара с берега; 17 - манометры; 18 трубопровод хозяйственного
пароснабжения; 19 - камбуз; 20 - прачечная; 21 - редукционный клапан; 22 -
предохранительный клапан; 23 - сепаратор пара; 24 - трубопровод сброса пара;
25 - распределительный коллектор пара; 26 пусковые клапаны; 27 - ванно-
душевая; 28 - трубопровод сброса конденсата за борт; 29 - запорный клапан
где Л/?ц- местные сопротивления;
^ц - коэффициент местных сопротивлений:
-> 1
где Арг- гидравлическое сопротивление;
w\\ vv2 - скорость во входном и выходном сечениях канала;
170

Арс - гидравлическое сопротивление на преодоление естественной
самотяги (при движении жидкости сверху вниз знак плюс «+», при движении
жидкости снизу вверх знак минус «-»),
4Рс = g(p -Рв) К
где р; р„ - средние плотности жидкости и окружающего воздуха,
соответственно;
h - высота, на которую поднимается или опускается жидкость в
теплообменнике.
Мощность насоса или вентилятора для подачи жидкости через
теплообмен мы й аппарат
N = ^
РЛ
где Q, кг/с; АР, Па; р, кг/м3; г| - КПД насоса или вентилятора.
Преимущества применения термомасел в системах обогрева.
Основные достоинства термомасляной системы обогрева заключаются в
следующем.
1. Достижение необходимой температуры при существенно меньшем
давлении в системе, что упрощает эксплуатацию (трубопроводы с
компенсатором объема защищают паровую систему от избыточного давления)
и уменьшает стоимость труб и арматуры.
2. Термальное масло не замерзает при низких температурах. Таким
образом, в термомасляной системе можно применять безопасно прокладку
в системах, проложенных по палубе. Также оно обладает большей тепловой
инертностью по сравнению с паром, т.е. в случае непредвиденной остановки
будет медленнее остывать.
3. Одно оборудование может снабжать нескольких потребителей при
разных температурах (точное регулирование температурного режима
системы происходит в пределах ±0,5 °С).
4. Система циркуляции масла полностью изолирована, поэтому
отсутствуют расходы по подготовке и возмещению при потерях теплоносителя.
Несмотря на высокую стоимость термального масла и пожароопасность нельзя
отрицать очевидные преимущества термомасляной технологии: экологич-
ность, простоту и меньшие эксплуатационные затраты. Снижаются затраты
на содержание штата, так как работа термомасляной котельной
максимально автоматизирована.
171

5. Все парогенераторы требуют ремонта из-за коррозии, а применение
термомасляной системы полностью исключает коррозионные факторы.
2.6. Сепараторы, деаэраторы, фильтры
2.6.1. Судовые сепарационные установки
Сепарационные установки фирмы «Альфа Лаваль», которая производит
системы сепарации и мобильные системы для очистки масла, предназначены
для очистки различных марок топлива и смазочных масел всех видов судовых
дизелей. Сепаратор удаляет скапливающиеся в барабане твердые частицы,
после чего осадок выгружается в коллектор. Барабан сепаратора приводится
во вращение от электродвигателя с помощью привода, включающего
фрикционную муфту и ременную передачу. Барабан сепаратора крепится на верхнем
конце оси, установленной в подшипниках и поддерживаемой специальными
составными пружинами. Напорная труба сама приспосабливается к выводу
воды из барабана, а напорный диск выталкивает из него очищенное масло.
Поэтому нет необходимости в каких-либо регулировках внутри барабана
и потребности установки в нем гравитационных дисков.
Рис. 2.59. Блок сепарационной установка типа PU фирмы «Альфа Лаваль»
со вспомогательным оборудованием и КИП
Сепарационная установка типа PU компании «Альфа Лаваль» является
полностью модульной и интегрированной (рис 2.59). Она предназначена для
очистки нефтепродуктов, тяжёлых масел плотностью до 991 кг/м3 и
вязкостью до 600 сСт при 50 °С для МОД, СОД и ВОД, а также дистиллятов
и лёгких дизельных масел.
172

S-сепараторы компании «Альфа Лаваль» являются
высокоэффективными устройствами очистки нефтепродуктов. Они объединяют обработку
топлива и смазочного масла в одном сепараторе благодаря программному
обеспечению, которое позволяет устанавливать изменяемые параметры.
S-сепараторы очищают тяжёлые виды топлива с плотностью до 1010 кг/м3
и вязкостью до 700 сСт/50°С, смазочные масла для всех типов дизелей,
продукты дистилляции и светлые дизельные топлива.
Выпуск
очищенного
масла 2
Впуск
необр. масла
Рис. 2.60. Схема размещения оборудования сепаратора типа SU: / - датчик
температуры; 2 - блок электромагнитных клапанов системы подачи управляющей воды;
3 - полка для нужд технического обслуживания, 4 - блок электромагнитных
клапанов системы подачи управляющего воздуха; 5 - датчик наличия воды; 6 - пневмо-
управляемый трёхходовой клапан; 7- манометр (выпуск очищенного масла);
8 - шкаф электроавтоматики; 9 - устройство для удаления осадка; 10 - сепаратор
Достоинства S-сепаратора (рис. 2.60) заключаются в следующем:
- компактный барабан сепаратора, уменьшающий потерю масла;
- новый дизайн пакета тарелок, обеспечивающий оптимальное
распределение потоков и качество сепарации (рис. 2.61);
173

- безрезьбовое пружинное замковое кольцо «CentriLock», которое
просто одевать и снимать в системе разгрузки «CentnShoot»;
- при наибольшей эффективности сепарации достигается удаление
более 85 % всех пятимикронных частиц;
- низкие затраты на установку, компактный, модульный, гибкий дизайн,
позволяющий экономить место;
- более быстрый и безопасный ввод в эксплуатацию с полной
технической поддержкой;
- возможность проводить непрерывный мониторинг очищенного масла,
сократить сброс шлама на 75 % и минимизировать износ барабана;
- обеспечение более длинных сервисных интервалов, более прочной
конструкции, которая позволяет сократить необходимое количество
запасных частей на 50 % по сравнению с обычными системами;
- использование в полностью автоматических системах.
Рис. 2.61. Сечение сепаратора
Несмотря на отклонения в плотности и вязкости, для получения
наиболее эффективной непрерывной сепарации настройка гравитационного диска
или других компонентов системы не требуется.
SU-сепараторы фирмы «Альфа Лаваль» представляют простой в
использовании сепарационный блок, занимающий минимальный объем.
Сепарационный блок готов к использованию сразу после установки, состоит
174

из сепаратора и дополнительного оборудования: пульта управления с
пускателями, нагревателем и подающим насосом. Все компоненты
установлены на общую раму. Таким образом, он является системой полной очистки
топлива или масла. Фирма представляет двойные и тройные конфигурации,
каждая из которых монтируется на общей раме со всеми соединительными
трубами.
Запатентованное замковое кольцо «CentrilLock» снимается с помощью
одного лишь торцового ключа, вместо рычажного гаечного ключа и
кузнечного молота, которые обычно применяются для удаления традиционного
замкового кольца.
Периодичность технического обслуживания этих сепараторов:
- осмотр после каждых 4000 ч работы или каждые полгода;
- переборка после каждых 12000 ч работы или каждые 18 месяцев.
Фирма представляет комплект запасных частей для технического
обслуживания, который включает все необходимые детали для каждой процедуры
и советы по их выполнению в контрольных точках, а также набор для осмотра
с уплотнительными и герметизирующими кольцами для барабана сепаратора.
Сепаратор имеет гибкое нижнее дно барабана «CentriShoot», которое
зафиксировано в центре и во время сепарации закрывает разгрузочные
каналы. В течение времени разгрузки шлама край гибкого дна отгибается вниз,
открывая каналы. После разгрузки гибкое дно возвращается на место,
герметично закрывая порты без помощи пружин. Простое пружинное замковое
устройство «CentriLock» может быть удалено только с помощью торцевого
ключа, молоток для этого не требуется, в отличие от резьбовых замковых
колец, которые должны удаляться с помощью молотка. «CentriLock»
надевается и снимается легко, без изнашивающейся резьбы (рис. 2.62).
В сепараторе используется новая система разгрузки «CentriShoot».
Скользящее дно барабанов предыдущих моделей было заменено
запатентованной технологией гибкого нижнего дна, закрепленного на корпусе
барабана. Во время разгрузки только самый край дна отгибается вниз, открывая
разгрузочные окна. Станина сепаратора легко поглощает ударное
воздействие шлама. Барабан собран и сжат с помощью инструмента механического
сжатия пакета тарелок, поставляемого вместе с ^-сепаратором. Это
позволяет пружинному замковому кольцу легко вставать на свое место.
Меньший объем барабана позволил увеличить интервалы между
разгрузками и повысить точность управления. По сравнению с предыдущими моде-
175

лями, новая система обеспечивает более эффективное удаление шлама,
уменьшает потери масла, снижает потребление воды и сокращает общие
потери нефти. Удалить его также просто. Торцевой ключ ослабляет винты,
установленные на внешней стенке барабана, и замковое кольцо снимается,
а) б)
Рис. 2.62. Нижнее дно сепаратора: а - рабочее положение;
б - положение «выстрел»
Впускные/выпускные устройства предыдущих моделей состояли из
нескольких деталей и требовали отдельной сборки. В новом сепараторе эти
детали были заменены одним соединением, к которому подключаются
впускные/выпускные шланги. При открытии сепаратора шланги должны быть
вначале отсоединены и зафиксированы на одной стороне для
переподключения. Это соединение может быть полностью удалено как единая деталь.
Система может быть поставлена как в виде предварительно собранного
компактного протестированного модуля, в который входят смонтированные
воедино сепаратор и дополнительное оборудование, так и в виде отдельных
блоковых компонентов, включающих в себя сепаратор и дополнительное
оборудование как отдельные компоненты (рис. 2.63).
а) б) в)
Рис. 2.63. Внешний вид отдельных блоков управляющих клапанов:
а - блок клапанов топлива/масла; б - блок клапанов управляющей воды;
в - блок клапанов управляющего воздуха
176

Одним из важнейших элементов управления сепаратором является
контроллер технологического процесса типа ЕРС50. Пульт управления
сепаратором содержит стартеры двигателей и контроллер технологического про-
\ цесса в едином блоке, однако дополнительная система сепаратора требует
( установки контроллера в огдельном пульте. Максимальная надежность
I и дружественность к пользователю - именно эти главные цели были исполь-
гзованы при конструировании контроллера ЕРС50, который имеет несколько
новых функций.
В дополнительном модуле переключатели давления заменили
датчиками давления, обеспечив тем самым более высокую точность и
надежность, а также постоянный контроль процесса с непрерывной выдачей
информации на дисплей. Вместо сигнальных кодов, использовавшихся в
предыдущих системах, новый модуль выдает информацию в текстовом
режиме в прокручивающемся информационном окне. Восемь разных
языков предоставляются стандартно, позволяя оператору выбрать язык при
начальном включении. Дисплей может работать при высокой влажности
и температуре выше 55 °С. Два меньших блока для управляющей воды
и воздуха подключаются после сборки модуля. Для ^-сепаратора требуется
шесть трубных/шланговых соединений: подача масла, выход очищенного
масла, выход переработанного масла, подача управляющей воды, подача
управляющего воздуха, выход для шлама.
Новая система разгрузки требует наличия под сепаратором большого
резервуара для шлама. Вместо этого на опорной плите, между сепаратором
и дополнительным модулем, может быть установлен маленький
вспомогательный бак для шлама, выполненный в виде модульной конструкции
(см. рис. 2.63), полностью смонтированной на общей раме, или в виде шести
отдельных компонентов, которые могут быть собраны на месте (рис. 2.64).
В сепаратор неочищенный нефтепродукт подается насосом. Он
предварительно подогревается до температуры сепарации, измеряемой
датчиком, и подает сигналы контроллеру процесса. Датчик измеряет давление
на входе нефтепродукта, подавая сигналы контроллеру процесса.
Пневматический трехходовой клапан направляет неочищенный нефтепродукт
в сепаратор или назад для рециркуляции. Контроллер процесса ЕРС50
наблюдает за ходом процесса и работой ^-сепаратора. Датчик содержания
воды в очищенном нефтепродукте типа МТ50 непрерывно отслеживает
изменения содержания воды в нефтепродукте и подает сигналы контрол-

леру процесса, обеспечивает контроль эффективности сепарации.
Вентиль регулирует противодавление на выходе для очищенного нефтепродукта.
Пневматический отсечной клапан закрывает выход для очищенного
нефтепродукта. Блок электромагнитных клапанов управляющей воды распределяет
управляющую воду в сепараторе. Датчик давления отсепарированной воды
измеряет давление на выходе, подавая сигналы контроллеру процесса. Слив- \
ной вентиль открывается при сливе отсепарированной воды из сепаратора. !
Рис. 2.64. Расположение основных компонентов на сепараторе: / - подвод топлива;
2 - клапан переполнения; 3 - труба рециркуляции; 4, 6, 11- датчик давления,
температуры топлива, содержания воды в топливе, соответственно; 5 -- входной
топливный фланец; 7- фланец выхода чистого топлива; 8- комбинированный
клапан (регулятор); 9, 10 - труба подвода управляющей воды, управляющего
воздуха, соответственно; 12, 13 - датчик расхода, давления выходного топлива;
14 клапан осушения; /5, 16 - труба выхода чистого топлива, воды, соответственно;
17 - фланец выхода сладжа
178

Сепаратор имеет вход и возврат нефтепродуктов на рециркуляцию, вход
йоды (кондиционирующая вода, открывающая вода, закрывающая вода),
выход очищенного нефтепродукта, выгрузку шлама в танк или устройство
для удаления шлама, модуль отсепарированной воды.
Вспомогательный бак для шлама оборудован датчиками уровня и
пневматическим насосом, который откачивает шлам после каждой разгрузки,
а также имеет соединение с ближайшей вентиляционной трубой. Удаление
шлама обеспечивает гибкость в расположении сепараторного модуля.
Необработанное топливо или масло, подогретое до нужной температуры,
непрерывно подается в сепаратор для очистки от загрязнений. После разделения
методом центробежной сепарации очищенное топливо непрерывно
выводится из барабана, а удаленные твердые частицы и вода скапливаются на его
периферии. Система работает по принципу Alcap - технологии, основанной
на текущей проверке процесса разделения, который осуществляется с
помощью датчика наличия воды, находящегося в патрубке для выпуска чистого
топлива. Датчик наличия воды на трубопроводе для выпуска чистого
топлива измеряет его емкостное сопротивление и подает сигналы об изменении
этого параметра на блок управления «ЕРС50», в который входят элементы
автоматики и КИП (рис. 2.65).
7—«•
б 7
Вход
воды
17-
16-
/5-
9 10 77
v4 \ \ / Выпуск
РТ ь.-i МТН^Ф*^
14
Выпуск шлама

очищенного
топлива
j^ Выпуск воды
Рис. 2.65. Система управления типа ЕРС50: / - выход; 2 - вход; 3 - подающий насос;
± - подогреватель; 5 - датчик температуры; 6,8 - манометр (давление топлива или
масла), 7 - пневмоуправляемый трёхходовой клапан; 9 - датчик наличия воды;
10 - пневмоуправляемый отсечной клапан; 11 - регулирующий клапан; 12 - сливной
клапан; 13 - манометр (давление воды); 14 - сепаратор; 75, 76, 17 - блок впускных
клапанов, соответственно, закрывающей, открывающей и запирающей воды
12*
179

В зависимости от содержания воды блок управления «ЕРС50» подает
команду на открытие сливного клапана для выпуска воды или разгрузки
барабана. Технология этого процесса «CentriShoot» заключается в применении
запатентованного компанией «Альфа Лаваль» гибкого скользящего
механизма выгрузки, полностью исключающего износ из-за фения.
Блок «ЕРС-50» управляет работой сепарационной установки,
осуществляя текущую проверку функций контроля и аварийной сигнализации. Четкие
текстовые сообщения на нескольких языках, появляющиеся на экране
светодиодного индикатора, позволяют оператору следить за параметрами процесса
и определять аварийные ситуации. Предусмотрен дистанционный мониторинг
и контроль. Бак для подачи управляющей воды отсутствует, так как в нем нет
необходимости, что экономит материалы и затраты на его установку. Следует
отметить более длительные интервалы между техническим обслуживанием.
Использована одна и та же компактная конструкция для очистки
топлива и смазочных масел. Программное обеспечение оператора позволяет
осуществлять дистанционное управление работой системы с диспетчерского
пульта, обеспечивая защиту двигателя при низком и постоянном перепаде
давления на фильтре, а также непрерывную автоматическую обратную
промывку. Благодаря применению камеры вспомогательного потока и системы
очистки с обратной промывкой чистое топливо/масло, используемое в
процессе обратной промывки, направляется на рециркуляцию.
Топливные и масляные фильтры предназначены для очистки топлива
и масла, работают в автоматическом режиме, имеют устройство
самоочистки способом обратной промывки (рис. 2.66 и 2.67).
В режиме фильтрации жидкость, нуждающаяся в очистке, поступает
в корпус фильтра через нижний входной фланец, затем - в отдельные
фильтровальные камеры через открытый нижний торец, после чего проходит
снаружи, попадая в подвесные цилиндрические фильтроэлементы.
Все посторонние частицы, размер которых превышает заданную
чистоту фильтрации, задерживаются на наружной поверхности фильтроэлемен-
тов. Жидкость проходит с чистой стороны фильтра к верхнему выходному
фланцу. Одна фильтровальная камера всегда изолирована от описываемого
процесса; эта камера находится в резерве и отделена от основного потока
жидкости с помощью центрального селекторного механизма.
После завершения обратной промывки камера, элемент которой уже
очищен, вновь подключается к системе основной среды под рабочим давле-
180

нием. Когда перепад давления между чистой и грязной стороной фильтра из-
за скапливающейся грязи достигнет определенной величины, реле
индикатора дифференциального давления выдаст соответствующий сигнал в блок
управления, который, в свою очередь, включает процесс обратной
промывки. Электродвигатель с редуктором повернет селекторный механизм таким
образом, чтобы он изолировал следующую фильтровальную камеру с
грязным фильтром от основного потока, одновременно подключив к нему только
что очищенную камеру, при этом камера, находящаяся под давлением,
становится резервной,
а) б)
Рис. 2.66. Автоматический фильтр типа 6.61 с обратной промывкой для топлива
и масла: а - в состоянии обратной промывки; б - в состоянии фильтрации:
/ - фильтрующие патроны; 2 - фильтровальные камеры; 3 - электрический
двигатель или воздушный привод; 4 - воздушный баллон; 5 - входной фланец;
6, 10 - вращающий механизм; 7 - выходной патрубок чистой жидкости;
8 - разгрузочный клапан для сладжа; 9 - клапан продувки воздухом
Промывка противотоком - быстрый и эффективный процесс. Пневмоаг-
регат обеспечивает вывод промывочной жидкости и срабатывание клапанов
выпуска воздуха, при этом сжатый воздух из баллона направляется в
изолированную фильтровальную камеру через селекторный механизм. Под давлением
сжатого воздуха небольшая часть чистой промывочной жидкости
пропускается через фильтроэлемент в обратном направлении, смывает частицы грязи
с поверхности фильтроэлементов, а затем выводит их с промывочной жидко-
181

стью из фильтровальной камеры через выпускной клапан обратной промывки.
Как только этот процесс завершится, подача воздуха прекращается, а
выпускные клапаны снова закрываются. Пустая камера заполняется жидкостью через
отверстие на чистой стороне селекторного механизма и автоматически
продувается. Теперь эта камера становится резервной - до того момента, когда она
вновь включится в процесс фильтрации.
Фильтр имеет следующие параметры: рабочее давление - до 10 бар,
температура - до 150 °С, максимальная производительность - до 800 м3/ч,
степень очистки - до 10 мк, число фильтрующих патронов - до 200 шт.
Преимущества фильтра Boll, применяемого для очистки топлива и
масла в двигателях внутреннего сгорания: использование одного общего литого
корпуса, уменьшение числа составных узлов, идеальная синхронизация
процессов промывки, лёгкий демонтаж, применение шаровых клапанов, не
нуждающихся в обслуживании, минимальные потери давления. Топливные
и масляные фильтры изготавливают с электроприводом.
Масляный фильтр типа «CCU» - отделитель (воды, масла,
посторонних примесей) применяется для очистки смазочного масла для двигателей,
работающих на дизельном топливе (MDO) и тяжелом топливе (HFO), дис-
тиллятных или газовых топливах. Этот комбинированный очистительный
182

агрегат представляет собой уникальное сочетание двух ключевых
компонентов в одном корпусе (рис. 2.68): автоматического полнопоточного
фильтра, задерживающего абразивные частицы, защищающего тем самым
двигагель, и тарельчатого центробежного сепаратора, установленного на
ступени обратной промывки фильтра, обеспечивающего эффективную
очистку смазочного масла. Фильтры смазочного масла не требуют
внешнего источника электропитания. В них достигается циркуляция смазочного
масла герметичным замкнутым контуром, что обеспечивает защиту как
самого масла, так и окружающей среды. Система защищена от попадания
в нее загрязнений при одновременной защите от утечки или разлива
нефтепродуктов. Кроме того, непрерывная очистка сепаратором
дополнительно увеличивает срок службы нефтепродуктов, вплоть до удваивания его
в некоторых случаях.
Рис. 2.68. Комбинированный очистительный агрегат CCU
Несамоочищающиеся сепарационные установки типа «ММВ»,
«МАВ», «ММВ-305», имеющие надежную и компактную конструкцию,
простые в установке, сепарационные системы типа ММВ и типа МАВ с ручным
управлением идеально подходят для применения на борту каботажных
и рыболовецких судов (рис. 2.69). Будучи полнофункциональными
системами для очистки или осветления нефтепродуктов, они отличаются простотой
в эксплуатации и большим пространством для осаждения шлама, что
увеличивает период эксплуатации между циклами очистки в ручном режиме. При
этом сепаратор типа ММВ имеет также ременный привод и встроенный на-
183

норный диск в линии разгрузки чистого нефтепродукта. Сепараторы типа
МАВ-103В очищают дизельное топливо и масло для судовых дизелей,
имеют производительность 1300 ... 4800 л/ч; производительность сепараторов
типа МАВ-300 ... 1150 л/ч.
Несамоочищающийся центробежный сепаратор типа М1В-303 может
работать как в качестве сепаратора дистиллятного и дизельного топлива
максимальной плотностью 920 кг/м3 при 15 °С, так и в качестве сепаратора
смазочного масла. Сепаратор типа М1В-303 улавливает включения твердой
фазы и снижает риск роста бактерий в танках, расширяя тем самым интервал
между заменами фильтров и сокращая затраты на эксплуатацию.
Максимальная температура сепарации 70 °С. Производительность 630 л/ч для
дизельного топлива.
Рис. 2.69. Несамоочищающиеся сепарационные установки
типа «ММВ» и «МАВ»
Сепаратор «Spirovent». Особенность его заключается в том, что он
удаляет как большие воздушные пробки, так и газы в виде тысяч
микропузырьков, освобождая воду даже от растворённых в ней газов (рис. 2.70).
Использована специальная конструкция воздушной камеры, не
позволяющая частицам грязи попадать в вентиляционный клапан. Большой объём
воздушной камеры предотвращает блокирование воздушного клапана.
Указанные преимущества основаны на особых качествах уникальной медной
трубки «Spiro».
Устройство представляет собой медную трубку с напаянной медной
сеткой, которая гасит вихревые потоки, обеспечивая торможение и подъем даже
184

самых мелких пузырьков. При помощи автоматического воздушного клапана
сепарированный воздух выводится наружу через воздушную камеру. Частицы
грязи удаляются через сливной кран, устанавливаемый в самых горячих
местах системы, - точке на выходе из котла, в системе охлаждения - точке перед
чиллером. Именно в этих местах высвобождаются микропузырьки. Их
возникновение обусловлено растворимостью газов в воде, которая снижается при
повышении температуры. При снижении давления растворимость в
соответствии с законом Генри также снижается и установка осуществляет
абсорбционную деаэрацию всей системы со скоростью потока от 1 м/с до 3 м/с.
Рис. 2.70. Схема сепаратора «Spirovcnt»: / - сливной винт (может быть установлен
сливной кран, температурный датчик, или датчик давления); 2 - уникальная трубка
«Spiro» (центральная деталь для оптимальной сепарации воздуха и микропузырьков,
имеет очень низкий показатель сопротивления); 3 - прочная конструкция корпуса,
рассчитанная на долгие годы эксплуатации; 4 - ушко для подвеса сепаратора
(существенно облегчает монтаж); 5 - неблокируемый вентиляционный клапан;
6-7 - спускной клапан для отвода большого количества воздуха при заполнении
системы и удаления загрязнений; 8 - многочисленные возможности подключений
(сварка, фланцевые соединения диаметром до 300 мм)
Преимущества рассматриваемого сепаратора-деаэратора:
- отсутствие необходимости деаэрации системы вручную после запуска
в эксплуатацию;
- большой срок эксплуатации водопроводящих узлов системы;
- отсутствие кавитации и коррозии, а также отсутствие шумов в
трубопроводе, отопительных и охлаждающих приборах;
- три года заводской гарантии.
185

Струйные деаэрационные головки типа ДСЦА {атмосферного ти-
па) и типа ДСЦВ {вакуумного типа) предназначены для удаления из
воды растворенных коррозионно-агрессивных газов из рабочей среды
(рис. 2.71). Применяются в котельных, системах отопления и горячего
водоснабжения. При начальном содержании растворенного кислорода в
исходной воде 7000 ... 8000 мг/л остаточное его содержание в
деаэрированной воде составляет 0 ... 10 мг/л.
Свободная углекислота в деаэрированной воде практически не
обнаруживается. Производительность деаэрационных головок 5 ... 100 т/ч.
Температура воды, подаваемой на вход деаэратора типа ДСЦА, - 102 ... 104 °С,
типа ДСЦВ-50... 70 °С.
Рис. 2.71. Внешний вид деаэрационной головки
Давление воды на входе в деаэрационную головку допускается в
пределах 1 ... 3 бар. Масса деаэрационной головки - 25 ... 300 кг. Деаэраторные
головки типа ДСЦВ (вакуумного типа) комплектуются вакуумным
эжектором. По сравнению с известными аналогами, деаэрационные головки типа
ДСЦА и ДСЦВ имеют значительно меньшие габариты и массу, малую
инерционность, легкость пуска и остановки, существенно более широкий
диапазон параметров устойчивой работы, возможность полной автоматизации;
могут применяться и в системе «термоумягчения», предназначенной для
устранения «временной» жесткости воды (табл. 2.4).
186

Таблица 2.4
Технические характеристики деаэраторов
Технические
характеристики

Производительность
Температура воды
на входе
Давление воды
на входе
Остаточное
содержание кислорода
до/после головки
Тип головки
вакуумный
1... ЗООм3/ч
40... 60 °С
>1бар
7000... 8000/
0 ... 20мг/л
атмосферный
1... ЗООм3/ч
104... 110°С
>1бар
7000... 8000/
0 ... 20мг/л
Сравнительные размеры головок
производительностью 15 м3/ч
Размер,
масса
Диаметр,
мм
Высота,
мм
Масса,
кг
ДВ
716
2400
561
ДСЦВ
159
700
25
ДА
530
2195
268
ДСЦА
159
650
20
2.7. Тепловые трубы
Термосифоны и тепловые трубы относятся к специальным типам тепло-
обменных аппаратов с промежуточным теплоносителем. Тепловые трубы
относятся к классу теплопередающих устройств, общим признаком которых
является функционирование по принципу испарительно-конденсатного
цикла. Такие усгройства, в которых возврат конденсата в зону подвода теплоты
осуществляется под действием гравитационных сил, называются
двухфазными термосифонами.
Впервые тепловая труба (ТТ) была изобретена в 1897 г. англичанином
Дж. Перкинсом. ТТ называются устройства, выполняющие функции
теплопроводов типа стержней и ребер. В отличие от теплопроводов из сплошного
твердого материала, внутри ТТ осуществляется интенсивный
тепломассообмен за счет процессов испарения и конденсации жидкости, находящейся
внутри трубы (промежуточного теплоносителя). В результате эффективность
теплопередачи (теплопроводность стержня) возрастает в несколько раз.
ТТ в простейшем виде представляет собой полый герметичный
предварительно отвакуумированный корпус (рис. 2.72), внутренняя поверхность
которого имеет капиллярную структуру, насыщенную жидким теплоносителем.
Тепловой поток, подводимый от источника теплоты к зоне испарения ТТ,
вызывает испарение жидкости с поверхности капиллярной структуры,
обращенной в паровой котёл. Полученный пар под действием градиента давления
движется по паровому каналу адиабатной зоны в зону конденсации.
187

Подвод
теплоты
Отвод
дни i i tifni
№. СШГ^ Щ
Р«" « ^ «•« •* *-т * •« *"-Ч
ttttt
Жидкость
АШ
Рис. 2.72. Принципиальная схема тепловой трубы
ТТ позволяют эффективно решать, как правило, одновременно
следующие технические задачи:
- разделение источника подвода и источника отвода теплоты на
участках, значительно удалённых и произвольно ориентированных в пространстве
по отношению друг к другу;
- обеспечение высокой тепловой проводимости геплопередающих систем;
- трансформация плотности теплового потока, т.е. изменение
(концентрация или деконцентрация) в широких пределах теплового потока на
участке теплоотдачи (теплосброса) по сравнению с участком теплоподвода;
- создание изотермичности поверхности при низком термическом
сопротивлении, позволяющее выполнять выравнивание температурного ноля
и сглаживание пиков температуры;
- регулирование и стабилизация температуры объектов.
Основные преимущества тепловых труб:
- простота конструкции, отсутствие подвижных деталей, бесшумность,
малые массогабаритные характеристики, отсутствие затрат энергии на
перемещение теплоносителя, надёжность работы;
- высокая эквивалентная теплопроводность, под которой понимается
отношение передаваемого теплового потока к площади поперечного сечения
ТТ и перепаду температуры на единице её длины (эта величина на несколько
порядков выше теплопроводности лучших теплоироводящих материалов
(таких как серебро, алюминий, медь алмаз и др.).
ТТ по конструкции аналогична термосифону, но в тепловой трубе на
внутренней стенке прикреплен фитиль, выполненный, например, из
нескольких слоев тонкой сетки. Конденсат возвращается в испаритель под
действием капиллярных сил. Бесфитильные ТТ (гравитационные или глад-
костенные ТТ) называют двухфазными термосифонами. Труба может быть
любой конструкции (рис. 2.73). Возврат конденсата может быть осуществлен
другими способами:
188

- центробежными силами (вращающаяся тепловая труба);
- силами гравитации (термосифон);
- капиллярными силами (стандартная тепловая труба);
- электростатическими объемными силами (электродинамическая
тепловая труба);
- магнитными объемными силами (магнитогидродинамическая
тепловая труба);
- осмотическими силами (осмотическая тепловая труба).
a) i 1 б> .—i а в> i—i &
С)
\ i
\ t
W
II
а
II
пни ша
е)
"*ч S
1Ж
ж> \&
и- \ - -
??,,
С
з
с
а
—•*
«
*
_
щ
Рис. 2.73. Схемы различных конструкций тепловых труб:
а - бесфитильная тепловая труба; б - тепловая труба с фитилем;
в - с горизонтальным испарителем; г - с горизонтальным конденсатором;
д - с горизонтальным конденсатором и перегородкой или вставкой в испарителе;
е -с внутренней вставкой и перепускными каналами; ж,з- открытые термосифоны
189

Конструкция бесфитильных тепловых труб - простая, она включает
гладкостенный цилиндр или камеру, заполненную теплоносителем. Из
трубы удаляется воздух, после чего она герметично закрывается. В фитильных
конструкциях внутренние стенки трубы выложены фитилём, что является
отличительной особенностью фитильных тепловых труб. С увеличением
радиуса термосифона тепловой поток уменьшается. Уменьшение теплового
потока наблюдается и при увеличении отношения длины охлаждаемой части
L0 термосифона к нагреваемой L,„ т.е. LJLU. Это подтверждается
экспериментальными данными, полученными на теплоносителях в воде, этиленгли-
коле и глицерине. При конструировании термосифонов следует выбирать
LJr = 15, где г - радиус трубы. Наличие вставки между испарителем и
конденсатором интенсифицирует теплообмен. Как показали специальные
исследования, лучшие результаты были получены при применении
теплоизолированной вставки с переходным каналом.
Бесфитильные тепловые трубы работают под давлением, что осложняет
их обслуживание и снижает надежность. Работа бесфитильных тепловых
труб осуществляется следующим образом. При подводе тепла теплоноситель
в двухфазных термосифонах вскипает, в конвективных - нагревается.
Двухфазная смесь (жидкий теплоноситель) транспортируется за счет разности
плотностей в зону теплоотвода. Сконденсированный, или «охлаждённый»,
жидкий теплоноситель поступает за счет сил гравитации в зону теплоотвода,
и процесс повторяется.
Зона теплоотвода (нижняя часть) бесфитильных тепловых труб
называется испарителем, а зона теплоотвода (верхняя часть) - конденсатором.
Средняя часть труб включает адиабатическую зону. Процессы, протекающие
в бесфитильных тепловых трубах, сложнее процессов протекания в
конвективных термосифонах. Вода, являясь наиболее доступным и дешевым
теплоносителем, имеющим значительную скрытую теплоту парообразования,
употребляется наиболее часто. Температурный интервал применения также
достаточно широк: 57 ... 200 °С. Однако при температуре более 1000 °С
имеется недостаточно информации по исследованию бесфитильных
тепловых труб для того, чтобы можно было разработать единую методику их
расчета. Наиболее полно изучены бесфитильные тепловые трубы, в которых
в качестве теплоносителя используется вода.
В фитильных тепловых трубах возврат конденсата происходит по
капиллярам фитиля. Испарительные термосифоны могут передавать большие
190

тепловые потоки за счет использования скрытой теплоты парообразования.
Например, тепловая труба будет иметь теплопроводность в сотни раз
большую, чем медь, если используется вода при температуре / = 150 °С. Если
применять литий при температуре / = 150 °С, то в осевом направлении
может быть передан тепловой поток 10... 20 кВт/см2. При соответствующем
выборе рабочей жидкости и материала корпуса могут быть созданы
тепловые трубы для работы в интервале от 4 до 2300 К.
Тепловая труба может использоваться и как трансформатор теплового
потока, т.е. подвод и отвод теплоты происходят при различных
температурных уровнях (рис. 2.74).
Подвод Отвод теплоты
теплоты AAA AAA
uiii.
ТГРГГ
тп—щ
Большой
тепловой поток Небольшой тепловой
поток
Рис. 2.74. Схема тепловой трубы, работающей как трансформатор тепла
Основное преимущество тепловых труб заключается в чрезвычайно
высокой теплопроводности и изотермичности поверхности при низком
термическом сопротивлении.
Возможное применение тепловых труб:
- в криогенных установках ядерных ускорителей;
- для охлаждения электронного оборудования;
- в установках вентиляции и кондиционирования воздуха;
- в печках;
- для охлаждения и нагрева двигателей и т.п.
Такие аппараты позволяют исключить низкотемпературную коррозию
при предварительном нагреве воздуха или воды уходящими газами котлов
и печей. Тепловые трубы особенно перспективны для работы в агрессивных
условиях. Так как коэффициенты теплоотдачи при кипении и конденсации
в тепловых трубах достаточно велики, необходимо интенсифицировать
внешний теплообмен от конденсаторов тепловых труб.
191

Глава 3
СИСТЕМЫ ТОПЛИВНЫЕ, ОХЛАЖДЕНИЯ,
СМАЗКИ, СЖАТОГО ВОЗДУХА
3.1. Топливные системы
Топливная система предназначена для приёма, хранения, очистки,
подготовки и подачи топлива к главным, вспомогательным дизелям, главным
и вспомогательным котлам.
В топливную систему входят следующие подсистемы:
- приёма, хранения и перекачки (цистерны запаса тяжёлого и лёгкого
топлива, топливоприёмные станции, фильтры, топливоперекачивающис насосы,
трубопроводы);
- очистки (сепараторы лёгкого и тяжёлого топлива, фильтры,
подогреватели, отстойные цистерны);
- подачи топлива в ГЦ (расходные цистерны тяжёлого, лёгкого и
возвратного топлива, топливоподкачивающие насосы, подогреватели тяжёлого
топлива, фильтры тонкой очистки, регуляторы вязкости, расходомеры,
трубопроводы, арматура, КИП).
Подсистема охлаждения форсунок топливом, в принципе, не отличается
от системы охлаждения форсунок водой.
3.1.1. Топливные и расходные цистерны
Подобные системы оборудуются датчиками уровня, термодатчиками
и дистанционными термометрами. В системах предусматриваются паровые
топливные подогреватели. Все трубопроводы тяжёлого топлива обогреваются
паровыми спутниками.
Для предварительной очистки топлива от воды и механических примесей
в системе предусматриваются отстойные цистерны тяжелого и легкого
топлива. На отдельных судах отстойные цистерны отсутствуют. Сепараторы служат
для очистки топлива от воды и механических примесей. Система сепарации
включает приемные фильтры, автономные или навешенные на сепаратор
насосы, подогреватели топлива, сепараторы, нагнетательные насосы,
направляющие сепарированное топливо в расходные цистерны тяжелого или дизельного
топлива. Перед поступлением в сепаратор топливо проходит через паровой
192

подогреватель. Температуру подогрева различных сортов топлива определяют
но диаграмме в зависимости от вязкости и сорта топлива (рис. 3.1).
1 ,1'Щ "II . - it • • • i 11- ,i i|i iiiImv i iMi',-1! it" hi ' •|'м,;м'.-1!!ич;ги" нпитпи!'!" Ч'тч щ ч 'им им 41 ищи inrv '
_10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 130 140150
Рис. 3.1. Диаграмма «вязкость температура» для определения температуры
предварительного подогрева топлива с целью получения заданной вязкости,
рекомендуемая фирмой «Вяртсиля»
Приведем примеры определения температуры подогрева топлива перед
ТНВД для сепарирования и перекачивания топлива в условиях эксплуатации.
j-,-2078
193

Пример 1. Топливо вязкостью 380 сСт (точка А) при 50 °С (точка В) или
80 сСт при 80 °С (точка С) нужно предварительно подогреть до 125 ... 140 °С
(промежуток Д - Е) перед ТНВД до 98 °С (точка F) для сепарирования и
минимум до 40 °С (точка G) в отстойных танках. Топливо не может
перекачиваться при температуре ниже 36 °С (точка И).
Пример 2. Известно, что топливо имеет вязкость 60 сСт при 50 °С. По
диаграмме (рис. 3.1) можно определить, что вязкость при 80 °С будет равна
20 сСт, температура перед ТНВД составит 74 ... 87 °С, температура
сепарирования 86 °С, минимальная температура в отстойных танках 28 °С.
Топливные цистерны двойного дна отделены от цистерн воды и масла
коффердамами. Горловины цистерн, устанавливаемых на втором дне или
палубах, где возможно скопление воды, имеют комингсы.
Цистерны запаса топлива оборудуют наполнительными и приемными
трубами с арматурой, воздушно-переливными трубами, устройствами для
измерения уровня топлива, для обогрева (если они предназначены для
высоковязкого топлива), горловинами и внутренними трапами для доступа людей
в цистерны. Часто наполнительную и приемную трубы совмещают. В этом
случае трубы доходят почти до днища цистерны с таким расчетом, чтобы
можно было выкачать максимальное количество находящегося в ней топлива,
не принимая вместе с тем отстой воды и грязи, скапливающийся в цистерне.
На нижний конец приёмной трубы не устанавливают защитную сетку и
невозвратный клапан. Приемные трубопроводы междудонных цистерн снабжены
арматурой, расположенной над ними. Расходные и отстойные топливные,
а также масляные цистерны оборудуются переливными трубами, которые
отводятся в нижерасположенные цистерны.
Во избежание прессовки цистерны и выброса топлива на палубу через
воздушные трубы во время ее заполнения с помощью насосов переливные
трубы соединяют цистерны запаса топлива с переливной цистерной, их
сечение больше на 1,25 площади сечения наполнительной трубы. На переливной
трубе обычно устанавливают смотровое стекло или устройство,
сигнализирующее о переливе жидкости.
Воздушные трубы цистерн, размещенных в междудонном пространстве,
и цистерн, стенки которых являются обшивкой корпуса, а также ледовых
и кингстонных ящиков должны быть выведены выше палубы переборок из
верхней части цистерны в местах, удаленных от наполнительного
трубопровода, во избежание образования воздушных мешков. Поперечные цистерны на-
194

зывают диптанками. Воздушные трубы цистерн запаса у обоих бортов обычно
совмещают с переливными трубами на начальном участке от цистерн, а затем
они идут как самостоятельные с выходом на верхнюю, не заливаемую при
волнении, палубу. Выходные концы воздушных труб выполняют в виде колена
с обращенным вниз или вбок отверстием. На них устанавливают пламяпреры-
ватели (сетки) и автоматически действующие запорные устройства
поплавкового тина для предотвращения попадания воды в цистерну. Если воздушные
грубы не имеют на конце колена, то они заканчиваются специальной головкой,
оборудованной запорным поплавком и пламяпрерывающей сеткой, которая
выводится выше палубы надводного борта на 760 мм и выше палубы
надстроек на 450 мм. На судах типа река - море эти размеры могут быть уменьшены.
Открытые концы воздушных труб топливных и масляных цистерн выводят
на открытую палубу в удобные и безопасные в пожарном отношении места.
На вкладных масляных цистернах они могут выводиться в это же помещение.
Диаметр воздушных труб должен быть не менее 50 мм.
Измерительные трубы, предназначенные для определения количества
топлива в цистернах двойного дна, обычно используются с размеченными для
каждой цистерны футштоками. Измерительные трубы цистерн,
расположенных вне машинных отделений, выводятся на открытую палубу, а
измерительные трубы междудонных цистерн, расположенных в районе машинного и
котельного отделений, выводят над настилом машинного помещения и снабжают
самозапорными клапанами, предохраняющими судно от затопления через
измерительные трубы в случае пробоин в корпусе в районе цистерн. Выходные
концы измерительных труб располагаются выше возможного уровня топлива
в этих трубах при крене до 15° и дифференте до 5°. Кроме того,
устанавливаются приборы дистанционного измерения уровня топлива в цистерне.
К верхней части цистерн подводится трубопровод насыщенного пара
давлением до 0,5 МПа, служащий для пропаривания перед очисткой и для
тушения пожара в цистернах.
Основной запас топлива хранится в цистернах запаса высоковязкого
топлива. Цистерны тяжелого топлива снабжены змеевиками для парового
обогрева. Система оборудована переливными цистернами для тяжёлого и лёгкого
топлива и перекачивающими шестеренными или винтовыми насосами для
тяжёлого и лёгкого топлива, а также цистернами протечек топлива.
Перекачивание топлива из одних цистерн в другие, заполнение отстойной цистерны и
выдача топлива осуществляются штатными топливоперекачивающими насосами
13*
195

по трубопроводам. Управление переключающей арматурой - дистанционное
(гидро- или пневматическим приводом). Группы цистерн основного запаса
высоковязкого топлива, удаленные от станции приема, снабжены отдельными
дополнительными перекачивающими насосами.
На приемных магистралях насосов тяжёлого топлива устанавливаются
фильтры грубой очистки (ФГО). Осушение цистерн сбора нефтеостатков
осуществляется шестеренным или ручным насосом, который также используется
для заполнения расходной цистерны дизель-генераторов маловязким
топливом. Система оборудована трубопроводом для сбора протечек топлива.
Система топливоподготовки является важнейшей судовой системой,
улучшающей качество топлива перед подачей его в цилиндры. Ее структурная
схема подвода топлива к ГД приведена на рис. 3.2. От клапанных коробок 1
бункерных топливных цистерн топливо движется до трубопровода 12 к
топливным насосам высокого давления ГД. Участок подачи топлива к ГД
включает топливоиерекачивающий насос 2, подогреватели J, 5, сепаратор 4,
расходную цистерну 7, смесительную колонку 9, фильтры грубой 6 и тонкой 15
очистки, перепускные клапаны 14, топливоподкачивающие насосы 10.
Рис. 3.2. Структурная схема системы подвода топлива к ГД
Подогрев топлива перед подачей к ТНВД обеспечивает заданную вязкость
топлива с помощью прибора, называемого вискозиметром 13, измеряющего
и регулирующего вязкость изменением количества пара, подаваемого в
подогреватель 11. При переводе ГД с одного сорта топлива на другой цистерна 9
выполняет функции смесительной емкости, тем самым обеспечивается
плавное изменение вязкости топлива, поступающего в ГД на переходном режиме
196

от расходной цистерны дизельного топлива по трубопроводу 8. Поддержание
отрегулированного значения вязкости топлива обеспечивается паровым
спутниковым подогревом.
В течение длительного хранения топливо в цистернах загрязняется
продуктами коррозионного воздействия на металл цистерн и трубопроводов,
а также обводняется в результате отпотевания и сообщения топливных
емкостей с атмосферой через воздушные грубы, что приводит к изменению его
физико-химических свойств. Вода в топливе снижает его качество и способствует
коррозии материала цистерн, трубопроводов и топливной аппаратуры
двигателей. Кроме того, попадая в прецизионные пары топливных насосов высокого
давления, вода вызывает их заклинивание, особенно при использовании
дизельного топлива, обладающего, в отличие от мазутов, слабым смазывающим
свойством. Содержащаяся в топливе вода, находящаяся в мелкодисперсном
состоянии, не оказывает вредного влияния на работу двигателей. В дизельном
топливе вода не должна содержаться, а в тяжёлом топливе - её количество не
должно превышать 0,5 %.
Наличие морской воды в топливе может привести к развитию бактерий
и грибковых микроорганизмов, которые при определенных условиях являются
источниками загрязнения топливных фильтров и нарушений нормальной
работы топливной аппаратуры.
Менее требовательными к качеству топлива считаются главные котлы,
работающие на остаточных мазутах и допускающие повышенное содержание
воды до 5 % и механических примесей в топливе. Поэтому и система подготовки
топлива у них относительно проста. Между тем использование в котлах
низкокачественного топлива без достаточной его подготовки приводит к засорению
и закоксованности топливных форсунок и способствует отложению сажи на
конвективных поверхностях теплообменных поверхностей котлов, что снижает
надёжность, экономичность и увеличивает трудоёмкость их обслуживания.
В судовых энергетических установках используют, как правило, два сорта
топлива (маловязкое дизельное и высоковязкий мазут), для каждого из
которых предусматриваются самостоятельные трубопроводы.
Прием топлива производится через станцию приема и выдачи топлива,
которая оборудована отдельными приемными патрубками для мало- и
высоковязкого топлива. На линии приема высоковязкого топлива установлены
фильтры грубой очистки, манометры и термометры, находящиеся
непосредственно на станции. Приемные топливные патрубки снабжены отростками с не-
197

возвратно-запорными клапанами для продувания трубопроводов воздухом.
Приемная магистраль маловязкого топлива имеет только фильтр и манометр.
Трубопроводы высоковязкого топлива с паровыми спутниками имеют
компенсаторы температурных расширений.
3.1.2. Судовые устройства приемки топлива
Приёмоперекачивающий трубопровод выполняет следующие функции:
- прием топлива с берега или с другого судна;
- выдача топлива на берег или на другое судно;
- размещение топлива в запасных цистернах;
- перекачивание топлива в отстойные или расходные цистерны (может
использоваться для выравнивания крена и дифферента судна при выполнении
грузовых операций и в аварийных ситуациях).
Эти операции могут осуществляться одновременно с подачей топлива
к главным и вспомогательным двигателям и судовым котлам.
Прием топлива и масла на судно осуществляется под давлением с
береговых или плавучих бункеровочных баз закрытым способом по гибким
погрузочным шлангам, которые крепят к приемным отросткам при помощи
специального замка, струбцин или штуцеров (в зависимости от размеров шланга),
обеспечивая полную герметизацию соединения. На главной палубе или под
ней проложен постоянный трубопровод с приёмными отростками,
выведенными к обоим бортам в бункеровочные станции приема и выдачи топлива,
отделенные от других помещений.
На судах валовой вместимостью 400 per. т и более бункеровочные
станции для приема топлива и масла могут располагаться на открытых и
свободных участках палуб в удобных для обслуживания местах. Однако в этом
случае участки палубы должны быть обнесены комингсами или иметь
стационарные емкости под приемными устройствами для сбора протечек
нефтепродуктов. На пассажирских судах наличие станции приема и выдачи
топлива и масла обязательно.
Бункеровочные станции или огороженные для приемных труб участки
палубы либо стационарные емкости оборудуют средствами осушения (клапанами,
резьбовыми пробками и др.), а также фильтром грубой предварительной
очистки (грязевой коробкой), измерительным устройством (расходомером), а также
термометрами и манометрами. В них должны быть конкретная для данного
судна инструкция по бункеровке топлива, в которой предписываются порядок
198

и очередность заполнения топливных цистерн с указанием, какие сорта топлива
могут приниматься на судно одновременно, а также подробно расписаны
действия личного состава по управлению арматурой топливных цистерн. Инструкция,
предусматривает также специальные действия личного состава в аварийных
ситуациях, которые могут возникнуть при приёмке топлива.
Концевые присоединения приемных трубопроводов проверены и
маркированы, палубные фланцы имеют стандартные диаметры. В нерабочем
состоянии приемные отростки труб должны быть надежно перекрыты задвижками,
пробками или глухими фланцами.
Высота комингса входа на станцию или высота ограждения палубы,
а также глубина стационарной емкости должна быть не менее 400 мм.
Бункеровочные станции могут служить одновременно для приема других
жидких грузов на судно (например, пресной и питьевой воды, смазочного
масла), выдачи льяльных и сточно-фановых вод, грязного масла. Для этой цели
предусмотрены соответствующие трубопроводы с фланцами международного
стандарта. Кроме того, к станциям обязательно подводится пожарная
магистраль. Основная магистраль приемного трубопровода проходит прямолинейно.
Топливный трубопровод должен быть поднят над главной палубой или над
фальшбортом.
На ряде специальных и речных судов, где нет возможности иметь тоили-
воприемные станции, в местах, защищенных от попадания морской воды,
устанавливают палубные втулки, которые снабжают сетками и герметичными
крышками. Однако на морских судах применение палубных втулок для приема
топлива недопустимо.
Прием топлива на судно является одной из ответственных операций,
поэтому места расположения бункеровочных станций должны иметь
эффективные средства связи (радио, телефон и пр.) с другими постами судна,
обеспечивающими прием топлива и масла, и береговой базой, подающей
нефтепродукты на судно. К бункеровочным станциям подводится сжатый воздух для
продувки рукавов в топливную емкость перед их отсоединением.
Если на судне используется несколько сортов топлива, то для
каждого из них можно предусмотреть автономные приемные и перекачивающие
трубопроводы. Допускается прием разных сортов топлива по единому
трубопроводу.
Время приема полного запаса топлива на судно оговаривается заказчиком.
Для ориентировочных расчетов и предварительного выбора сечения приемного
199

трубопровода следует исходить из того, что оно не должно превышать 6 ... 10ч
при приеме с любого борта судна примерно 50 ... 100 т/ч.
Во время приема топлива необходимо тщательно следить за заполнением
цистерн запаса (или переливных цистерн), чтобы не допустить перелива
топлива через головки воздушных труб. Для предотвращения этого при приеме
топлива и перекачивании его в процессе эксплуатации судна топливная
система должна быть оснащена либо централизованным переливом (переливной
трубой), либо переливными трубами из запасных и расходных цистерн в
переливную цистерну, либо другим надежным средством, исключающим
попадание топлива на палубу.
3.1.3. Переливные цистерны
Переливные цистерны должны быть оборудованы световой и звуковой
сигнализацией, срабатывающей при заполнении свыше 75 % их объема.
Контроль приема топлива (рис. 3.3) и предотвращение перелива его на палубу
может осуществляться одним из трех способов:
- по переливным трубам;
- по воздушно-переливным трубам;
- по контрольным цистернам.
Переливные цистерны служат для приема в них топлива, переполняющего
цистерны, расположенные выше двойного дна, при их заполнении или
перекачивании топлива из одних цистерн в другие. Переливные цистерны
изготавливают в виде корпусных и вкладных цистерн, располагая их на судне как можно
ниже: в двойном дне или под настилом машинного отделения. Вместимость
этих цистерн должна быть не менее 10-минутной подачи топливоперекачи-
вающего насоса. Если переливная цистерна используется также и для приема
топлива при аварийном опорожнении цистерн, расположенных в машинной
шахте, то ее вместимость должна быть достаточной для приема всего топлива
из опорожняемых цистерн.
Для исключения попадания топлива на палубу и за борт при приёмке
топлива необходимо руководствоваться следующими правилами:
- свести к минимуму количество головок воздушных труб, не допуская
перелива топлива на палубу через воздушные трубы при приемке;
- станции приема топлива оборудовать палубными шпигатами со
сточными трубами;
200

а)
б)
в)
Рис. 3.3. Схема приёма топлива в цистерны запаса с различными
способами контроля уровня: а- по переливным трубам;
в - по воздушно-переливным трубам; в - по контрольным
(высоким) цистернам: У - трубопровод от внесудовых средств;
2 - переливная труба; 3 - переливная цистерна; 4 - трубопровод
к топливоперекачивающим насосам; 5 - контрольная цистерна
- шпигаты должны иметь запирающие устройства (все палубные шпигаты
должны снабжаться заглушками, предотвращающими вытекание протечек
за борт);
201

- на шлангах рекомендуется применять специальные герметичные быст-
роразъемные соединения, а по окончании операции производить продувку
шлангов;
- палубные втулки отсоединять от напорного трубопровода;
- все вкладные цистерны, насосы, фильтры и оборудование снабжать
поддонами со сточными трубами (не допускается слив топлива из поддонов,
механизмов и трубопроводов на настилы двойного дна, в льяла и сточные
колодцы);
- для чистки фильтров, сепараторов, деталей насосов предусмотреть
специальные рабочие места (это относится и к маслу);
- все протечки топлива и масла должны сливаться в сборный танк.
Для перекачивания топлива на судне устанавливают не менее двух топ-
ливоперекачивающих насосов с электрическим приводом. Один из них - тот,
который может быть насосом сепаратора, является резервным. Давление,
развиваемое насосом, равняется 0,25 ... 0,5 МПа в зависимости от условий
его работы. Подача насосов высоковязкого топлива Q = 0,0035Ner;i + 14, где
Ыегд - мощность ГД, кВт. Коэффициент рабочего времени насосов
составляет 0,083 ...0,167.
Подача топливоперекачивающего насоса должна быть достаточной для
того, чтобы суточный расход топлива ЭУ на режиме максимального хода
судна перекачивался в течение 1 ... 1,5 ч. Рекомендуется предусматривать
насосы для каждого сорта топлива. Перед насосами устанавливают фильтры
грубой очистки.
Топливоперекачивающие насосы должны быть оборудованы
дополнительным дистанционным средством остановки их из легкодоступных мест
судна, находящихся вне помещений, в которых они установлены, для
прекращения подачи топлива в аварийных или чрезвычайных обстоятельствах.
Топливные трубопроводы являются пожароопасным источником, поэтому
они отделены от других трубопроводов и не должны прокладываться под
двигателями внутреннего сгорания, турбинами, газовыпускными трубопроводами,
паропроводами, паровыми котлами. Скорость движения топлива в трубах при приеме
его от внесудовых средств принимают равной приблизительно 8 м/с, в приемном
трубопроводе насосов и центробежных сепараторов - 2 м/с. Скорость перетекания
топлива через перепускные клинкетные задвижки допускается 0,5 ... 1,5 м/с.
Для хранения топлива на судне служат топливные цистерны, которые по
конструкции подразделяются на корпусные и вкладные. По назначению разли-
202

чают следующие цистерны: основного и аварийного запаса, расходные,
отстойные, переливные, сборные для нефтесодержащих остатков.
Корпусные цистерны образованы элементами корпусных конструкций:
обшивкой, вторым дном, переборками судна.
Вкладные цистерны представляют собой самостоятельную сварную
металлическую конструкцию. Размеры и форма определяются назначением
и местом их установки на судне.
Цистерны основного запаса располагают в бортовых отсеках (не в районе
МО), в междудонном пространстве, диптанках, а на некоторых судах - в
форпиках и ахтерпиках. Общая вместимость цистерн зависит от автономности
плавания. На судах последних лет постройки, использующих в СЭУ
высоковязкое тяжёлое топливо, указанные цистерны стараются не размещать в
междудонном пространстве. Весь основной запас топлива хранят в диптанках
выше двойного дна, в непосредственной близости от машинного отделения, что
способствует уменьшению длины трубопроводов и сокращению потерь
теплоты для поддержания необходимой температуры топлива в эксплуатации.
Однако нарушение дифферента судна при ходе порожнем может препятствовать
такому размещению основного запаса топлива.
Цистерны аварийного запаса топлива, не требующего подогрева,
предусматривают на судах неограниченного района плавания, размещая вне
двойного дна. Их вместимость составляет не менее суточного запаса топлива на
энергетическую установку при работе ее на полную мощность.
Расходные цистерны, служащие для хранения топлива, подготовленного
для двигателей, располагают в бортовых отсеках, диптанках, обычно выше
топливных насосов, создавая тем самым подпор в приемных патрубках
насосов. Они могут быть и вкладными. На судне с одним главным двигателем
обычно устанавливают две расходные цистерны. Если главный двигатель работает на
двух видах топлива (тяжёлом и лёгком), то предусматриваются отдельные
расходные цистерны для каждого его вида (рис. 3.4).
Расходные цистерны оборудуются сигнализатором верхнего и нижнего
уровня, а также быстрозапорным клапаном, общим для всех потребителей
и имеющим управление из МО и вне его. В расходную цистерну топливо
подаётся сепаратором из отстойной цистерны. На речных судах мощностью
до 330 кВт цистерны расходного и запасного топлива совмещают, располагая,
в МО. Вместимость расходных цистерн определяют из условия хранения 6- ...
8-часового расхода топлива.
203

16
Рис. 3.4. Принципиальная схема топливной системы СДУ:
/ - топливоперекачивающий насос; 2, 3 - расходные цистерны тяжёлого и дизельного
топлива соответственно; 4 - подвод топлива от сепараторов; 5 - уровень палубы;
б, 7, 8 - трубопроводы дизельного, тяжёлого и отсечного топлива соответственно;
9, 10- перепускной клапан; 11 - полнопоточный фильтр; /2, 13 - топливоподкачиваю-
щие, циркуляционные насосы; 14 - подогреватели; 15 - вспомогательный дизель;
16 - топливная дренажная цистерна
Отстойные цистерны предназначены для предварительного отстоя
топлива, во время которого из него выпадают твердые частицы и осаждается вода.
Их размещают вблизи расходных цистерн одинаковой с ними вместимости.
Отстойные и расходные цистерны, как правило, при работе двигателя
подключены последовательно.
204

воздух, 7 бар
Рис. 3.5. Принципиальная схема топливной системы для трёх ВД на тяжелом
и дизельном топливе фирмы «Вяртсиля»: / - предохранительный клапан на тяжёлое
топливо; 2,16, 18 - управляемые запорные клапаны; 3, 19 - охладитель на возвратной
магистрали; 4, 5 - расходные цистерны МДО и HFO соответственно; 6 - трёхходовой
клапан; 7- клапан слива топлива; 8, 21, 28 - насосы; 9, 10 - воронки для сбора и слива
протечек в сборный танк; 77, 12, 13 - перепускные и запорные клапаны; 14, 15, 20, 23,
25 - фильтры; 17 - блок топливоподготовки; 22 - манометр; 24 - клапаны вентиляции;
25 - автоматический фильтр; 26 - подогреватель; 27 - деаэрационный танк; 29 -
вискозиметр; 30, 31 - сборный танк протечек чистого и грязного топлива соответственно
Сборный танк выполняется вкладным или встроенным. Он оборудуется
следующими устройствами: горловиной, воздушной трубой, устройством для
промывки и пропаривания, змеевиками подогрева, световой и звуковой
сигнализацией, срабатывающей при заполнении на 80 % его объема. Все суда
дедвейтом более 400 per. т должны иметь сепарационное устройство с качеством
очистки не более 100 ррм и фильтрующее устройство, обеспечивающее очист-
205

ку до 15 ррм, а также систему автоматического замера, регистрации и
управления сбросом льяльных вод за борт.
Дальнейшее совершенствование топливных систем происходит в
направлении их полной автоматизации. Например, фирма «Вяртсиля» разработала
топливную систему для судовых СОД, обеспечивающая полную
автоматизацию эксплуатации СДУ (рис. 3.5).
Для сепарации тяжелого топлива используют самоочищающиеся
сепараторы (не менее двух), работающие в автоматическом режихме. Их можно
подключать параллельно или последовательно. Дизельное топливо перед
сепарацией не подогревают. Отходы сепарации направляются в цистерну, откуда
насосом откачиваются через палубу на сборник отходов масла, топлива
и шлама или в мусоросжигательную печь (инсинератор). Допускается
применение вместо сепараторов специальных фильтров, отделяющих механические
примеси и воду с такой же эффективностью, как сепараторы.
В последнее время топливо перед подачей в фильтры предлагается
подвергать гомогенизации. Для этого его из отстойной цистерны направляют
в гомогенизатор, где происходит разрушение асфальтосмолистых образований
и образование однородной структуры смеси углеводородных и асфальтовых
молекул. На отечественных судах гомогенизация топлива пока не получила
широкого распространения, так как гомогенизированное топливо вызывает
повышенный износ топливной аппаратуры (открытые молекулы углерода
имеют острые кромки и действуют как алмаз на прецизионные пары).
3.2. Системы охлаждения
Системы охлаждения предназначены для отвода тепла от деталей цилинд-
ропоршневых групп (ЦПГ), форсунок и турбокомпрессоров (ТК) дизеля.
Рассмотрим две схемы системы охлаждения: первую схему охлаждения для СОД
и вторую схему охлаждения для МОД.
Первая схема для СОД типа «Вяртсиля-32» главного МОД имеет два
отдельных контура циркуляции (высокотемпературный 93 ... 102 °С и
низкотемпературный 37 ... 47 °С) - рис. 3.6. Цилиндровые втулки и крышки
охлаждаются пресной водой ВТК при температуре около 95 °С, что обеспечивает
устойчивое сгорание при низком качестве тяжёлого топлива, а также в
режимах малой нагрузки (менее 50 %). С точки зрения утилизации
двухступенчатый воздухоохладитель имеет высокотемпературную секцию, которая работа-
206

ет с помощью насоса, установленного на свободном торце коленчатого вала,
и термостатического клапана. Низкотемпературный контур (НТК) включает
насос, термостатический клапан, маслоохладитель, расширительный бак
и центральный охладитель забортной воды.
Рис. 3.6. Схема центральной системы охлаждения судовой дизельной установки
высокотемпературным контуром пресной воды (ВТК) и низкотемпературным контуром
(НТК): / - ГД; 2, 10 - воздухоохладители; 3 - терморегулирующий клапан; 4 - насос
циркуляционной смазки и насос предварительного подогрева масла; 5 -
маслоохладитель; 6 расширительные баки; 7, 11- центральные охладители НТК и ВТК
соответственно; 8 центральный насос забортной воды; 9, 14 насос пресной воды в НТК
и ВТК, соответственно; 12 охладитель забортной воды для СКВ и рефрижераторных
установок; 13 - насос и подогреватель предварительного подогрева дизеля водой
Вторая схема охлаждения МОД включает систему охлаждения
цилиндров и турбокомпрессор (ТК), а также систему охлаждения пресной водой
рабочих поршней. Охлаждающие насосы забортной воды от кингстонов через
центральный охладитель прокачивают охлаждающую воду за борт (рис. 3.7).
Иногда в системе охлаждения применяется самопроточная циркуляция.
Центральные охлаждающие насосы пресной воды прокачивают пресную
воду в низкотемпературном контуре непосредственно через маслоохладители
ГД и ВД и воздухоохладители. Система охлаждения ВД оборудована
навешенными насосами и системой перепуска, встроенной в низкотемпературный
207

контур. Система охлаждения ГД имеет автономный контур с насосами,
прокачивающими охлаждающую воду через опреснитель, охладитель цилиндров
и охлаждающие полости ГД.
Рис. 3.7. Центральная система охлаждения СДУ:
1,5- насосы пресной воды; 2,3,4- маслоохладители ГД, охладители
вспомогательных механизмов, воздухоохладители главного дизеля НТК;
б - терморегулирующие клапаны ВТК и НТК; 7 - водоохладители
ВТК цилиндровой воды ГД; 8 - насосы забортной воды
Терморегулятор смешивает охлаждённую и неохлаждённую воду,
поддерживая температуру воды на выходе из ГД, равной 80 ... 85 °С. При стоянке
в порту ГД остановлен, ВД находится в работе, и прокачиванием горячей воды от
ВД обеспечивается подогрев ГД. Для ГД и ВД предусмотрен один общий
расширительный бак. Между расширительным и деаэрационным баком установлено
устройство сигнализации, которое оповещает о накоплении избыточного воздуха
или газа и, соответственно, о неисправном функционировании узлов дизеля.
При использовании центрального охладителя сокращаются работы по
обслуживанию, так как он один контактирует с забортной водой, что
значительно уменьшает коррозию трубопроводов и механизмов.
208

Низкотемпературный и высокотемпературный контуры соединяются
непосредственно, чтобы оптимизировать систему обогрева ГД и ВД во время
стоянки судна. Пресная вода должна содержать ингибиторы для защиты
поверхностей охлаждения от коррозии, от коррозионной усталости, кавитации
и образования накипи. Расход пресной воды через центральный охладитель
определяется согласно выражению
^ = ^11Тк+C,бе)/[4Л9(/"втк-/втк)],
где q - общий расход пресной воды через центральный охладитель, м3/ч;
<7птк ~ номинальная подача насоса в низкотемпературном контуре (НТК),
м3/ч;
Q - количество тепла, передаваемое в высокотемпературном контуре
(ВТК), кВт;
'"втк~ температура в ВТК на выходе из ГД (91 °С);
'втк- температура в ВТК на выходе из охладителя C8 °С).
В двухконтурных системах дизелей фирмы «Вяртсиля» (рис. 3.8)
термостатический клапан НТК контролирует температуру воды на выходе из дизеля до
значения 49 °С D4 ... 54 °С), а термостатический клапан ВТК установлен на
91°С (87 ... 98 °С). Установка предварительного подогрева используется перед
первоначальным запуском ВД. Предварительный подогрев остановленных ГД
и ВД обеспечивается теплом от работающего ВД. Циркуляционные насосы 21
и подогреватель 22 необходимы в том случае, если тепла от работающего ВД
недостаточно для предварительного подогрева ГД (например, в зимних
условиях). Поэтому необходимо открывать/закрывать соответствующие клапаны при
включении предварительного подогрева ГД или ВД.
Пресная вода с берега не всегда соответствует установленным
требованиям для применения её" в качестве охлаждающей среды для ГД и ВД,
поэтому рекомендуется использовать пресную воду, полученную в
испарительной установке на борту судна. Пресная вода, полученная в опреснителе
обратного осмоса, часто содержит хлоридов больше, чем допускается.
Дождевая вода также не соответствует по качеству охлаждающей воде
вследствие высокого содержания в ней кислорода и углекислого газа. Охлаждающая
вода должна отвечать следующим требованиям: минимальное значение рН
должно быть 6,5, а максимальное - 10. Использование гликоля в
охлаждающей воде не рекомендуется, тем не менее, оно абсолютно необходимо,
вначале от 10 %, добавляя дозами от 0,67 % до 1 %. Максимально допустимое
содержание гликоля в воде 40 %.
14-2078
209

"^"^ш^р^^
Рис. 3.8. Схема общей двухконтурной системы охлаждения ГД и трёх ВД с общим
отводом тепла и предварительным подогревом охлаждающей воды: 1 - ВД типа
«Вяртсиля» L20; 2, 3 - циркуляционные насосы ВТК и НТК соответственно; 4 -
воздухоохладитель; 5 - маслоохладитель; 6,7 - термостатические клапаны ВТК и НТК;
8,9 - циркуляционный насос и подогреватель блока предварительного подогрева
вспомогательных дизелей; 10 - центральные охладители; 11- деаэратор, 12 -
расширительная цистерна; 13, 14 - циркуляционные насосы и термостатический клапан НТК;
75 - маслоохладитель ГД; 16 - вспомогательные охладители; 17 - воздухоохладитель
ГД; 18 - термостатический клапан ВТК; 19-термостатический клапан системы
предварительного подогрева; 20, 21, 22 - циркуляционные насосы ГД предварительного
подогрева ГД и ВД и предварительный подогреватель ВТК соответственно;
23, 24 - теплообменник для утилизации тепла ВТК ГД тепла НТК ГД и ВД,
соответственно; 25 - резервный охладитель; 26 - циркуляционный насос;
28, 29 - подвод охлаждающей воды НТК и ВТК соответственно
3.3. Системы смазки
Системы смазки в СЭУ (рис. 3.9 и 3.10) предназначены для следующих
целей:
- для смазки (образования масляного клина) в деталях кривошипно-
шатунного механизма;
- двигателей, механических передач, дейдвудных, опорных и упорных
подшипников валопроводов, охлаждения поршней дизелей (в дизелях до 8 ...
12 % теплоты топлива отводится с циркуляционным маслом); - для удаления
продуктов износа вкладышей из подшипников;
210

СНЭ-
6
Рис. 3.9. Принципиальная схема системы смазки малооборотного дизеля
(циркуляционной и цилиндровой смазки): 1 - главный дизель (ГД); 2 - цистерна цилиндрового
масла; 3 - лубрикатор; 4 - распределительный коллектор циркуляционного масла;
5, 7 - вход и выход забортной воды; 6 - маслоохладитель; 8 - масляные фильтры;
9 -- циркуляционные масляные насосы; 10 - циркуляционная цистерна ГД
D сладж
танк
Рис. 3.10. Схема системы смазки главных СОД фирмы «Вяртсиля»:
1 - танк для отработанного масла; 2 - всасывающий фильтр сепаратора; 3 - блок
сепарации; 4 - насос сепаратора; 5 - подогреватель сепаратора; 6 - сепаратор;
7 - сборник конденсата; 8 - труба вентиляции картера; 9 - труба подвода масла;
10- труба слива масла; 11 - навешенный насос; 12 - насос предварительной прокачки;
13 - автономный насос с электроприводом; 14 - автономный фильтр на всасывании;
/5, 16 - фильтры; 17 - циркуляционный танк
14*
211

- для отвода теплоты трения от трущихся поверхностей подшипников;
- для приема, хранения, перекачивания, охлаждения (подогрева),
очистки и подачи масла к местам охлаждения и смазки трущихся деталей главных
и вспомогательных дизелей машин и механизмов, а также для выдачи его
другим судам.
Для предотвращения взрыва в картере системы смазки ГД оборудуются
предохранительными клапанами (превышение давления атмосферы в картере
на 0,05 бар) на крышках картера (рис. 3.11) и системой автоматической
сигнализации и контроля концентрации масляных паров в атмосфере картера (типа
«Гравинер»).
Рис. 3.11. Схема предохранительного клапана картера: 1 - корпус клапана; 2 - опорная
плита; 3 - пружина, затянутая на 0,05 бар; 4 - шпильки крепления клапана; 5 - тарелка
клапана; 6 - уплотнительное кольцо; 7 - крышка картера; 8 - защитный кожух
3.4. Системы сжатого воздуха
Для пуска ГД и ВД применяют системы сжатого воздуха (рис. 3.12 - 3.14),
включающие баллоны, давление воздуха в которых составляет 2,5 ... 3,0 МПа.
Сжатый воздух поступает в рабочие цилиндры дизеля и, оказывая давление
последовательно на поршни, раскручивает коленчатый вал и запускает дизель.
Запас пускового воздуха должен быть достаточным (без подкачивания) для 12
последовательных пусков (попеременно на передний и задний ход) каждого
реверсивного ГД. Для пуска нереверсивного ГД запас воздуха должен быть
достаточным для шести пусков ГД наибольшей мощности, а при наличии более двух
двигателей - для трёх пусков каждого ГД.
Фирма «Вяртсиля», в отличие от классического способа запуска,
использует систему пуска главных СОД и ВОД с помощью пусковой турбины,
установленной на маховике, которая раскручивает коленчатый вал и, таким
образом, дизель запускается.
212

ш
ш
•у |——
иКПВ
*?1л>
ЧП±>
б
а*
Рис. 3.12. Схема системы пускового воздуха для СОД фирмы «Вяртсиля»:
/ воздушный баллон; 2 - соленоидный клапан; 3 - пневматические цилиндры
на ТНВД на каждом цилиндре; 4 - соленоидный пусковой клапан; 5 - пусковая
воздушная турбина; 6 - предохранительный клапан; 7- редукционный клапан
Рис. 3.13. Схема пусковой системы непосредственно на дизеле:
/ - местный пост управления; 2 - клапан продувания, положения пусковой рукоятки:
3 - вперёд; 4 - стоп, 5 - назад, 6,7 - управляющие трубопроводы; 8 - вентиляционный
трубопровод; 9 - стопорный клапан; 10 - клапан продувания; 11 - воздушный фильтр;
12 - подвод воздуха из пускового баллона; 13 - главный пусковой клапан;
14 - пламепреградитель, 15 - пусковой клапан на крышке цилиндра;
16 - воздухораспределитель; 17 - краны продувания; 18 - пусковая рукоятка;
19 - управляющий воздушный золотник; 20- пост дистанционного пуска
213

-*-(*>
Рис. 3.14. Принципиальная схема системы пускового воздуха СДУ:
/ - масловлагоотделитель; 2 - воздушный компрессор;
3 - воздушный баллон; 4 - редукционный клапан
Общая система пускового воздуха содержит, как правило, два или три
компрессора пускового воздуха 1 с автоматическим пуском и остановкой,
обеспечивая повышение давления в баллонах до 30 бар. Управляющий
воздух давлением 7 бар подаётся от редукционной станции в систему
управления и систему защиты дизеля. Пусковой и управляющий воздух для ВД
подаётся из тех же баллонов через редукционные клапаны 4. В сжатом
воздухе всегда присутствует влага, а в некоторых случаях - масло. Для
удаления капель воды и масла из сжатого воздуха компрессоры оборудуются
влагомаслоотделителями (рис. 3.15).
214

б)
Рис. 3.15. Влагомаслоотделители для систем сжатого воздуха: а - с опрокинутым
поплавком типа «BVSW»; б - со сферическим поплавком типа «LD»
(буквами определяются типовые размеры на разные подачи)
01 .02 .03 .04 .05 .06 .07 .08
.01 .02 .03 .04 .05 .06 .07 .08
Водосодержание (кг воды/кг сух.)
Рис. 3.16. Диаграмма конденсации воды в наддувочном воздухе
(по оси ординат в верхней части откладывается температура
наружного воздуха, в нижней части - температура точки росы)
На рис. 3.16 показана диаграмма конденсации водяных паров, которая
позволяет определить количество влаги, выпадающей при охлаждении до
температуры точки росы. Например, при температуре наружного воздуха 35 °С и
относительной влажности 80 % содержание воды в воздухе будет 0,029 кг воды/кг
сухого воздуха. Если в воздушном ресивере при тех же условиях абсолютное
215

давление 3,5 бар, то температура точки росы составит 55 °С. Если температура
в ресивере достигнет 45 °С, воздух может содержать только 0,018 кг/кг; разность
0,029 - 0,018 = 0,011 кг/кг будет собираться в виде конденсатной воды.
Наличие конденсата в паровых и воздушных линиях приводит к
уменьшению тепловой эффективности, является причиной гидроударов, вызывает
коррозию арматуры и трубопроводов, а также создает ряд других проблем.
Для эффективного функционирования и увеличения срока службы
уплотнений, шлангов и другого инструмента для работы с воздухом избыточную влагу
и масло следует удалять из системы сжатого воздуха. Для этого требуются
следующие устройства:
- вторичный охладитель для охлаждения сжатого воздуха до окружающей
температуры;
- сепараторы для отделения содержащихся частиц воды или тумана,
которые устанавливаются следом за охладителями либо в потоке воздуха возле
точки использования, либо в обоих местах (см. рис. 3.13);
- влагоотделители для отвода жидкости из воздушной системы с
наименьшими потерями воздуха.
Вода, попадающая с воздухом в приборы и механизмы, в которых
используется воздух, вымывает смазку, что вызывает избыточный износ двигателя и
подшипников и влечет повышенные расходы на обслуживание. Без
соответствующей смазки приборы и механизмы работают хуже и быстрее изнашиваются.
В воздушных системах приборов вода имеет тенденцию забивать малые
отверстия и собирать загрязнения, что вызывает ошибочное
функционирование и выход из строя чувствительных механизмов КИП. Когда вода
накапливается в низких точках трубопровода, пропускная способность линии
уменьшается. В конечном счете, поток воздуха через воду понесет её за собой
с большой скоростью, что, в свою очередь, вызовет гидроудар в системе.
В холодную погоду скопления воды могут замерзнуть и разорвать
трубопровод. Потери воздуха при продувании зависят от размера продуваемого
отверстия и давления в системе. Результатом является уменьшение давления,
потери почти 1/3 сжатого воздуха системы и затрат на его сжатие.
В нерабочий период поиск утечек производится с помощью
ультразвукового детектора. Определение суммарной утечки выполняется с помощью
наблюдения за скоростью падения давления при отключенном компрессоре до
и после проверки системы. Скорость утечки воздуха из системы через
отверстия при давлении воздуха 6 бар приведена в следующей таблице:
216

Размер отверстия
3/8 "(9,5 мм)
1/4 "F,4 мм)
1/8 "C,2 мм)
7/64 "B,8 мм)
5/64 "B мм)
1/16"A,5мм)
Скорость утечки, м3/ч
223,5
98,8
25
19,1
9,7
6,2
Влагоотделители с опрокинутым поплавком рекомендуются для случаев,
когда в системе имеется масло, в противном случае можно использовать
модели со сферическим поплавком.
Сепараторы DS-1 (имеющие фланцы с нарезанной резьбой) и
сепараторы DS-2 (фланцевые) эффективно очищают воду вследствие возникающих
центробежных сил, создаваемых при завихрении пара или воздуха. Простой
дизайн сепаратора, специальное сопло, минимальные потери давления
позволяют подавать в оборудование чистый и сухой пар или воздух.
Циклонный принцип действия позволяет эффективно отсепарировать
максимальное количество жидкости (рис. 3.17). Отсутствие поломок является
следствием отсутствия движущихся частей. Жидкость проходит вдоль стенок
сепаратора, попадая из-за разности в плотностях между жидкостью и паром или
воздухом прямо в разделительную перегородку, а оттуда через выходное
отверстие стекает в конденсатоотводчик и дренируется через него.
Рис. 3.17. Сепараторы циклонного типа в системах сжатого воздуха
Основным элементом системы пускового воздуха является воздушный
компрессор. Применяется двухступенчатый воздушный компрессор, конструкция
которого с обозначением всех деталей и механизмов показана на рис. 3.18. Его
схема с полным автоматическим управлением и контролем дана на рис. 3.19.
217

^ С\ Эс Гч NO '*-> >t- **•"» <N
218

Рис. 3.18. Поперечный (а) и продольный (б) разрезы воздушного компрессора
типа «Н-74» (вертикальный, двухступенчатый, водоохлаждаемый, подача 135 м7ч,
давление воздуха 30 бар):
1,21 - змеевик охладителя; 2, 20 - охладитель; 3 - корпус клапана; 4, 37, 48, 54, 56, 57, 58 - установочное
кольцо; 5 - крышка клапана; 6,17 - пружина клапана; 7 - штуцер подачи цилиндрового масла;
8 - направляющие пружины клапана; 9- крепление клапана; 10 - цилиндр;/1, 15 - предохранительный
клапан 1- и 2-й ступени; 12 - крышка цилиндра; 13 - наружное кольцо; 14 - цилиндр; 16 - всасывающий
клапан второй ступени; 18 - влагоотделитель; 19 - крышка охладителя; 22 - крышка картера; 23 -
шатунный болт; 24 - шатун; 25 - противовес; 26, 27 - вкладыши мотылёвого подшипника; 28, 29- шестерни
привода масляного насоса; 30 - лубрикатор; 31, 32 - приводные шестерни; 33 - охлаждающий насос;
34 - всасывающий патрубок; 35 - маслосъёмное кольцо; 36, 39 - поршневое кольцо; 38 - поршневой палец;
40 - подшипник поршневого пальца; 41 - поршень; 42 - всасывающий фильтр; 43 - нагнетательный
трубопровод; 44 - маховик; 45,47 - маслоуплотнительное кольцо; 46, 53 - болт;
49, 55 - крышка подшипника; 50 - коленчатый вал; 51 - картер;
52 - поддон картера; 59 - соединительная муфта масляного насоса

f- л
14^
--->
Рис. 3.19. Принципиальная схема со всеми элементами управления и контроля
двухступенчатого, поршневого воздушного компрессора на 30 бар:
1,11- пробный краник продувания; 16 - подвод к стартёру от реле; 2, 10 - реле
включения; 3 - масляный насос; 4 - клапан продувания; 5, 18, 20 - манометр давления;
б, 72, 19 - предохранительный клапан; 7, 15- охладители первой и второй ступени,
соответственно; 8 - термометр; 9 - датчик контроля содержания воды;
13 - невозвратный клапан; 14 - воздушный баллон; 77- электромагнитный клапан;
27 - клапан аварийного отключения подачи воды
220

Глава 4
СИСТЕМЫ ОБЩЕСУДОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
4.1. Осушительные системы
Осушительная система служит для удаления воды из сточных колодцев
машинных отделений и грузовых трюмов за борт, обеспечивая сохранение
груза от влаги и создание нормальных условий эксплуатации оборудования
машинных отделений. Во время плавания судна в его корпусе скапливается
вода в результате протечек через соединения трубопроводов, поступления
забортной воды через дейдвудные подшипники гребного вала, попадания брызг
волн через люки и вентиляционные отверстия, а также вследствие
конденсации влаги воздуха на поверхности корпуса судна, механизмов и
трубопроводов. В грузовых отсеках эта вода вызывает порчу груза, оборудования и
покрытий корпуса судна. В тех помещениях, которые невозможно или неудобно
оборудовать осушительной системой, применяют спускные трубы, по которым
вода отводится в нижерасположенные отсеки, обслуживаемые этой системой.
Осушительная система обычно монтируется из цельнотянутых горяче-
оцинкованных труб с фланцевым соединением. В качестве переключающей
у выходов воды за борт применяется бронзовая арматура, остальная арматура
осушительной системы стальная. Цинковые протекторы, устанавливаемые
вблизи бронзовой арматуры, защищают систему от электрохимической коррозии.
На грузовых судах предусматриваются не менее двух осушительных
насосов, один из которых основной. В качестве резервных осушительных
насосов могут применяться балластные и санитарные насосы, насосы
общесудового назначения, имеющие независимый привод и достаточную подачу.
На пассажирских судах предусмотрено не менее трех осушительных насосов.
Осушительная система оборудуется самовсасывающими центробежными
насосами или оснащается какими-либо средствами для удаления из нее
воздуха. Рекомендуется применение одного поршневого осушительного насоса.
Грузовые насосные помещения и носовые отсеки нефтеналивных судов
осушаются отдельными насосами или эжекторами. Благодаря осушительной
системе возможно осушение отсека любым из насосов, исключается
возможность поступления воды из одного водонепроницаемого отсека в другой. Для
этого она оборудуется невозвратно-запорными клапанами. На всех самоход-
221

ных судах предусматривается аварийное осушение машинных отделений
с помощью самых крупных по подаче насосов циркуляционных систем
и систем охлаждения главных двигателей, которые снабжены специальными
патрубками с невозвратно-запорными клапанами. Эти патрубки
располагаются на уровне, обеспечивающем осушение МО. Осушительная система
должна иметь устройства для очистки откачиваемой воды от
нефтепродуктов, позволяющие обеспечить ее нормальную работу.
Подача Q, м3/ч, осушительного насоса определяется по формуле
2 = 5,65- Ю-3 -d2,
где d— внутренний диаметр приемной магистрали, мм;
d= 1,68 y/LyB + D) + 25 мм, при значении скорости и = 2 м/с (длина,
ширина и осадка судна (L, В и D) задаются в метрах).
Правилами РМРС установлено, что диаметр приемного патрубка системы
не может быть менее 49 мм, диаметр труб магистрали - менее диаметра
приемного патрубка насоса, а диаметр осушительного трубопровода туннеля
валоировода - менее 60 мм.
Машинное и котельное отделения, расположенные в общем отсеке,
имеющем двойное дно, должны быть снабжены приемными отростками
осушительной системы в каждом углу отделения. В кормовых совмещенных
машинно-котельных отделениях устанавливаются приемные патрубки в
носовой части по бортам и один или два - в кормовой по согласованию с РМРС.
На приемных отростках устанавливаются грязевые коробки. Вместимость
сточных колодцев должна быть не менее 0,2 м3.
На рис. 4.1 приведена схема осушительной системы сухогрузного судна
с кормовым расположением силовой установки. Магистральный
осушительный трубопровод проложен внутри трубного коридора. Расположенный
вдоль диаметра судна, он представляет собой туннель внутри балластных
цистерн. Все сточные колодцы системы снабжены решетками. В местах
прохода отростков через стенки балластных цистерн и колодцев установлены
переборочные стаканы. На концах отростков установлены невозвратно-
приемные клапаны с сетками, на магистральном трубопроводе - клинкетные
задвижки и грязевые коробки. Все клапаны и клапанные коробки системы
имеют дистанционный пневмопривод. Клапаны снабжены также ручным
приводом в виде маховиков или рукояток с храповым механизмом. Систему
обслуживают два центробежных насоса 3 и 5 с вакуумными приставками,
222

поршневой насос и водяной эжектор. Для очистки льяльных вод от
нефтепродуктов в систему включен отстойный сепаратор.
Рис. 4.1. Схема осушительной системы сухогрузного судна
Такой осушительной системой можно проводить осушение колодцев всех
трюмов, машинного отделения, ниш под главным двигателем, коридора
систем и помещения лага, коридора гребного вала и платформ. Например, для
осушения носовой части коридора систем осушительным насосом 3
необходимо открыть клапан #, клапаны коробок 2, 7, клапаны 75, 16. Вода при этом
пройдет через приемную сетку 9, открытые на время эксплуатации системы
клинкетные задвижки 7, 6, грязевую коробку 4, весь магистральный
трубопровод, клапанную коробку и будет подана насосом за борт. Вода из коридора
системы может удаляться также через сепаратор льяльных вод 77. Для этого
используется насос льяльных вод 72 с фильтром 13. Перед пуском этого
насоса открывается необходимая путевая арматура: клапан Я, клапан на клапанной
коробке 14, клапаны на сепараторе и клапан отвода воды за борт 10.
22Д

4.2. Системы очистки льяльных вод
4.2.1. Сепараторы льяльных вод
Устройство для сепарации льяльных вод в осушительной системе является
главным. Вода в льялах накапливается в результате течи через сальниковые
уплотнения, соединения трубопроводов, во время продувания арматуры и
приборов. Масло, мазут и другие нефтепродукты могут попасть в льяла в
следующих случаях:
- во время промывки деталей механизмов;
- при эксплуатационных перекачках, из-за перелива цистерн и поддонов;
- в случае непредвиденных пропусков сальников и фланцев;
-при продувании судовых ресиверов и различных механизмов и т.д.
Наблюдается расслоение воды на верхний и пилений слои. В верхнем слое
находится основная масса нефтепродуктов, интенсивное перемешивание
которых происходит в льялах при качке судна.
Сепарации подвергается вода из балластируемых топливных танков, в
которых расслоение воды еще более четкое. Особенно затруднительна сепарация
этой воды, когда в ней увеличивается количество нефтеостатков.
По условиям Международной конвенции МАРПОЛ 73/78 каждое морское
судно должно оборудоваться следующими механизмами:
- установкой, обеспечивающей очистку льяльных вод от нефтеостатков
до содержания их в откачиваемой воде не более 100 мг/л;
- ёмкостью для сбора и хранения льяльных вод во время стоянки в портах
(до шести суток) с повышенными требованиями к очистке воды.
Сливной трубопровод для сдачи этой воды приемщикам должен
выводиться на оба борта и иметь соединительные фланцы международного образца.
Используются три типа сепарационных установок: отстойные,
флотационные, коалесцирующие.
Отстойные сепараторы основаны на отделении нефти от воды из-за
разности их плотностей. Частицы нефти, вследствие того, что они обладают
меньшей плотностью, всплывают на поверхность воды. Время всплытия, т.е.
время разделения нефтеостатков и воды, зависит от величины частиц и от
сопротивления воды. Время всплытия мелких частиц очень велико, так как
межмолекулярные силы оказываются сравнимыми с подъемной силой.
Крупные частицы всплывают быстрее под действием значительной
подъемной силы.
224

На рис. 4.2 представлен схематический разрез сепаратора трюмной воды
(СТВ), который состоит из цилиндрического корпуса / и нефтесборника 7. Вода
из льял подается в нижний левый отсек сепаратора и подснревается змеевиковой
батареей 2. Подогретая вода поднимается через сопло 3, образуя струю внутри
левого верхнего отсека, откуда вода, пройдя сетчатый щит 4, поступает в правый
отсек сепаратора. Из-за большого объема скорость воды в нем мала и частицы
нефтепродуктов всплывают, попадая внутрь нефтесборника. Внутри правого
отсека сепаратора вода идет вправо и вверх, а затем влево и вниз.
Рис. 4.2. Схема отстойного сепаратора марки СТВ: 7 - цилиндрический корпус;
2,6, 10 - подогревательные батареи в виде змеевиков; 3 - сопло; 4 - сетчатый фильтр;
5 - поплавковый датчик; 7- нефтссборник; 8 - вертикальные перегородки;
9 каскадная перегородка
Для изменения направления движения воды внутри сепаратора
установлены вертикальные перегородки 8 и каскадная перегородка 9 со змеевиковой
батареей 10. Увеличение движения воды, изменение направления её движения
и подогрев способствуют ускорению всплытия нефтепродуктов в нефтесбор-
ник и удалению очищенной воды из нижней части сепаратора.
Нефтепродукты, собирающиеся в верхней части нефтесборника, подогреваются
змеевиковой батареей 6. По мере их накопления и нагрева срабатывает поплавковый
датчик 5, включая электрозадвижку на слив нефтепродуктов.
Во флотационных сепараторах диспергированные в воде частицы
нефтепродуктов извлекаются пузырьками воздуха. Этот метод сепарирования
льяльных вод более интенсивен по сравнению с методом отстоя, так как
скорость всплытия частиц в сотни раз больше скорости всплытия под действием
разности плотностей воды и нефтепродукта. В этих сепараторах применён
процесс флотации - подъема воздушных пузырьков сквозь нефтесодержащие
15~2078 225

воды с последующим прилипанием к ним нефтяных частичек. Они имеют два
механических привода: один для импеллера, обеспечивающего вспенивание,
другой для съема пены. Для работы такого сепаратора необходима постоянная
подача воздуха.
Сепараторы коалесцирующего типа широко распространены на судах
морского флота. Их работа основана на использовании принципа укрупнения
мелких частиц нефтепродуктов на поверхности фильтрующего материала,
имеющего большую наружную поверхность (например, полипропилен), к
которому они прилипают. Постепенное укрупнение частиц приводит к
увеличению подъемной силы, их отрыву и быстрому всплытию.
Сепараторы состоят из двух полостей: отстоя и доочистных коалесци-
рующих фильтроэлементов, в качестве которых используются песок,
синтетические волокна и материалы на основе целлюлозы. Такие сепараторы просты
по конструкции, в них отсутствуют движущиеся части, их размеры и масса
меньше, чем у сепараторов отстойного типа.
Требования по предотвращению загрязнения морской среды
нефтепродуктами в настоящее время связаны с расширением запретных зон для откачки
льяльных вод, что приводит к необходимости разработки более совершенных
сепараторов нефтесодержащих вод. Глубокая очисгка нефтесодержащих вод
(до 15 мг/л и менее) позволяет откачивать за борт эти воды наравне с чистым
балластом в любой точке мирового океана, за исключением зон, где действуют
особые национальные ограничения.
Для глубокой очистки нефтесодержащих вод применяют двухступенчатые
установки (рис. 4.3). Первая ступень таких установок обеспечивает очистку до
100 мг/л, вторая - доочистку до содержания нефтепродуктов менее 15 мг/л.
В этой установке имеется отстойный сепаратор / и доочистной сепаратор 7
коалесцирующего типа.
Первоначально установка заполняется забортной водой через кран 13. При
работе установки нефтесодержащая вода, благодаря вакууму, создаваемому
насосом 8, поступает в доочистной сепаратор 7 и далее через трубу 3 в сепаратор /
для вытеснения, в котором происходит отделение крупных частиц
нефтепродуктов и механических примесей. Из сепаратора 1 вода поступает в доочистной
сепаратор 7 и после окончательной очистки в нем сливается за борт. Основная
масса нефтепродуктов отделяется в сепараторе / и накапливается в нефтесбор-
нике 2. При достижении слоя нефтепродуктов датчика 5 подается сигнал на
остановку насоса 8 и открытие электромагнитного клапана б, через который
226

поступает вода под нефтепродукт в сборнике 2. При подъеме воды до датчика 4
подается сигнал на включение насоса 8 и закрытие клапана б, т.е. на включение
установки на режим очистки.
Рис. 4.3. Двухступенчатая установка глубокой очистки нефтесодержащих вод:
/ -отстойный сепаратор; 2 нефтесборник; 3 - трубопровод; 4, 5 - датчики уровня;
6 - электромагнитный клапан; 7 - доочистной сепаратор; 8 - насос; 9 - клапан
обратного потока; 10- камера первичного отстоя; // - камера доочистки;
12 - фильтрующий материал; 13 - кран забортной воды
Доочистной сепаратор такой установки состоит из отстойно-уравни-
тельной полости гонкой очистки 11. В полости 10 снижается скорость воды
и продолжается ее отстой. Из полости 10 вода через элемент 12 поступает в
полость 11. Благодаря гидравлическому сопротивлению коалесцирующего
элемента вакуум в этой полости углубляется, в результате чего возникает эффект
флотации нефтепродуктов газами, выделяющимися из воды. Вытеснение
нефтепродуктов из сепаратора производится потоком воды, поступающей из пнев-
моцистерны в полость 11. Обратный поток в доочистной сепаратор после
удаления нефтепродуктов перекрывается обратным клапаном 9.
Схема современного сепаратора льяльных вод типа «SK-Turbulo-TE-50»
показана на рис. 4.4.
Осушительная система судна часто связана с балластной системой,
и осушительные насосы используются в качестве балластных. Такое
совмещение функций насосов приводит к необходимости соединения клапанных
коробок этих систем. У правильно спроектированной осушительной системы
сопротивление всасывающего трубопровода должно быть меньше допустимой
высоты всасывания насоса. Внешний вид фильтрующей установки с коалесци-
рующим фильтром показан на рис. 4.5, а коалесцирующий фильтр, применяе-
15*
227

мый для получения качества очистки нефтесодержащих вод менее 15 мг/л
(ррт), - на рис. 4.6.
Рис. 4.4. Схема сепаратора льяльных вод типа «SK-Turbulo- TE-50»:
1 - корпус сепаратора; 2 - электро- или паровой подогреватель; 3 пробные краники;
4 - вход нефтесодержащих вод; 5 - автоматический контроллер; 6 - автоматический
соленоидный клапан отвода нефти и масла; 7- клапан удаления масла и нефти;
8 - набор направляющих пластин; 9 - выход очищенной воды
Рис. 4.5. Внешний вид сепаратора льяльных вод типа PPT-BWSVMESB
(степень очистки < 5 ррт)
228

Рис. 4.6. Принципиальная схема сепаратора льяльных вод типа PPT-BWS\MESB
(степень очистки < 5 ррт): / - магистраль от предохранительного клапана и клапанов
отбора проб; 2 - магистраль выпуска отсепарированной нефти; 3 - магистраль для
входа льяльной (загрязненной) воды с невозвратным клапаном и фильтром грубой
очистки; 4 - магистраль для входа промывочной чистой воды давлением 1 - 2 бар;
5, 19 - соответственно магистраль сброса и возврата неочищенной воды обратно
в льяла либо за борт; б - электрический подогреватель воды; 7- электромагнитный
клапан выпуска отсспарированных нефтепродуктов; 8 - манометр; 9 - вход сжатого
воздуха давлением 6 бар; 10 - магистраль для выпуска воздуха со стопорным клапаном;
// - дифференциальный манометр; 12 - электромагнитный клапан для продувки
и выпуска воздуха; 13 - вход чистой воды для помывки датчика загрязненности;
14 магистраль для подвода очищенной воды к датчику загрязненности для контроля;
15 устройство контроля загрязненности воды нефтепродуктами OMD-11; 16- датчик
уровня; / 7 - трехходовой электромагнитный клапан; 18 -обратный клапан;
20 - выпуск твердых остатков и грязи; 21 - остановка электроподогревателя воды;
22 - запорный клапан
4.3. Водоотливные системы
В аварийных ситуациях может произойти затопление части внутреннего
объема судна. Для откачивания воды из затопленного отсека применяется
водоотливная система, снабженная насосами большой подачи. В отличие от
осушительной системы, предусмотренной на любом судне, самостоятельная
водоотливная система применяется обязательно только на морских пассажирских
229

судах. Аварийный водоотлив на малых судах (катерах, буксирах и т.п.)
осуществляется осушительной системой, а на транспортных судах можно использовать
насосы и трубопроводы балластной системы. Из МКО морских судов
аварийный водоотлив может выполняться охлаждающими насосами ГД или
циркуляционными насосами конденсаторов главных турбин, подача которых должна
быть достаточной для этого. Устройство водоотливной системы аналогично
осушительной системе, но в отличие от нее имеет трубопроводы значительно
большего диаметра Dy C00 ... 400) и насосы большей подачи A000 ...
2000 м3/ч). В водоотливных системах применяют преимущественно
центробежные и осевые насосы с электроприводом. В последнее время получили
распространение погружные центробежные насосы, способные работать под водой
в затопленном отсеке. Для осушения небольших помещений применяют водо-
водяные эжекторы. Управление запорными клапанами осуществляется, как
правило, посредством валиковых приводов.
Дифферентно-водоотливная система. Подобные системы проектируют
совмещенными, они предназначены для использования в качестве как
балластной, так и водоотливной системы. На рис. 4.7 показана совмещенная диффе-
рентно-водоотливная система, применяемая на ледоколах.
Рис. 4.7. Дифферентно-водоотливная система ледокола:
/ - кормовая дифферентная цистерна; 2, 5, /2, 14, 16, 17, 18, 21, 25, 29 - ручные
клинкеты; 3, 26 - дифферентные трубопроводы; 4, 24 - четырехходовые краны-
манипуляторы; 6, 20 - приемно-отливные трубопроводы; 7, 22 приемно-отливные
кингстоны; 8 - отделение кормовых электродвигателей; 9 невозвратно-запорный
клапан с пневмоприводом; 10- приемный отросток; // - отделение дизель-
генераторов; 13 - отделение вспомогательных дизель-генераторов; 15, 23 -
дифферентно-водоотливные насосы с электроприводом; 19 - дифферентно-
водоотливная магистраль; 27 - носовой отсек; 28 - носовая дифферентная цистерна;
30- водоотливной приемник; /, //- положения крана-манипулятора
230

Система состоит из двух дифферентно-водоотливных насосов 15 и 23 с при-
емно-отливными трубопроводами 6 и 20 и кингстонами 7 и 22, линейной диффе-
рентно-водоотливной магистрали 19 с приемными отростками 10, отходящими
в каждый отсек, кранов-манипуляторов 4 и 24 и разобщительной арматуры.
Магистраль 19 разделяется клинкетами 12, 17 и /# на отдельные участки.
Применение кранов-манипуляторов упрощает устройство системы, позволяя оперативно
производить аварийный водоотлив из любого отсека одновременно обоими
насосами или одним из них. Клинкеты управляются вручную, а клапаны имеют
пневмопривод и управляются дистанционно из поста управления. Для повышения
живучести системы насосы расположены в носу и корме ледокола.
Рассмотрим вариант аварийного водоотлива из носового отсека 27
кормовым насосом 15. Для этого следует установить кран-манипулятор 4 в
положение /, открыть невозвратно-запорный клапан 9 на приемном отростке
носового отсека 27, клинкеты 5, 12, 16, 17, 18 (кингстоны 7 и 22 постоянно
открыты) и произвести пуск насоса 15. Насос будет выкачивать воду из
отсека 27 за борт через кингстон 7. По окончании водоотлива все клапаны
и клинкеты закрывают.
На небольших судах вместо стационарных применяют переносные
водоотливные насосы, которые устанавливают на верхней палубе около
затопленного отсека. Один гибкий рукав от всасывающего патрубка насоса опускают
в затопленный отсек, другой - от нагнетательного патрубка выводят за борт.
При использовании для водоотлива погружных насосов их опускают в
затопленный отсек, выкачивая воду за борт.
Спускная и перепускная системы, предназначенные для спуска воды,
попавшей в помещения судна, не имеют самостоятельных осушительных
и водоотливных средств. Они представляют собой совокупность труб и
арматуры, с помощью которых вода отводится к местам, откуда она забирается
приёмниками осушительной или водоотливной системы. Эти системы
позволяют исключить прокладки длинных трубопроводов и установки большого
количества отливных насосов.
4.4. Балластные системы
4.4.1. Назначение и устройство
Балластные системы предназначены для приема и перемещения
водяного балласта с целью изменения осадки, крена и дифферента судна. В группу
балластных систем входят балластная, креновая, дифферентная и система
231

замещения израсходованного топлива. Согласно Правилам РМРС балластная
система должна обслуживаться автономными насосами. В качестве
балластного насоса могут дополнительно использоваться осушительный, пожарный
или резервный насос охлаждающей воды. Запрещается использовать в
качестве балластного насоса пожарный и резервный насосы охлаждающей воды,
если балластная система обслуживает топливные цистерны, систематически
используемые для приема балластной воды. Балластная система должна
прокладываться так, чтобы обеспечить откачку воды при крене судна до 5°.
Балластные цистерны судов с ледовыми усилениями оборудуются
обогревом, предусматривается также обогрев цистерн, расположенных в районе
грузовых трюмов.
Балластную систему собирают из цельнотянутых оцинкованных стальных
труб, соединенных фланцами с резиновыми или паронитовыми прокладками,
применяется бронзовая или стальная арматура. На трубопроводах
устанавливают цинковые протекторы вблизи бронзовой арматуры. На балластной
системе монтируются запорные клапаны, на осушительной - невозвратно-
запорные.
На нефтеналивных судах используются танки чистого балласта и две
балластные системы: кормовая и носовая. Носовая балластная система может
обслуживаться насосом осушительной системы.
Диаметр приемной магистрали ?>, мм,
D= 18л/^\
rjxQ К-вместимость наибольшей балластной цистерны, м3.
Диаметры отростков трубопроводов к отдельным цистернам
определяются по той же формуле, что и диаметр приемной магистрали.
На рис. 4.8 показана схема централизованной балластной системы с
линейными магистралями. По такой схеме балласт принимается, удаляется и
перекачивается по длине и ширине судна, но его нельзя перемещать с одного борта
на другой в пределах одного водонепроницаемого отсека. Если нужно
изменить крен, имеющийся балласт перемещают из носовой цистерны одного
борта в кормовую цистерну другого борта или наоборот. С целью повышения
маневренности системы предусматривают независимые трубопроводы, которые
обслуживают отдельные цистерны. Это позволяет применять трубы малых
диаметров. Однако при такой схеме необходима прокладка большого
количества труб через водонепроницаемые конструкции.
232

Рис. 4.8. Балластная система, выполненная по централизованному принципу:
/ приемник; 2- клапанная коробка с запорными клапанами; 3 - насос;
4 - невозвратный отливной клапан; 5 - кингстон
Подачу балластного насоса подбирают с таким расчетом, чтобы весь
балласт судна откачивался за 6 ... 8 ч. Для обслуживания балластной системы
кроме самостоятельного насоса требуется не менее одного резервного. В качестве
резервного используют пожарный, осушительный, охлаждающий и другие
насосы. Количество балласта зависит от водоизмещения судна" Так, для судов
водоизмещением 300 ... 5000 г его количество может составлять 9 ... 13 %
водоизмещения судна, а для судов водоизмещением 10 ... 15 тыс. т- 13 ... 17 %.
Балластные системы развиваются в связи со специализацией судов и
ростом их дедвейта. В балластных рейсах суда обычно балластируются на 15 ...
20 %, а суда для навалочных грузов - на 40 ... 60 %. Для приема и удаления
этого балласта необходимы системы с большой подачей воды.
4.4.2. Основы эксплуатации
Во время действия балластной системы необходимо следить за
показаниями мановакуумметров и манометров, за состоянием протекторов,
предохраняющих трубы от коррозии, проводя их своевременную замену.
Рекомендуется полностью открывать действующую и закрывать бездействующую
запорную арматуру.
Для консервации систему осушают, разбирают арматуру, смазывают и
устанавливают на место в закрытом состоянии. Весь этот комплекс мероприятий
обеспечивает наибольшую сохранность системы в условиях коррозии.
На рис. 4.9 представлены характеристики / и / балластных
трубопроводов, соответственно, наиболее длинного и короткого, полученные из условия
заполнения цистерн насосом с характеристикой И и кривой КПД (г|„).
Характеристика трубопровода / соответствует началу работы системы при
заполнении танка, когда он пуст, а осадка судна равна Т. При этом насос будет
работать с подачей Q\. По мере заполнения танка уменьшается подпор воды,
233

характеристика насоса смещается вверх и в момент окончания заполнения его
занимает положение характеристики 3. Такое смещение характеристики
приводит к уменьшению подачи насоса до значения Q}. Наибольшая подача Q\
балластного насоса наблюдается при заполнении ближайшей цистерны.
Рис. 4.9. Характеристики балластной системы
При откачивании балласта за борт в системе создаются другие условия:
в последний период осушения должен создаваться значительный статический
напор, смещающий характеристику трубопровода вверх. Такое смещение
характеристики приводит к уменьшению подачи насоса, которая при
откачивании балласта уменьшается от значения Qu в начале процесса до Qw\ в конце
заполнения. Графики работы балластной системы показывают, что подача
насоса может изменяться в широких пределах и при увеличении приводить
к значительному росту потребляемой мощности.
Примером может служить балластная система, применяемая на балкерах
дедвейтом около 40 тыс. т (рис. 4.10). Система предназначена для
обслуживания верхних, бортовых и донных балластных цистерн, ахтерпика и форпика.
Заполнение и опорожнение всех балластных цистерн происходят самотеком
и насосами. Для этого все цистерны снабжены трубопроводами с поворотными
затворами, служащими для разобщения и сообщения цистерн с
распределительным каналом. Распределительный канал, расположенный в между донном
пространстве судна, имеет два участка: поперечный (кингстонный) и
продольный (вдоль всего судна до форпика). Балластная магистраль соединена со
всеми кингстонами судна. Затворы, соединяющие распределительный канал
234

В балластных системах большого расхода в качестве запорной арматуры
используют поворотные затворы с гидроприводами. Такой затвор с поворотным
диском и резиновым уплотнением, имеющим поршневой гидропривод и
сигнализирующее устройство, может использоваться не только в балластных, но
также в топливных и грузовых системах с давлением до 1,6 МПа.
Затворы предназначены для работы в затопленных помещениях с
давлением до 0,3 МПа. Гидропривод затвора работает при давлении 7,5
15,0 МПа, имеет гидрозамки для фиксации диска в рабочем положении
и термоклапаны для разгрузки цилиндров привода при повышении
температуры рабочей жидкости. В качестве указателя положения диска затвора
используется пневматический сигнализатор. Кроме дистанционного управления,
затвор имеет аварийное управление с помощью ручного переносного насоса.
Современные экологически чистые нефтеналивные суда в районе
грузовых танков имеют двойное дно и двойные борта. Во время балластных
переходов эти пространства заполняют забортной водой - изолированным
балластом.
4.5. Креповая, дифферентная и антикреновая системы
Креновая и дифферентная системы предназначены, соответственно, для
устранения крена и дифферента судна, а в некоторых случаях, наоборот, для
искусственного их создания. При образовании крена и дифферента
ухудшаются мореходные качества судна, а также условия обслуживания механизмов
и устройств, условия жизнедеятельности экипажа и пассажиров. Суда
специального назначения, такие как ледоколы, нуждаются в наличии особых систем,
обеспечивающих крен и раскачивание судна в поперечной плоскости для
освобождения его корпуса в случае сжатия льдами и схода с мели. Системой
осуществляется перекачивание водяного балласта из специальных цистерн.
Креновая и дифферентная системы предусмотрены на ледоколах, буксирах
и большинстве типов судов.
Креновая система. Данная система предназначена для выравнивания
крена, полученного в результате проведения следующих операций:
- неправильной загрузки судна;
- поступления воды при аварии бортовых отсеков;
- неравномерного расходования из цистерн и отсеков запасов топлива,
воды, масла, провизии и т.п.
236

На ледоколах креновые цистерны обычно располагают у борта иод
верхней палубой, а на остальных судах, оборудованных специальной противокре-
новой системой, - ближе к днищу.
На рис. 4.11 показаны принципиальные схемы противокреновых систем.
Обычно вместимость цистерн правого и левого бортов судна одинакова.
Соединяют цистерны противоположных бортов перепускной трубой / (рис. 4.11 я),
по которой при затоплении отсека одного борта вода поступит автоматически
в цистерну противоположного борта. Для такой конструкции противокреновой
системы требуются трубы большого диаметра, что загромождает отсеки судна.
Цистерны расположены в средней части корпуса и не мешают обслуживанию
механизмов и устройств (рис. 4.11 б).
Рис. 4.11. Противокреновая система: а поперечный разрез; б- продольный разрез
Перепускные грубы / соединены с цистернами по диагонали, центры масс
цистерн находятся на одинаковом расстоянии от центра массы судна, что
позволяет устранить крен без изменения дифферента. Благодаря наличию
реверсивного насоса система проста и удобна для автоматического управления.
В качестве арматуры в креновой системе обычно применяют стальные и
бронзовые клапаны и клинкеты. В этой системе необходимы трубы в основном
больших диаметров F00 ... 800 мм), выполненные из меди и стали. Объем
креновых цистерн составляет 2 ... 7 % водоизмещения судна.
Согласно Правилам РМРС время, необходимое для устранения крена,
принимают равным 10 ... 15 мин. Для перекачивания балласта с одного борта
на другой (для создания искусственного раскачивания ледокола) оно
составляет 15 ... 30 мин.
237

Креновые системы располагают на судне так, чтобы они не влияли на его
дифферент, и вместе с тем создавали максимальный кренящий момент при
приёме балласта.
Дифферентная система. При эксплуатации судна, в случае возможной
аварии или изменения нагрузки, может возникнуть дифферент судна. Это
явление нежелательное, так как оно затрудняет обслуживание механизмов и
устройств, нарушает работу котлов, сказывается на ходкости и управляемости
судна. В то же время при эксплуатации ледоколов необходимо преднамеренное
наклонение корпуса судна в продольной плоскости. Например, в момент
форсирования ледоколом ледовых полей при недостаточности вертикального
усилия, создаваемого корпусом во льду, прибегают к искусственному
утяжелению носовой оконечности путем принятия водяного балласта. Чтобы носовая
оконечность ледокола легче входила на кромку льда, создают дифферент на
корму судна. Тем самым создается вертикальное усилие для продавливания
носовой оконечностью ледового покрова.
Идея применения на ледоколах дифферентных систем принадлежит
русскому мореплавателю и ученому адмиралу СО. Макарову. Дифферентная
система, связанная с приемом на судно и распределением между различными
его частями забортной воды, может заполняться с самотеком или с помощью
использования насосов.
При естественном заполнении цистерн вода поступает в дифферентный
отсек самотеком при открытом кингстоне, а удаляется из него эжектором или
насосом 7. Чаще всего применяют осевые реверсивные насосы, запорные 2,
невозвратные 5 клапаны и приемные сетки /. При проектировании диффе-
рентной системы обычно отдают предпочтение групповому принципу, при
котором один насос обслуживает несколько отсеков, размещенных в
оконечностях судна. Устройство системы позволяет заполнять дифферентные
цистерны через кингстон 9 или при помощи насоса 7, обслуживающего также
и водоотливную магистраль 4. Балласт из дифферентных цистерн откачивают
тем же насосом (рис. 4.12).
Схема дифферентной системы по централизованному признаку приведена
на рис. 4.13.
Для контроля количества принятого через приемник балласта могут быть
использованы обычные средства трюмной сигнализации или измерительные
трубы. В основном система применяется на судах с малым водоизмещением
и работает при минимальной мощности насоса. Однако, ввиду прокладки трубо-
238

провода вдоль всего судна, труба большого диаметра загромождает отсеки.
При гакой трубе и одном насосе система в случае аварии оказывается
недостаточно надежной.
Рис. 4.12. Схема дифферсытной системы (носовая секция)
Рис. 4.13. Дифферентная система по централизованному принципу:
/, 3 - клпнкеты; 2 - насос; 4 - кингстон; 5 - манипулятор;
6 - запорный клапан; 7- труба к балластным цистернам судна
Атпикреиовая система, Ангикреновая система фирмы «Интеринг»
(рис. 4.14) выполняет следующие функции:
- автоматическое выравнивание крена при качке и тем самым
обеспечение сохранности и безопасности груза;
- увеличение комфорта для экипажа и снижение расхода топлива,
автомагическое выравнивание крена при выполнении грузовых операций;
- кренование при заторах во льдах, контроль остойчивости созданием крена.

а)
Контроль
КИТ Ей
Ererererepg
б)
{Стабилизационные
! клапаны
в)
омпрессор,
Рис. 4.14. Антикреновая система типа «Интеринг»:
а - состояние системы в порту; б - состояние системы в морс;
в - состояние системы при компенсации крена при погрузке
240

В антикреновой системе с помощью воздушного компрессора и
автоматических клапанов вода перемещается воздухом из бортовых танков по
трубопроводу большого диаметра с одного борта на другой.
Эта система применяется на судах типа ро-ро с горизонтальным способом
грузообработки, паромах, контейнеровозах и других судах, требующих
наличия свободной части в средней части судна для выполнения грузовых
операций или иных целей.
4.6. Санитарные системы и системы очистки
сточных и бытовых вод
4.6.1. Общая характеристика систем
Санитарные системы представляют собой группу общесудовых систем,
выполняющих определенные функции по созданию благоприятных условий
обитаемости на судах. Они проектируются в соответствии с требованиями
Санитарных правил для морских судов, Международной конвенции МАРПОЛ-73/78
и Правил РМРС.
Системы бытового водоснабжения предназначены для обеспечения
физиологических, санитарно-гигиенических и хозяйственно-бытовых потребностей
членов экипажей и пассажиров судов путем подачи пресной бытовой и
забортной воды. Они подразделяются на системы пресной питьевой и пресной мытье-
вой воды, единую систему бытовой пресной воды и систему забортной воды.
Запасы пресной воды принимаются на суда от береговых гидрантов с
судов-водолеев, а при большой автономности могут пополняться от
оборудованной на судне станции приготовления пресной воды из забортной воды.
По принципу действия системы бытового водоснабжения бывают:
- гравитационными, если подача воды к потребителям осуществляется за
счет сил тяжести;
- принудительными, если вода к потребителям подается насосом или
за счет давления, создаваемого в пневмогидроцистерне (гидрофоре);
- комбинированными, если применяются принудительные (например,
в расходно-напорных цистернах) и гравитационные системы подачи из расход-
но-напорных цистерн к потребителям.
Тип системы водоснабжения определяется назначением судна,
численностью экипажа и пассажиров, источником водоснабжения, автономностью
запасов пресной воды и другими факторами. На морских судах принято
устанавливать независимые друг от друга системы питьевой, мытьевой и забортной воды.

Система питьевой воды предназначена для приема, хранения и подачи
воды питьевого качества к судовым потребителям. Система, проектируемая
по централизованному принципу, не должна сообщаться с трубопроводами
систем мытьевой и забортной воды. Питьевая вода должна быть пресной,
прозрачной, без запаха, безвредной по химическому составу и не содержать
болезнетворных микроорганизмов. Свойства питьевой воды регламентируются
нормативными документами.
На морских судах наибольшее распространение получили системы
питьевой воды принудительного действия, или комбинированные. В них
используются расходно-напорные цистерны, которые размещаются на необходимой
высоте для обеспечения требуемых расходов. В общем случае в состав системы
входят цистерны, насосы, пневмоцистерны (гидрофоры), трубопроводы,
арматура, устройства для санитарно-гигиенической обработки воды, контрольно-
измерительные приборы и другое оборудование.
Хранение запасов питьевой воды на морских судах осуществляется не
менее чем в двух вкладных цистернах, имеющих специальные защитные
покрытия (краски, лаки, эмали). На малых судах допускается установка одной
цистерны. Вместимость цистерн определяется, в соответствии с нормами расхода
воды, в зависимости от категории судна.
4.6.2. Виды мембранной фильтрации
Одним из наиболее широко применяемых способов очистки воды
является мембранная фильтрация.
Мембранная фильтрация - это процесс разделения веществ в
полупроницаемой мембране. После изготовления мембран из ацетата целлюлозы
удалось решить основные проблемы процесса, состоящего в образовании
солевого налета на мембране и ее низкой механической стойкости. В настоящее
время помимо ацетата целлюлозы используют ряд современных материалов.
Наиболее известным среди них является дифторид поливинилдиена и поли-
сульфон. Особенностью таких мембран является способность пропускать
молекулы растворителя, задерживая молекулы растворенного вещества.
Градиент концентраций по толщине мембраны инициирует процесс. При этом
движущей силой фильтрации могут быть давление, электрические или
химические процессы.
Наиболее распространенным в живой природе является прямой осмос,
основанный на химических явлениях (движущей силой в данном случае является
242

разность концентраций в растворах: растворитель стремится через мембрану
в более насыщенный раствор, пока не наступит осмотическое равновесие).
Широко распространенный в промышленности обратный осмос использует
в качестве движущей силы внешнее давление, создаваемое насосом. Следует
отметить, что по сравнению с другими методами водоподготовки (например,
ионообменным способом) технология обратного осмоса гораздо более
чувствительна к качеству исходной воды и требует относительно больших капитальных
затрат. Кроме того, стоимость систем мембранной фильтрации в 1,5 ... 3 раза
превышает затраты на ионообменные установки. Однако с увеличением
солености исходной воды разница в капитальных вложениях существенно
уменьшается, а для морской воды и рассолов может быть даже ниже, чем для установок
ионного обмена. Также немаловажным является снижение общих
эксплуатационных расходов и уменьшение вредного воздействия на окружающую среду.
В дальнейшем они станут основными в системах судовой водоподготовки.
Электродиализ, часто применяемый в медицине, использует способность
ионов в электрическом поле двигаться к погруженному в воду
разноименному электроду, при этом мембрана пропускает только соответственно
заряженные ионы.
Общим для всех видов мембранной фильтрации является проточность
потока раствора. Это значит, что исходная вода под действием движущей
силы течет вдоль мембраны и разделяется на два потока: пермеат (раствор,
проникший через мембрану) и концентрат (оставшийся концентрированный
раствор). В настоящее время под термином «мембранная фильтрация» принято
подразумевать фильтрацию с использованием внешнего давления, или баро-
мембранные процессы. Все баромембранные процессы по оптимальному
давлению (размеру фильтруемых частиц) подразделяются на четыре типа:
- микрофильтрация фильтрует микрочастицы и большие молекулы,
в том числе бактерии и коллоиды @,2 ... 1,0 бар);
-ультрафильтрация - вирусы, некоторые протеины, коллоидный углерод
B... 15 бар);
- нанофильтрация - сахара, некоторые ионы A0 ... 40 бар);
- обратный осмос - ионы металлов A5 ... 70 бар).
Необходимость создания высокого давления предполагает установку
в системе мембранной фильтрации многоступенчатых центробежных насосов,
способных «продавить» исходную воду сквозь мембрану. При этом заданный
диапазон давления должен строго выдерживаться, так как при давлении выше
243
16*

оптимального происходит «сжатие» мембраны, деформация ее пор, и процесс
становится неэффективным.
Процессы баромембранной фильтрации широко применяются во многих
областях промышленности: химической и нефтехимической, очистки сточных
вод, водоподготовки, опреснения морской воды).
Для разных конечных целей используют различные варианты компоновки
мембран и насосов. Так, для систем опреснения незагрязненной морской воды
требуются одинарные схемы, где необходимый расход и напор обеспечивает
один насос. После прохождения мембраны пресная вода покидает систему под
атмосферным давлением, а концентрат остается под избыточным давлением за
счет клапана. Мембрана не загрязняется из-за скорости потока перед ней.
В подобных системах иногда бывает недостаточно расхода, обеспечиваемого
питающим насосом, и в схему встраивают дополнительный агрегат с большой
подачей. Такой насос называется рециркуляционным. Обычно его
использование оправдано в системах с более загрязненной водой для выполнения макро-
и ультрафильтрации. Для больших объемов очень загрязненных жидкостей
применяется схема «петля», состоящая из последовательности параллельных
звеньев, следующих друг за другом. В каждой из параллелей установлен свой
рециркуляционный насос. Обычно на одну насосную станцию приходится от
трех до пяти подобных «петель».
В случае очень больших объемов (водоподготовка при обработке
слабосоленой воды) рециркуляционный насос устанавливать нежелательно. В
таких случаях применяется схема, состоящая из сочетания параллельных и
последовательных модулей.
В силу насыщенности солями морская вода обладает очень высокими
коррозионными свойствами. Кроме того, при нагреве (системы обратного осмоса
могут работать с горячими рассолами) данные свойства активизируются. Все
это накладывает специальные ограничения на насосы, создающие давление
в системах мембранной фильтрации. Дешевым конструктивным материалом
для подобных насосов является чугун, однако он начинает подвергаться
коррозии уже в слабокислой среде (рН « 6,5).
Причиной коррозии является растворенная в воде углекислота. Чугун
неприменим, когда водородный потенциал опускается ниже 6,5.
Приемлемым выбором является бронза. Однако если в растворе имеются аммиачные
компоненты (при очистке бытовых и сточных вод), коррозионные
разрушения многократно возрастают. В связи с этим применяется нержавеющая
244

сталь (с содержанием хрома не менее 12 %) или титан. Если в схеме
предусмотрена промывка мембраны специальными кислотосодержащими
растворами, то выбор нержавеющей стали или титана становится зачастую
единственно возможным вариантом.
На коррозионностойкость могут влиять также такие эксплуатационные
факторы, как кавитация или усталость материала. Проблемой, регулярно
возникающей при обратноосмотических процессах, является осаждение
кристаллических солей вдоль мембраны. При длительной эксплуатации твердый
осадок «забивает» мембрану, приводя к снижению ее селективности и
производительности. Обычно предусматривается регулярная очистка при помощи
специального реагента, что, безусловно, требует остановки системы.
Для уменьшения простоев и увеличения периодов между очистками в
подаваемую воду рекомендуется добавлять ингибиторы кристаллизации. Их
внесение в систему производится специальными цифровыми дозирующими
насосами с шаговым приводом, управляемыми с единого пульта автоматически
при изменении контрольных параметров.
Разработаны способы использования потенциальной энергии концентра-
га, остающегося под давлением после отделения пресной воды.
Современные системы рекуперации могут возвращать до 90 % затраченной энергии.
Излишек давления передается на турбину, которая или снабжает энергией
отдельный питающий насос, или передает вращение на вал основного
насоса. Особенно выгодно использовать системы рекуперации при
высоконапорном обратном осмосе (например, при опреснении морской воды
высоконапорный бустерный модуль с рекуперационной турбиной GRUNDFOS
типа ВМЕТ).
После прохождения обратноосмотической системы вода соответствует
принятым санитарным требованиям - нормативным документам,
предусматривающим жесткие требования по химическим и органолептическим показателям.
4.6.3. Системы и способы очистки бытовых вод
В настоящее время на судах используются фановые системы для стока
фекальных («чёрных») вод в специальные цистерны. Цистерны, применяемые
для сбора фекальных вод и хранения их в течение определенного времени на
судне, называются фекальными цистернами (рис. 4.15).
Для сбора в цистерну воды из умывальников, ванн, душевых, прачечной,
камбуза и других источников сточной воды («серых» вод») предназначены сточ-
245

ные системы внутренних жилых помещений судна. Опорожнение цистерн
фановых и сточных систем происходит за пределами санитарных зон (на ходу судна за
пределами этих зон системы переключаются на работу за борт).
Рис. 4.15. Принципиальная схема фановой системы
В качестве стандартного оборудования используют вакуумные фановые
системы, которые имеют преимущество с точки зрения затрат перед
гравитационными системами. В вакуумной установке сточная вода из сборного
накопительного бака или станции очистки циркулирует с помощью центробежного
насоса через эжектор, в котором создаётся разряжение.
Вакуумная установка для сбора сточных вод содержит пневматические
вакуумные интерфейсные клапаны для подсоединения трубопроводов «серой
воды» к вакуумной системе, невозвратные клапаны, которые предотвращают
обратный ток воды в длинных горизонтальных трубопроводах или на сложных
участках трубопровода, а также в других устройствах: запорных клапанах,
гибких шлангах, грязеуловителях, вакуумных коллекторах. В целом более
высокая стоимость вакуумных туалетов и системы сбора сточных вод окупается
за счет экономии средств, затраченных на материалы трубопроводов, и
сокращения времени выполнения монтажных работ.
Основные преимущества вакуумной системы заключаются в следующем.
1. Снижение расхода воды для смывки: компоновка системы
трубопроводов не зависит от гравитации (возможен вертикальный подъем стоков, а гори-
246

зонтальные трубопроводы не требуют уклона); качка судна не влияет на
работу фановой системы; удобство и простота монтажа, меньшее время его
проведения; меньший диаметр трубопроводов и отверстий в палубах; меньший вес
системы канализации; меньший вес трубопроводов; меньший объем
накопительных баков для пресной и сточной воды; меньший размер станции очистки
сточных вод; не требуется вентиляция трубопроводов и туалетных
помещений, снижение потребления энергии на 50 %, одни и те же насосы могут быть
использованы для создания вакуума и для слива.
На рис. 4.16 показан полностью укомплектованный настенный туалет.
Рис. 4.16. Укомплектованный настенный туалет
2. Лучшие условия в жилых помещениях: слив пресной водой, причём
расход её незначителен по сравнению с гравитационной системой; вакуумные
трубопроводы не подвержены протечкам; расход около 60 л воздуха при
каждом сливе обеспечивает вентиляцию.
Система практически не требует обслуживания, связанного с работой
измельчителей (мацераторов); химическая чистка трубопровода очень проста,
утечка ядовитых газов от станции очистки сточных вод невозможна, не
требуется дополнительная вентиляция и установка датчиков контроля содержания
опасных газов H2S или запаха при анаэробном процессе в сборном баке.
Общий вид установки биологической очистки сточных вод нового,
отвечающей всем требованиям Конвенции МАРПОЛ 73/78 прил. IV, приведен на
рис. 4.17.
Практически все очистные системы бытовых сточных вод являются
системами биологической очистки (рис. 4.18), в которых микроорганизмы
разлагают и окисляют органические загрязнения, присутствующие в сточных водах,
при этом выделяя энергию и размножаясь. Основной процесс биологической
очистки - это ферментативное разложение органических загрязнений, т.е.
разложение при помощи белковых ферментов, синтезируемых биомассой (фер-
247

менты - белковые катализаторы процесса разложения органических
соединений при нормальной температуре). Разложение происходит до более простых
соединений углерода или непосредсгвеино до молекулярного углерода,
являющегося основой органических загрязнении.
Рис. 4.17. Современная автоматическая судовая установка
биологической очистки сточных вод
Рис. 4.18. Принципиальная схема установки биологической очистки сточных
и фановых вод: / - откачивающий насос; 2 - насос-дозатор хлорного раствора;
3 - воздушный вентилятор; 4 - хлорация; 5 труба выхода очищенных вод за борт;
б- поплавковые выключатели; 7- вход «серых» вод и промывочной воды;
8 - отстаивание; 9 - аэрация; 10 - камера сбора газов; 11 - рециркуляция; 12 - камера
поступления воздуха; 13 - вход «чёрных» вод; 14 - выход газов; 15 - смотровое окно
248

Аэробный процесс инициируется в аэротанках при наличии в
обрабатываемых сточных водах растворенного кислорода, количество которого
определяется таким показателем, как биологическая потребность кислорода (БПК).
Аэробный процесс наиболее эффективен для нейтрализации органических
загрязнений, так как в нем задействовано, как минимум, в двести раз больше
количественного состава бактерий различных видовых групп по сравнению
с анаэробным процессом.
Новые технологии с использованием ритмовой аэрации отличаются
полным отсутствием анаэробных процессов в технологической цепочке и, как
следствие, - полным отсутствием запаха и «сырого» осадка. Все загрязнения
сточных вод не накапливаются в первичных отстойниках, а «биологически
сжигаются» без применения химических препаратов. Специально
разработанные ритмовые аэротанки позволяют нейтрализовать вес основные загрязнения
бытовых сточных вод, включая фосфаты, аммонийные соединения азота,
нитраты и нитриты.
Аноксидный процесс инициируется в объеме аэротанков при остановке
аэрации на время, не превышающее 4 ч при живой аэробной биомассе. При
постоянном чередовании аэробного и аноксидного процессов инкубируется
универсальная биомасса, способная очистить стоки от всех видов биоразла-
гаемых загрязнений, включая процессы денитрификации.
Процесс инкубирования универсальной биомассы положен в основу
создания ритмовых аэротанков и ARS-технологий. В этом процессе бактерии
необходимы массе активного ила, в котором создаются условия для их
функционирования при чередовании аэробного и аноксидного процессов. При
снижении уровня кислорода денитрифицирующие бактерии позволяют биомассе
перейти на «нитратное дыхание», продолжая процессы окисления
органических загрязнений совместно с денитрификацией без использования дорогих
схем доочистки сточных вод.
Новую базовую технологию фирмы «ЮБАС» на основе
саморегулирующей гидродинамической системы (СГД-системы) называют эволюция ARS-
технологий. В отличие от ранее выпускавшихся этой фирмой установок, новая
система оснащена дополнительной ступенью очистки, в которой кардинально
изменена и упрощена система автоматики. Теперь технология не требует
применения каких-либо рабочих датчиков уровня, фазы переключаются только по
временному принципу, исключая насыщение аэротанков кислородом при
сливе стока ванн и душа, приводящее ранее к нитратному всплеску. При этом
249

уровни в установке поддерживаются специальной конструкцией насосов-
эрлифтов без вмешательства внешней автоматики. Установленный
пузырьковый уровнемер выполняет не только функции контроля и отработки
аварийных сбросов, но и функцию аварийного датчика уровня. Очистные
сооружения, использующие данную технологию, показали очень высокую надежность
в сочетании с повышением характеристик очистки.
Основные требования к судовым установкам для очистки сточных
вод по биологическому принципу. Требования РМРС к устройствам по
предотвращению загрязнения сточными водами применяются к новым судам
в полном объеме, а также к действующим судам валовой вместимостью
200 per. т и более, к судам валовой вместимостью менее 200 per. т и с
неустановленной валовой вместимостью, на которых допускается перевозка людей
в количестве более шести человек.
Любое судно должно быть оснащено одним из следующих видов
оборудования:
- установкой для обработки сточных вод и сборной цистерной;
- установкой для измельчения и обеззараживания сточных вод и сборной
цистерной.
Система должна исключать возможность сброса необработанных сточных
вод в районах, запрещенных для сброса. Установка для обработки сточных вод
должна обеспечивать степень очистки, не превышающую следующих
показателей:
- биологическое потребление кислорода в течение пяти суток (БПК5) -
50 мг/л; коли-индекс - 250/100 мл; взвешенные вещества (ВВ) - 100 мг/л.
- пропускная способность установки, л/сут, должна определяться по
формуле
где п - численность экипажа; q - суточное количество сточных вод на 1 чел.,
л/сут.
Суточный объем накопления хозяйственно-фекальных стоков принимается
в соответствии с установленными нормативными документами:
- для транспортных судов - 100 л/сут на одного человека при БПК5,
равном 350 мг/л, и содержании ВВ 350 мг/л;
- для судов рыбопромыслового флота - 50 л/сут;
- для судов остальных категорий - 25 л/сут.
250

Установки для обработки сточных вод допускается размещать в машинно-
котельных помещениях или газонепроницаемых выгородках с принудительной
вытяжной вентиляцией, обеспечивающей не менее 15-кратного обмена воздуха
в час. Все элементы установки и относящиеся к ней насосы, трубопроводы
и арматура, соприкасающиеся со сточными водами, надежно защищены от их
воздействия. В этих установках предусмотрено устройство для отбора проб
очищенных и обеззараженных вод и измельчение взвешенных частиц.
Каждая судовая установка по обработке сточных вод должна быть
одобрена РМРС и иметь Свидетельство об испытании установок для обработки
сточных вод по форме. Определение качества очистки осуществляется
отбором пробы жидкости из аэротанка в пробирку и отстаиванием ее в
соответствии с прилагаемой инструкцией. Оптимальное количество ила в установке
D ... 5 мг/л) соответствует 30%. Хороший активный ил должен иметь
компактные хлопья средней величины. Достижение необходимой концентрации
для выхода установки на оптимальный режим очистки может продолжаться
в течение длительного времени. Для ускорения процесса прироста ила
искусственно увеличивают подачу питательных веществ в аэротанк. Рекомендуется
производить подпитку бытовых сточных вод карболовой кислотой с дозой
5 г/м3. Это способствует увеличению прироста активного ила до 12 %. При
увеличении добавки карболовой кислоты до 25 г/м3 прирост активного ила
возрастает до 20 %. Некоторые фирмы для работы установок выпускают
специальные таблетки из высушенного при 30 °С активного ила.
4.6.4. Основы эксплуатации установок по очистке сточных вод
Наиболее целесообразным способом введения установки по очистке
сточных вод в работу является загрузка ее активным илом, полученным из
действующей судовой установки подобного тина. В этом случае необходимый
эффект очистки сточных вод будет достигнут по истечении времени,
необходимого для прироста массы активного ила, т.е. через 12 ... 18 ч работы.
Время вывода установки на режим полной очистки в случае
самопроизвольного выращивания ила составляет примерно 10 ... 14 сут, при
использовании затравки - 3 ... 7 сут. При переводе установки на очистку сточных вод
с повышенным содержанием хлоридов необходимо уменьшить
производительность до 75 % расчетной, максимально увеличив рециркуляцию активного
ила из отстойника в аэротанк. Концентрация активного ила должна быть около
5 ... 6 мг/л. В таком режиме установка работает весь период адаптации актив-
251

ного ила к новым условиям. Обычно период адаптации активного ила к воде
с повышенным содержанием хлоридов длится около трех суток. После
адаптирования активного ила нагрузка установки постепенно доводится до
расчетной. Конечным продуктом работы судовой установки биологической очистки
(УБО) должна являться вода с качеством, соответствующим нормам.
В настоящее время в судовых условиях очень сложно определять
характеристики очищенной воды (БПК5, ХПК, коли-индекс). Это доступно лишь
береговым базовым лабораториям. Поэтому качество очищенной воды в условиях
плавания можно контролировать пока такими косвенным показателями, как
цвет, запах, прозрачность.
Ход процесса очистки характеризуют следующие показатели:
- визуальные (цвет, запах, прозрачность пробы, наличие пены);
- объёмные (масса активного ила в жидкости);
- насыщение кислородом аэрируемой смеси.
Скорость очистки, в первую очередь, зависит от количества
микроорганизмов (дозы активного ила), находящихся в аэротанке. При нормальной
работе установки количество активного ила вследствие прироста будет
увеличиваться. Избыточное количество ила в установке обусловливает
неудовлетворительную работу отстойника и повышенный вынос взвешенных веществ (ВВ).
Недостаток активного ила замедляет процесс очистки, снижает ее качество.
Это особенно заметно при имеющих место гидравлических перегрузках
установок. Поэтому контроль над поддержанием необходимой дозы ила в
аэротанке необходим для оптимизации процесса очистки.
При правильной работе установки проба воды после окончания очистки
должна быть прозрачной с допустимой легкой суспензией осадка. Густая
и, возможно, мутная проба со значительным содержанием осевшего и
суспензированного ила характерна для неудовлетворительно очищенных стоков.
Качественная очистка зависит в основном от правильной работы аэротанка,
в котором происходят биохимические процессы очистки. При визуальном
контроле цвет проб воды из аэроганка в процессе очистки будет вначале серым,
затем светло-коричневым и при окончательно установившемся процессе -
темно-коричневым. Цвет ила может меняться в зависимости от поступающей
в установку жидкости. Жидкость должна пахнуть землей, запах гниения
указывает на перегрузку установки либо на недостаточное аэрирование.
Повышению содержания ВВ в очищаемых стоках способствует
насыщение стоков хлоридами, поступающими с промывной морской водой. При кон-
252

центрации хлоридов около 30 г/л резко снижается качество очистки сточных
вод, ухудшается флокуляция активного ила, повышается концентрация
вредных веществ. Уменьшить влияние солености вод на эффективность очистки
можно снижением нагрузок, увеличением времени аэрирования и увеличением
концентрации активного ила. Возможно использование для промывки
туалетов очищенной дезодорированной сточной воды либо технической воды при
наличии на судне опреснительной установки.
Отрицательно воздействуют на биохимический процесс очистки жиры,
масла и поверхностно-активные вещества (ПАВ), попавшие в стоки из
камбуза, прачечных, медицинских помещений. В результате этого на
поверхности жидкости в аэротанке может появиться пена, включающая активный ил
и препятствующая нормальной очистке. С иеной может произойти вынос ВВ,
что недопустимо. Если пена имеет вид темных полос ила, то это указывает
на процессы гниения, являющиеся, как правило, следствием недостаточной
аэрации. Данный процесс можно ликвидировать повышением интенсивности
аэрации. Для предотвращения ценообразования и выноса взвеси веществ на
линии подачи стоков в установку рекомендуется устанавливать жироулавли-
ватель, который требуется периодически очищать, а аэротанки оборудовать
гасителями пены.
Особенностью новых установок биологической очистки сточных и
фановых вод состоит в том, что только фекальные «чёрные» воды проходят сквозь
всю установку, воды из умывальников и ванн («серые» воды) проходят только
последний отсек. Все сточные «светлые» воды от умывальников и ванных
комнат не нуждаются в биологическом процессе разложения и проходят
только через хлоратор, где они окончательно обеззараживаются. В подобных
установках удаляемый осадок составляет 10 ... 15 % от количества поступающих
в них твёрдых веществ.
Процесс биологического разложения органических веществ,
содержащихся в сточных водах, происходит с помощью насыщения их кислородом
воздуха в камерах через специальные диффузоры от воздушного вентилятора.
Полученный осадок должен удаляться каждые полгода насосом в открытый океан
либо сдаваться в береговые установки. Эффективность стерилизации
удаляемых вод достигается дозирующим насосом, который добавляет гипохлорид
натрия в камеру каждые 20 мин.
Сточные воды, которые находятся в реакционной камере смесительно-
осушительного насоса, состоят из 2/3 сточных вод и 1/3 воздуха плюс натрий
253

гипохлорид, который добавляется в воду дозировочным насосом перед
поступлением в реакционную камеру. Благодаря присутствующим при этом кислороду
воздуха и хлору органические частицы окисляются, а бактерии погибают. Для
повышения эффективности окисляющего действия и уничтожения бактерий
сточные воды поступают в вихревую камеру, в результате чего они
соответствуют установленным стандартам.
Нефтепродукты и смазочные материалы в сточных водах должны
отделяться жироуловителем перед тем, как они попадают в установку обработки сточных
вод. Шламовый насос служит для более легкого удаления шлама из цистерны,
а также для обеспечения дополнительного перекачивающего эффекта в случае
срабатывания аварийной сигнализации. Принципиальная схема подключения
установки обработки сточных вод показана на рис. 4.19.
9 10
Рис. 4.19. Принципиальная схема подключения установки обработки сточных вод:
1 - кингстонный ящик; 2 - трубопровод; 3,6- ручной запорный клапан; 4 - фильтр;
5 - насос; 7 - невозвратный клапан; 8 - шланг; 9 - дроссельный клапан;
10 - установка обработки сточных вод
Учитывая чрезвычайно опасное воздействие хлора (раздражение глаз,
кожи и дыхательного тракта), необходимо соблюдать следующие правила. При
работе с хлорсодержащими веществами защищать руки резиновыми
перчатками, а глаза - очками. Брызги хлора необходимо немедленно смыть с кожи
большим количеством воды. Установку обработки сточных вод следует
ежемесячно промывать, предварительно откачав из неё всю жидкость.
Концентрация гипохлорида натрия должна еженедельно контролироваться анализом
отбираемых проб при помощи «Экспресс-лаборатории свободного хлора»
и составлять около 2,5 мг/л. При обработке около 4 м3 сточных вод
используется приблизительно 1 л жидкого хлора.
В установке биологической очистки «Нептуматик» фирмы «Сален и Ви-
кандер» (Швеция) - рис. 4.20, совмещен принцип биологического окисления
механически очищенных стоков с последующей обработкой их химическими
реагентами. Все стоки подаются в камеру механической очистки /, в которой
254

крупные загрязнения измельчаются насосом-дробилкой 12 и удаляются с
помощью самоочищающейся сетки 2. Предварительно очищенные стоки подаются
тем же насосом-дробилкой 12 в камеру аэрирования 3, где проходят обработку
активным илом. На этой стадии очистки сточные воды в течение 20 мин
перекачиваются циркуляционным насосом 4 через напорную цистерну 5, вовлекая
в воду воздух с помощью эжектора 6.
12 11 10 9
Рис. 4.20. Принципиальная схема установки для биологической очистки «Нептуматик»
фирмы «Сален и Викандср»: / камера механической очистки; 2 - самоочищающаяся
сетка; 3 - камера аэрирования; 4 - циркуляционный насос; 5 - напорная цистерна;
6 эжектор; 7 - транспортёрная лента; 8 - лоток для удаления очищенной воды;
9 флотационная камера; 10 дозатор для ввода коагулянта (хлорного железа);
// -дозатор для ввода бактерицидного реагента; 12 - насос-дробилка
В этой установке комбинируется интенсивное перемешивание воды и
воздуха в эжекторе с повышенным давлением среды, что ведет к быстрому
окислению органических загрязнений. Насыщенная мелкими пузырьками воздуха вода
подается во флотационную камеру 9, в которую вводится дозатором 10 в
качестве коагулянта хлорное железо. Образовавшиеся хлопья ила с пузырьками
воздуха поднимаются на поверхность, а отстой транспортерной лентой 7
перемещается в шламовую цистерну. Предусматривается сжигание отстоя с помощью
электронагревательных элементов. Бактерицидный реагент подается дозатором 11
в стоки перед флотационной камерой, поэтому отдельной обеззараживающей
камеры в установке биологической очистки нет. Очищенная вода забирается
из нижней части флотационной камеры и выводится за борт по лотку 8. Весь
процесс очистки занимает не более 1 ч. Процесс управления осуществляется
с пульта, снабженного необходимыми приборами контроля и сигнализации.
Установка обеспечивает следующее качество сточной воды: БПК5 - 50 мг/л,
ВВ-50 мг/л, коли-индекс- 1/л.
255

4.7. Системы общесудовой вентиляции
и кондиционирования воздуха
Чистый воздух приземного слоя атмосферы представляет собой смесь
газов и водяного пара. Газы, входящие в состав чистого атмосферного воздуха
(азот 78,09 %, кислород 20,95 %, аргон и другие инертные газы 0,93 %,
углекислый газ 0,03 % но объему), образуют сухие части воздуха. Смесь сухой
части воздуха и водяного пара принято называть влажным воздухом.
Содержание кислорода в приземном слое атмосферы считается постоянным,
а количество углекислого газа колеблется от 0,03 % по объему в атмосфере
сельской местности и до 0,14 % (и более) в воздухе промышленных центров.
Все примеси продуктов естественных химических и биологических процессов,
пыль космического и земного происхождения, микроорганизмы и пыльца
растений образуют естественное загрязнение атмосферы.
Искусственное загрязнение, оказывающее отрицательное воздействие на
здоровье людей и разрушающее природную экологическую среду, возникает
в результате работы промышленных предприятий, автотранспорта и авиации,
теплоцентралей, сжигания топлива и мусора. Эти продукты
жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов разрушают здания, сооружения,
памятники, оказывая отрицательное воздействие на оборудование и
технические процессы.
Системы общесудовой {приточной) вентиляции предназначены для
подачи вентиляторами свежего воздуха в служебные и жилые помещения
вытеснением из них загрязнённого воздуха через дверные решётки в коридоры.
Системами вытяжной вентиляции загрязнённый воздух удаляется вентиляторами
в атмосферу.
Воздухообмен при вентиляции осуществляется несколькими способами:
- естественным перемещением воздуха вследствие различной плотности
холодного и тёплого воздуха;
- использованием скоростного потока воздуха, омывающего судно;
- с помощью вентиляторов (искусственная или принудительная
вентиляция).
Одновременное применение в помещении естественной и
принудительной вентиляции называется комбинированной вентиляцией. Различают
вентиляцию приточную (вдувную) и вытяжную в зависимости от того, подаётся
воздух в помещение или вытягивается из него. Приточную вентиляцию при-
256

меняют в жилых помещениях и постах управления, вытяжную с естественным
притоком из коридоров свежего воздуха - в санитарно-гигиенических
помещениях, различных кладовых, аккумуляторных и насосных отделениях, в
помещениях вспомогательных механизмов и электрооборудования. По скорости
воздуха в воздухопроводах системы вентиляции разделяются на низкоскоро-
стные A5 ... 17 м/с), среднескоросптые A7 ... 22 м/с) и высокоскоростные
B2 ... 30 м/с). В настоящее время применяются в основном высокоскоростные
системы. В машинных и котельных отделениях используют принудительную
приточную вентиляцию в сочетании с естественной вытяжной вентиляцией.
4.7.1. Параметры и свойства влажного воздуха
К основным параметрам влажного воздуха относятся плотность,
энтальпия и влажность.
Плотность влажного воздуха р, кг/м3, представляет собой массу воздуха
в единице объема.
Энтальпия /, кДж/кг, представляет собой полную энергию, связанную
с данным состоянием тела. В расчетах вентиляции и кондиционирования
воздуха энтальпию, как и влагосодержание, относят к 1 кг сухой части влажного
воздуха. Если во влажном воздухе содержится влага только в виде водяного
пара, то энтальпия влажного воздуха равна сумме энтальпии в 1 кг сухой части
влажного воздуха и энтальпии содержащегося в воздухе водяного пара.
Приняв за начало отсчета энтальпий сухой части влажного воздуха и водяного
пара температуру / = 0 °С, получим
/=С/св^ + [^/ЮОО](го + С/10,
где Срсв - удельная изобарная теплоемкость сухой части воздуха, равная
1,005 кДж/(кг-К);
/ - температура воздуха но сухому термометру, °С;
г() - удельная теплота парообразования при / = 0 °С; г() = 2500 кДж/кг;
Ср = 1,89 кДж/(кг-К) - удельная изобарная теплоемкость водяного пара.
Энтальпия влажного воздуха не зависит от давления. Это естественно,
поскольку компоненты влажного воздуха считают идеальными газами, не
реагирующими между собой.
Физические свойства влажного воздуха характеризуются параметрами
его состояния, к которым относятся температура по сухому термометру,
температура по мокрому термометру, температура точки росы,
влагосодержание, относительная влажность воздуха, плотность, энтальпия, полное дав-
17-2078
257

ление влажного воздуха, парциальное давление водяного пара. Влажный
воздух в системах вентиляции и кондиционирования воздуха используется
при атмосферном или близком к нему давлении, поэтому сухая часть воздуха
и водяной пар рассматриваются как идеальные газы, влажный воздух - как
смесь идеальных газов, каждый компонент которой, в том числе водяной
пар, занимает весь объем смеси, имеет одинаковую с ней температуру и свое
парциальное давление.
Парциальное давление идеального газа в смеси газов пропорционально
температуре смеси и обратно пропорционально объему:
где Р,;- парциальное давление идеального газа в смеси газов, Па;
mt - масса газа, кг;
/?ц - универсальная газовая постоянная, равная 8314,33 Дж/ (кмольК);
fi, - молекулярная масса газа, кг/моль;
Т- термодинамическая температура, К;
V- объем газа, равный объему всей смеси, мЗ.
Уравнение Р/ • V = mrRfT представляет собой уравнение состояния
идеального газа массой mh где Rj = /?м/ц, - газовая постоянная конкретного газа.
Так как влажный воздух рассматривают как бинарную смесь, состоящую
из сухой части и водяного пара, полное давление влажного воздуха Р
представляют в виде суммы парциальных давлений сухой части РСв и водяного
пара Рп:
Р = Рсв + Рп.
Уравнение состояния сухой части воздуха массой М
PcbV=MRcbT,
где RCb ~ газовая постоянная сухой части воздуха, равная 8314,33/28,96 =
= 287,14 Дж/(кг-К).
Уравнение состояния водяного пара массой М:
PnV=MRnT,
где Rn - газовая постоянная водяного пара, равная 8314,33/18,016 =
= 461 Дж/(кг-К).
Газовая постоянная влажного воздуха массой М= М:в+ Мм
Ra = МСв /W М+ Ми Rn / М
Для воздуха, не содержащего водяного пара, Ри = 0; Р = Рев- Чем больше
водяного пара содержится во влажном воздухе, тем больше парциальное дав-
258

ление Ри. Однако парциальное давление водяного пара во влажном воздухе не
может быть выше давления насыщенного водяного пара Рп при данной
температуре влажного воздуха, поэтому 0 < Ри < Ри. Обычно водяной пар находится
в воздухе в перегретом состоянии. Если воздух, содержащий некоторое
количество перегретого водяного пара, охлаждать при постоянном давлении, то
при вполне определенной температуре он станет насыщенным. Парциальное
давление насыщенного водяного пара определяется только температурой и не
зависит от полного давления влажного воздуха.
При изменении состояния влажного воздуха обычно переменной является
масса водяного пара в воздухе при неизменной массе сухой части воздуха,
поэтому принято влагосодержание d{) и энтальпию относить к 1 кг сухой части
влажного воздуха.
В наиболее общем случае влажный воздух может содержать влагу не
только в виде перегретого или насыщенного водяного пара, но и в виде
жидкости (туман) и льда (снег). Однако следует отметить, что аналитическое
определение параметров влажного воздуха по приведенным ранее формулам
весьма трудоемко, в особенности при расчетах процессов изменения состояния
воздуха. Поэтому в настоящее время такие расчеты ведут графоаналитическим
методом с использованием / - ^/-диаграммы влажного воздуха (рис. 4.21).
Влажность воздуха характеризуется массой содержащейся в ней влаги.
Массу влаги, приходящуюся на 1 кг сухой части влажного воздуха, называют
влагосодержанием. Обычно массу влаги во влажном воздухе измеряют в
граммах, а влагосодержание - в граммах на килограмм. Если известно
влагосодержание с/, то масса влажного воздуха этого состояния М- 1 + d/\00Q (кг).
В общем случае влагосодержание складывается из паросодержания и
содержания влаги в жидкой или твердой фазе. В технике вентиляции и
кондиционирования воздуха чаще приходится иметь дело с влажным воздухом,
в котором влага содержится в виде перегретого или насыщенного водяного
пара, а капельная влага или кристаллы льда, образовавшиеся в воздухе в
процессе его обработки, отводятся. Поэтому под влагосодержанием воздуха часто
понимают его паросодержание, которое обозначают буквой d. Для влажного
воздуха d = 622/7,, / (Р - Р„), откуда следует, что максимальное
влагосодержание зависит от полного давления Р и температуры влажного воздуха, так как
величина Ри определяется температурой. Так как давление насыщенного
водяного пара Рп увеличивается с ростом его температуры, то чем выше последняя,
тем больше его возможное максимальное влагосодержание. В процессах кон-

диционирования воздуха масса сухой части влажного воздуха остается
неизменной, а влагосодержание может уменьшаться (осушка воздуха) или
увеличиваться (увлажнение воздуха). Следовательно, парциальное давление
водяного пара во влажном воздухе при неизменном полном давлении определяется
влагосодержанием и не зависит от температуры. Так как влагосодержание
воздуха при данной температуре может изменяться в пределах от 0 до dm для
характеристики степени увлажненности воздуха используется показатель
относительной влажности воздуха.
Рис. 4.21. /- d-диаграмма влажного воздуха
(при барометрическом давлении 101325 Па)
260

Относительной влажностью ф называют отношение парциального
давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к парциальному
давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Относительная
влажность выражается в процентах или долях единицы и показывает степень
приближения содержащегося во влажном воздухе водяного пара к состоянию
насыщения при данной температуре воздуха.
Если влагосодержание воздуха сохраняется постоянным при повышении
температуры, то относительная влажность уменьшается. Это объясняется тем,
с ростом температуры парциальное давление насыщенного водяного пара
увеличивается и наоборог, если температура влажного воздуха понижается, то
при постоянном влагосодержании относительная влажность воздуха
возрастает, достигая 100 %, и при некоторой температуре водяной пар, содержащийся
в воздухе, станет насыщенным. Дальнейшее охлаждение воздуха вызовет
конденсацию водяного пара, выпадение влаги из воздуха и снижение
парциального давления водяного пара. Отсюда следует определение понятия температуры
точки росы: температурой точки росы называется минимальная
температура, до которой можно охлаждать влажный воздух при постоянном его
влагосодержании. При дальнейшем понижении температуры из воздуха будет
конденсироваться влага и уменьшаться парциальное давление водяного пара.
В зависимости от температуры и соотношения явной и скрытой теплоты
энтальпия влажного воздуха может принимать как положительное, так и
отрицательное значение.
4.7.2. Диаграмма влажного воздуха
Диаграмма влажного воздуха, являющаяся графическим представлением
зависимости энтальпии от влагосодержания, построена в косоугольной
системе координат (см. рис. 4.21), позволяющей увеличить площадь рабочего поля
диаграммы и обеспечить ее большую наглядность. На вертикальной оси в
выбранном масштабе отложены от начала координат положительные и
отрицательные значения энтальпии 1 влажного воздуха. На наклонной оси нанесены
в определенном масштабе значения влагосодержания d влажного воздуха.
Начало координат соответствует состоянию сухого воздуха, имеющего
температуру / = 0 °С и, следовательно, d = 0,1 = 0. Угол между осями диаграммы
выбирают обычно равным 135°.
Параллельно осям 0/ и 0d проведены линии, образующие координатную
сетку. Линии, параллельные наклонной оси «Об/», являются линиями постоян-
261

ных значений энтальпии (/ = const). Линии, параллельные вертикальной оси О/,
являются линиями постоянных значений влагосодержания d = const. На
полученной координатной сетке построены изотермы / = const и линии постоянной
относительной влажности.
Каждая точка диаграммы соответствует некоторому состоянию воздуха,
характеризуемому параметрами (энтальпия, влажность, температура,
относительная влажность), значения которых могут быть определены по положению
точки. Линия ф = 1 (ф = 100 %), являющаяся геометрическим местом точек,
соответствующих насыщенному состоянию пара в воздухе, делит диаграмму
на две зоны: верхнюю, расположенную над кривой ф = 1, и нижнюю,
расположенную под кривой ф = 1.
Верхняя зона - зона однофазного состояния воздуха - определяет состояние
воздуха, в котором содержится водяной пар в перегретом состоянии с
относительной влажностью ф < 1. Нижняя зона характеризует такое состояние воздуха,
в котором содержится влага в виде насыщенного водяного пара и тумана,
состоящего из мельчайших капель воды или кристаллов льда (зона тумана).
Изотермы, построенные на основании формулы, действительны только
в верхней зоне I - ^/-диаграммы до кривой ф = 1.
Рис. 4.22. Определение параметров воздуха на /- d-диаграмме:
А\ - точка росы; А2 - точка мокрого термометра
Определение параметров воздуха по I - d-диаграмме (рис. 4.22). Любой
точке на этой диаграмме соответствуют определенные значения параметров
состояния влажного воздуха t, ф, I, d, Pn, определяемые графически по
соответствующим линиям, проходящим через заданную точку (рис. 4.23).
262

Рис. 4.23. Определение относительной влажности по температурам
сухого и смоченного термометров с помощью /- ^/-диаграмм
Для нахождения на I - J-диаграмме точки, соответствующей некоторому
состоянию воздуха, достаточно задать два независимых друг от друга
параметра: t и /, / и ф, d и ф и т.п. Например, пусть задано некоторое состояние
влажного воздуха значениями энтальпии 1А и температуры tA. Для определения
положения на / - ^/-диаграмме (см. рис. 4.22) точки, соответствующей
заданному состоянию воздуха, проводят линии /А = const и tA = const до их
взаимного пересечения в точке А.
Найденное таким образом положение точки А характеризует заданное
состояние воздуха. Для определения других параметров состояния воздуха через
точку А проводят линии dA - const, (рА = const и считывают по / - d-диа-
грамме соответствующие значения влагосодержания dA и относительной
влажности воздуха ц>А. Для определения парциального давления водяного пара
проводят через точку А линию dA = const до пересечения ее с линией Рп =
=J{d) и далее по графику определяют значение РА. Также просто определяется
по /- б/-диаграмме температура точки росы tpA. Так как она представляет собой
самую низкую температуру, до которой можно охлаждать воздух при
постоянном его влагосодержании, для нахождения температуры точки росы
достаточно провести линию dA = const до пересечения с кривой ср = 1. Точка
пересечения линии dA = const с кривой ф = 1 называется точкой росы, а
соответствующая ей температура - температурой точки росы tpA
С помощью / - ^/-диаграммы можно определить температуру воздуха
по мокрому термометру. Для этого через точку А проводят изоэнтальпу 1А
263

до пересечения с линией ср = 1. Температура, соответствующая точке
пересечения линии 1А с кривой ф = 1, есть температура смоченного термометра /м/|
(рис. 4.24).
Рис. 4.24. Определение температуры воздуха по мокрому термометру
Температура мокрого термометра является температурой, фиксируемой
при определенных условиях термометром, баллончик с расширяющейся
жидкостью которого покрыт тонкой пленкой воды. Значение температуры мокрого
термометра зависит от интенсивности испарения воды с его поверхности: чем
больше воды испаряется в воздух, тем ниже температура пленки воды.
Количество воды, способной испариться в воздух, тем больше, чем меньше его
относительная влажность. Следовательно, по температуре мокрого термометра
можно судить об относительной влажности воздуха (рис. 4.25). На этом
основан психрометрический метод ее измерения.
Психрометр, с помощью которого реализуется данный метод, представляет
собой прибор, состоящий из двух расположенных рядом термометров. Один из
термометров - обычный, называемый сухим, другой - мокрый, его баллончик
обернут тонкой гигроскопичной тканью, например батистом, и смочен водой.
Сухой термометр показывает температуру / воздуха, мокрый - температуру
мокрого термометра /м. Разность показаний сухого / и мокрого термометров /м,
называемая психрометрической разностью, тем больше, чем меньше относительная
влажность воздуха. При относительной влажности воздуха ф = 1
психрометрическая разность равна нулю, показания термометров одинаковы (/ = /м), так как при
этих условиях испарения воды с поверхности баллончика мокрого термометра
не происходит. Зная температуру / воздуха и психрометрическую разность t-tM,
264

по психрометрическим таблицам или на / - ^/-диаграмме определяют
относительную влажность воздуха ф.
Рис. 4.25. Изменение состояния воздуха на / - ^/-диаграмме
В расчетах систем вентиляции и кондиционирования воздуха с
достаточной для практических целей точностью можно считать, что энтальпия воздуха
в тонком слое непосредственно на поверхности воды и энтальпия смоченного
баллончика термометра всего омывающего термометры воздуха равны. Тогда
линии /м - const и / - const совпадут, и температура смоченного термометра
определится но изотерме, проходящей через точку пересечения линий / = const
и ф = 1. Это значение /м соответствует всем состояниям воздуха, имеющим
энтальпию 1А.
Зная показания сухого и мокрого термометров, можно легко определить
по / - ^/-диаграмме состояние воздуха. Для этого на неё наносят изотермы /
и /м. Через точку пересечения изотермы /м с кривой ф = 1 проводят линию
/ = const до пересечения с изотермой / = const. Точка пересечения изоэнталь-
иы с изотермой / характеризует состояние воздуха, / и /м которого измерены
психрометром.
Изменение состояния влажного воздуха может быть представлено на
/ - ^/-диаграмме последовательностью точек, соответствующих начальному
и каждому последующему состояниям воздуха (точки А\, А2, Аъ и т.д. на
рис. 4.26). Линия, соединяющая эти точки, показывает изменение состояния
265

влажного воздуха. В общем случае это кривая линия. Если нас интересует
только начальное и конечное состояния воздуха, а промежуточные состояния
не имеют значения, то линию процесса можно представить прямой,
соединяющей точки, характеризующие на / - ^/-диаграмме начальное и конечное
состояния воздуха (линия АВ).
Рис. 4.26. Построение линий изменения состояния воздуха
Положение линии процесса на / - ^/-диаграмме определяется
приращениями энтальпии А/ и влагосодержания Ad. Если задана точка А начального
состояния влажного воздуха, то положение линии процесса можно определить
по заданным значениям: А/ и Ad, или их отношению: 8 =А/ / Ad. Величина б
является тепловлаэ/сностным отношением и называется угловым
коэффициентом процесса.
Угловой масштаб / - ^/-диаграммы представляет собой пучок лучей,
исходящих из начала координат диа!раммы и соответствующих направлениям
изменения состояния воздуха с определённым тепловлажностным отношением 8.
Угловой масштаб либо наносят на диаграмму в виде круга с лучами,
обозначенными соответствующими значениями 8 от -оо до +оо, либо их концы
фиксируют за рамкой диаграммы (см. рис. 4.21).
4.7.4. Судовые системы кондиционирования воздуха
Судовые системы кондиционирования воздуха (рис. 4.27)
предназначены для создания и автоматического поддержания в жилых и служебных
помещениях комфортных, благоприятных для самочувствия людей, физико-
266

химических свойств воздушной среды. Человек чувствует себя хорошо,
когда в установившемся режиме от него в окружающую среду отводится
столько теплоты и влаги, сколько вырабатывает организм. Теплота с
поверхности кожи человека передается теплопроводностью, конвекцией,
излучением и испарением влаги. Поэтому на его теплоощущения оказывают влияние
следующие факторы: температура, относительная влажность воздуха и его
подвижность, а также температура ограждающих поверхностей помещения.
12-
б 7^8^ 9^ 10 II
б)
ф^к^Х^Ф^*^
ю
18'
-cz>» ю
17'
19
2?фг~^г&-^
10 11
13 Г
12
20чл
т
<s
14
/
в)
18
-СП*» Ш
ЛН 22 /\ 8 ~ 9^
23 к
10 11
'24 13
11
-*zz>H
Ч,
16
Y*
\у
21^
=(Х
14
7
Z
г.
Рис. 4.27. Принципиальные схемы систем кондиционирования: а - одноканальная
центральная с рециркуляцией; б- одноканальная местно-центральная;
в - двухканальная: 1,17- воздухозаборник; 2 - фильтр; 3 - всасывающий трубопровод;
4 - воздухонагреватель 1-й ступени; 5 - камера смешения; 6 - вентилятор;
7 - воздухоохладитель; 8 - воздухоувлажнитель; 9 - воздухонагреватель п-\\ ступени;
10 - дроссельная заслонка; // - глушитель шума; 12 - магистральный трубопровод;
13 - коридор; 14 - помещение; 15 - выпускной воздухораспределитель; 16 - решетка;
18 - трубопровод рециркуляционного воздуха; 19 - удаление воздуха в атмосферу;
20 - доводочный эжекционный воздухораспределитель; 21 - воздухораспределитель-
смеситель; 22 - разделительная камера; 23 - первый канал; 24 - второй канал
267

В соответствии с санитарными правилами температура направленных на
людей струй охлажденного воздуха не должна отличаться от температуры в
помещении более чем на 5 °С, а перепад температур воздуха в помещении и
поверхностей ограждений не должен превышать ±2 °С.
Нормы минимального количества свежего воздуха на одного человека,
м3/ч, следующие:
- для жилых помещений в надстройках, для медицинских помещений,
радиорубок, курительных, камбузов, прачечных - 33;
- для жилых помещений в прочном корпусе на первой, второй, третьей
и четвертой палубах ниже главной палубы - соответственно 50, 60, 70 и 80;
- для кают-компаний, столовых, ресторанов, кинозалов - 20.
В результате жизнедеятельности человека с поверхности его кожи и через
дыхательные пути выделяются теплота, влага, углекислый газ, аммиак,
сероводород и т.д. В течение часа организм человека выделяет 330 ... 1050 кДж
теплоты, 40 ... 45 г влаги. Предельно допустимая норма концентрации паров
углеводородов в помещениях судов, перевозящих малосернистые
нефтепродукты, регламентируется величиной 2,5 мг/м3. Содержание пыли в
кондиционируемых помещениях не должно превышать 0,25 мг/м3. Поэтому системы
кондиционирования воздуха на морском судне должны обеспечить:
- подачу в помещения очищенного от загрязнения воздуха в количестве,
необходимом для ассимиляции вредных веществ;
- охлаждение и осушение в летнем режиме, подогрев и увлажнение
в зимнем режиме подаваемого в помещения воздуха для поддержания в них
комфортных условий обитания.
Работа кондиционеров по охлаждению воздуха основана на принципе
получения низких температур, используемом в холодильных установках. В
соответствии со вторым законом термодинамики для получения низких температур
необходимо затратить внешнюю работу по переносу теплоты от низкого
температурного источника к более высокому. Такую работу совершает компрессор.
Тепло от охлаждаемых веществ (вентиляционного воздуха или продуктов)
переносится компрессором с помощью рабочего тела (хладагента), имеющего
отрицательную температуру кипения при атмосферном давлении. Обычно в качестве
хладагентов используются специальные низкокипящие жидкости.
Непосредственно к объекту охлаждения холод передается с помощью промежуточного
теплоносителя (воздуха, воды, рассола).
268

В системе с рециркуляцией (см. рис. 4.27) воздух во второй ступени
увлажняется и подогревается до температуры 30 ... 45 °С, после чего он подается
в воздухораспределитель. Рециркуляция воздуха применяется с целью
сокращения расходов тепла и холода (рис. 4.27 а). В подобных системах параметры
воздуха можно изменять количественно регулятором расхода в
воздухораспределителе.
Местно-центральная одноканальная система с доводочными
воздухораспределителями без рециркуляции (рис. 4.27 б) позволяет наряду с
количественным регулированием расхода воздуха обеспечить качественное его
изменение за счет тепловлажностной обработки в доводочном эжекционном
воздухораспределителе. В нём установлен водяной теплообменник, который
охлаждает летом и подо1ревает зимой эжектируемый воздух.
В такой системе наружный воздух охлаждается в центральном
кондиционере до температуры 12 ... 16 °С и осушается летом либо нагревается до
температуры 15 ... 25 °С и увлажняется зимой, после чего поступает в
воздухораспределитель. Эжектируемый воздух из обслуживаемого помещения
проходит через теплообменник доводочного воздухораспределителя,
охлаждается до температуры 14 ... 18 °С летом или нагревается зимой до 30 ...
45 °С, смешиваясь с воздухом, поступающим из кондиционера, и вновь
подается в помещение. Такая схема системы обеспечивает большие
возможности для регулирования параметров обрабатываемого воздуха, позволяя
снизить производительность центральных кондиционеров в 1,5 ... 2,0 раза по
сравнению с предыдущим типом системы, уменьшить потребляемую холо-
допроизводительность и мощность системы на 20 ... 25 %, сократить массо-
габаритные характеристики воздуховодов.
Особенностью схемы рис. 4.27 в является наличие двух каналов, по
которым поступает воздух с отличными друг от друга параметрами. Смешивая
воздух, поступивший по каналам / и 11 в воздухораспределитель-смеситель в
различных количествах, можно получить разные параметры воздуха в помещении,
что позволяет производить его индивидуальную регулировку в каждом
обслуживаемом помещении в очень широких пределах.
На рис. 4.28 приведена принципиальная схема простейшего
кондиционера. Его основой является замкнутый с помощью трубопроводов контур,
состоящий из компрессора /, испарителя в виде змеевика 2, конденсатора 3
(обычно также в виде змеевика) и дросселя 4. Полости этих устройств и
трубопроводы заполнены хладагентом.
269

Рис. 4.28. Принципиальная схема простейшего кондиционера:
/ - конденсатор; 2 - основной вентилятор; 3 - воздушный фильтр;
4 - испаритель; 5 - охлаждающий вентилятор; 6 - компрессор
Принцип работы кондиционера состоит в следующем. В испарителе
кипящий хладагент испаряется с поглощением окружающего тепла, что ведет к
охлаждению корпуса испарителя (наружных частей змеевика). Компрессор
отсасывает образующиеся пары хладагента, сжимает их, при этом повышается их
температура и давление, и далее нагнетает в конденсатор. Там пары
конденсируются с отдачей тепла, переходя в жидкое состояние, и через терморегули-
рующий дроссельный клапан 4 хладагент поступает в испаритель, в котором
кипит с поглощением тепла, вновь испаряясь, и т.д. Этот процесс непрерывно
продолжается в течение всего времени работы компрессора. С помощью
вентилятора 5 воздух внешней среды через фильтр б всасывается в камеру
кондиционера, обдувает змеевик испарителя, охлаждается и выбрасывается (направляя-
ется) в рабочее помещение. Иногда между конденсатором 3 и испарителем 2
устанавливается ресивер, в котором происходит расширение хладагента с
дополнительным его охлаждением, что повышает холодонроизводительность
кондиционера. Тепло отводится за пределы помещения (например, с помощью
охлаждающего вентилятора или путем выноса самого конденсатора 3 во
внешнюю среду, как показано пунктиром на схеме). Часто конденсатор и компрессор
выносят за пределы рабочего помещения, располагая их в отдельном блоке.
Рассмотренный режим работы системы охлаждения называют режимом
прямого расширения, или компрессорным (рефрижераторным) режимом.
Наряду с ним во многих системах кондиционирования используют режим
естественного свободного охлаждения, суть которого состоит в следующем.
При понижении температуры внешнего воздуха ниже +5 °С этот режим
используют для охлаждения воздуха, подаваемого в рабочее помещение. С этой
целью в состав системы кондиционирования вводится дополнительный контур
охлаждения с незамерзающей жидкостью (например, гликолем - водным рас-
270

1 вором этиленгликоля) либо внешний воздух смешивают с рециркулирующим
воздухом, направляя его после этого в помещения.
Автономные кондиционеры устанавливаются на судах, не имеющих
судовых систем кондиционирования воздуха (ССКВ), одноканальных
высокоскоростных ССКВ. Преимуществами одноканальных высокоскоростных ССКВ,
по сравнению с одноканальными низкоскоростными, являются меньшие мас-
coi абаритные показатели оборудования и воздуховодов (это упрощает их
монтаж и исключает возможность распространения пожара в случае
возникновения его на судне), а также лучшее воздухораспределение и регулирование
температуры в помещении.
Чаще всего в центральных кондиционерах применяют наиболее выгодные
воздухоохладители непосредственного охлаждений, являющиеся испарителями
холодильных машин, внутри трубок которых кипит хладон-22 (R-22).
4.7.5. Автоматизация систем кондиционирования воздуха
В судовых системах кондиционирования воздуха (СКВ) применяются
пневматические, электромеханические системы автоматического
регулирования (САР), а также САР с регуляторами прямого действия.
САР обеспечивают более точное поддержание заданных значений
параметров работы СКВ. На рис. 4.29 показана принципиальная схема
пневматической САР.
Центральный одноканальный высоконапорный кондиционер СКВ
включает воздухоохладитель 19, воздухонагреватель 20, противопыльные фильтры
21, паровой увлажнитель 9, элиминатор 17, электровентилятор 23,
распределительную шумопоглотительную камеру 16 и блок автоматики. Элементами
пневматических САР являются датчики, регуляторы, сервомоторы, пневмо-
электрические реле и др. САР регулирует температуру, влажность воздуха
на выходе из кондиционера и давление его в магистральных воздухопроводах.
Для работы САР используется воздух низкого давления 0,6 МПа после редук-
торной станции / до давления воздуха 0,13 МПа.
Выбор необходимого режима обработки воздуха осуществляется
двухступенчатым электрогермостатом 24 (реле переключения режимов) с диапазоном
регулирования 1,3 ... 29,0 °С, который в режиме охлаждения через
распределительный щит 25 управляет работой электронневматического реле 2 и
холодильной машины 18, автоматически поддерживающей температуру кипения хла-
дона в воздухоохладителе 19, а следовательно, и температуру воздуха на выходе
из кондиционера.
271

Рис. 4.29. Принципиальная схема пневматической САР
систем кондиционирования воздуха
В режиме нагревания регулирование температуры воздуха на выходе из
воздухонагревателя 20 осуществляется в зависимости от температуры
воздуха на входе в кондиционер. Пневматический сигнал от датчика 22
поступает на вход пневморегулятора 5 (ПИ-регулятор), куда одновременно
поступает сигнал от датчика 10. В измерительном устройстве регулятора этот
сигнал сравнивается с сигналом от датчика 22. Обобщенный,
преобразованный в соответствии с ПИ-законом регулирования и усиленный сигнал
подается через пневмоманипулятор 4 на сервомотор с регулирующим клапаном
7. Клапан изменяет расход пара на воздухонагреватель 20, что вызывает
изменение температуры воздуха на выходе из кондиционера. Система
приходит в равновесие при достижении заданной температуры.
Регулятор с двумя датчиками (до вентилятора и после нагревателя)
обеспечивает плавную работу и поддержание стабильной температуры воздуха
на выходе из кондиционера. Влажность воздуха регулируется с помощью
датчика //, регулятора влажности б и исполнительного органа 8 посредством ре-
272

гулирующего клапана 8, который изменяет расход пара на увлажнитель 9.
Стабильное давление воздуха в нагнетательных воздухопроводах 15
поддерживается автоматическим пневморегулятором статического давления 14,
который, получая импульс от датчика давления 13, воздействует на
пневматический клапан 12.
Рис. 4.30. Процессы влажного воздуха в 1 ^/-диаграмме при взаимодействии с водой
На рис. 4.30 показаны основные физические процессы для влажного
воздуха в У - ^/-диаграмме при взаимодействии с водой, которые могут
происходить в кондиционерах. Процессы 1 и 2 представляют конденсацию влаги из
воздуха. Дальнейший процесс тепло- и влагообмена будет идти между
воздухом и водяной пленкой, покрывающей поверхность воздухоохладителя.
Процесс 2 протекает при d = const, в этом случае температура воды равна
температуре точки росы воздуха: /в = /р. При разности /в - /р явная теплота будет
передаваться от воздуха к воде. Влагообмен в этом процессе между воздухом
и водой отсутствует, а энтальпия воздуха уменьшается.
Процесс 3 - обработка воздуха водой с температурой ниже
температуры воздуха по мокрому термометру, но выше температуры точки росы,
охлаждение и увлажнение воздуха (гр < /в < t M ), а также понижение его
энтальпии. Энтальпия воздуха уменьшается, поскольку количество скрытой

теплоты, поступающей в воздух в виде водяных паров, меньше явной
теплоты, переданной от воздуха к воде для повышения ее температуры. Если
температура воды равна температуре воздуха по мокрому термометру: tQ = tM, то
полный теплообмен между воздухом и водой равен нулю, т.е. явная теплота,
поступающая от воздуха к воде, компенсируется подводом скрытой теплоты
от воды к воздуху.
Процесс 4 - понижение температуры от tA до /м и возрастание влагосо-
держания при постоянной температуре (адиабатическое увлажнение или
насыщение).
Процесс 5 - обработка воздуха водой, температура которой выше
температуры воздуха по мокрому термометру, но ниже температуры по сухому
термометру, когда имеет место процесс охлаждения и увлажнения воздуха.
При этом температура воздуха понижается, а энтальпия и влагосодержание
увеличиваются.
Процесс 6 - взаимодействие воздуха с водой, температура которой
равна температуре воздуха по сухому термометру, увеличение энтальпии воздуха
за счёт теплоты испарения при возрастании его влагосодержания.
Процесс 7 - взаимодействие воздуха с водой, температура которой
выше температуры воздуха по сухому термометру. При этом наблюдается
одновременное нагревание и увлажнение воздуха, энтальпия возрастает за счёт
явной и скрытой теплоты парообразования.
Количество задерживающих в фильтре веществ возрастает, а
следовательно, разность парциальных давлений насыщенного пара на поверхности
капель и водяного пара в воздухе увеличивается, вызывая интенсивное
парообразование и увлажнение воздуха. Процесс испарения ускоряется с
повышением (до определенного значения) скорости воздуха в увлажнительной камере.
Всего в камере испаряется 2 ... 3 % количества разбрызгиваемой воды в
единицу времени.
Процесс увлажнения воздуха в форсуночной камере с достаточной для
практики точностью считается адиабатическим. При отсутствии внешних
источников подвода или отвода теплоты процесс увлажнения воздуха
сопровождается увеличением энтальпии воздуха за счет скрытой теплоты,
содержащейся во введенной в воздух влаге, находящейся в парообразном состоянии.
Данный процесс сопровождается уменьшением его температуры по сухому
термометру за счет затраты явной теплоты на испарение этой влаги. При этом
274

температура разбрызгиваемой воды принимает значение, равное температуре
по мокрому термометру, и в процессе увлажнения не изменяется.
Процесс увлажнения воздуха испаряющейся разбрызгиваемой водой
математически выражается аналогично процессу увлажнения воздуха паром.
Гепловлажностная характеристика процесса изменения состояния воздуха
при увлажнении его водой представлена в виде процессов / и 2.
Процесс увлажнения воздуха водой с температурой выше О °С протекает
с увеличением энтальпии воздуха:
/в = св/в = 4,19/в,
где 4,19 - теплоемкость воды, кДж/(кг-К); /в - температура воды.
4.7.6. Характеристика систем фильтрации воздуха
Многообразие и размеры загрязнений наружного воздуха представлены
в схематическом виде на рис. 4.31. Большинство обычных фильтров,
очищающих воздух от пыли, эффективно задерживают частицы размером от 1 мк,
более мелкая пыль может проходить через фильтр. Кроме того, накапливая пыль,
фильтр увеличивает сопротивление и теряет свою эффективность.
Деодорирующие фильтры, которые должны улавливать запахи, обычно хорошо
работают только с определенными типами веществ, практически не улавливая
другие запахи.
Система фильтрации воздуха, благодаря своему принципу работы,
улавливает пыль любого размера, а также все известные ароматические
соединения. Загрязненный воздух проходит через газоразрядный реактор. Под
воздействием низкотемпературной плазмы происходит поляризация частиц
пыли, которые оседают на элементах первой секции фильтра (рис. 4.32). Кроме
того, в сильном электрическом поле происходит разрушение химических
соединений. Молекулы и атомы осколков окисляются на катализаторе.
Продукты окисления собираются на втором элементе фильтра, который
полностью очищает воздух от всех известных вредных примесей более чем
на 90 %. Кроме того, фильтр устраняет из воздуха все виды аллергенов, не
только очищая воздух, но и насыщая его анионами, которые благотворно
влияют на самочувствие и работоспособность. Следует отметить, что срок
эксплуатации фильтров данного типа практически не ограничен.
Антиоксидантный фильтр эффективно очищает воздух от бактерий. В
системах кондиционирования воздуха применяются антиоксидантные фильтры,
снижающие концентрацию бактерий в 100 000 раз. Вещество фильтра влияет
18*
275

на патогенные бактерии, даже когда их концентрация составляет всего 1 ррт
(частиц на миллион).
Размер частиц, мк
100.
10
1
0,1
Бактерии
i
;
Пыль
.0,01.
Мельчайшие
частицы
Плесень
Пыльца
Дым сигарет
Вредные газы
[(формальдегиды)!
Клещи
Частицы
Пыль
Пыльца
Клещи
Дым
сигарет!
Плесень
Вирусы
Бактерии
Вирусы
Молекулы
запахов
Неприятные запахи и вредные газы
Запахи
|животных|
Дым
сигарет
Молекулы
запахов
Запах еды

Формальдегид
Городской
«смог»
Рис. 4.31. Схема задерживающихся в фильтре веществ, частиц, запахов и газов
а) б)
Рис. 4.32. Секции улавливания пыли (а) и задержки запахов (б)
Системы газового анализа воздушной среды, применяемые в замкнутых
судовых помещениях для контроля качества воздуха, должны предупреждать
об уровне предельно-допустимых концентраций вредных и токсичных ве-
276

ществ. На танкерах, газовозах, морских буровых установках,
судах-нефтесборщиках действие этих систем направлено на предотвращение
возникновения взрывоопасных концентраций углеводородных газов.
4.8. Системы охлаждения грузовых
рефрижераторных контейнеров
В практике морских перевозок получили широкое применение
рефрижераторные контейнеры, которые оборудуются различными автономными
системами охлаждения.
Рассмотрим их принципиальное устройство и основы эксплуатации.
Рефрижераторные (охлаждаемые) и изотермические контейнеры.
Подобные контейнеры имеют теплоизолированные ограждения,
препятствующие теплообмену между грузами и окружающей средой. Изотермические
контейнеры применяются в основном для перевозки скоропортящихся грузов
(сохранностью до нескольких суток) и бывают малотоннажными (масса брутто
до 1,5 т) и среднетоннажными (брутто от 2,5 до 5т). В отличие от
изотермических контейнеров (термосов) рефрижераторные контейнеры в торцовой части
имеют машинные отделения для размещения холодильного и энергетического
оборудования. Они должны отвечать условиям работы на морских судах и
работать длительное время C0 ... 60 сут) без обслуживания.
Крупнотоннажные контейнеры B0- и 40-футовые) типов 1С и 1А
(массой груза брутто, соответственно, 20 и 30 т) имеют встроенные или навесные
холодильные машины с индивидуальными источниками энергоснабжения и
являются полностью автономными, если в них располагаются холодильная
и дизель-генераторная установка. Наиболее распространены
рефрижераторные контейнеры со встроенной или съемной холодильной установкой без
дизель-генераторной установки (снабжение электроэнергией от судовой
электростанции). Основные элементы контейнерных холодильных
установок, несмотря на различия в компоновке и отдельных конструктивных
решениях, однотипны.
В этих контейнерах применяются только полностью автоматизированные
холодильные установки. Системы охлаждения контейнеров воздушные
(рис. 4.33). Циркуляция воздуха обеспечивается одним или несколькими
осевыми вентиляторами. Воздухоохладители непосредственного охлаждения
ребристые (трубки, как правило, медные, ребра алюминиевые).
277

Рис. 4.33. Принципиальная схема системы охлаждения рефрижераторного контейнера:
7 - всасывающий клапан компрессора; 2 - нагнетательный клапан; 3 - соленоидный
клапан на всасывающей линии; 4 - модульный соленоидный клапан; 5 - линия байпа-
сирования испарителя; 6 - чувствительный элемент терморегулирующсго клапана
(ТРВ); 7 - испаритель; 8 - ТРВ; 9 - смотровое стекло; 10 - соленоидный перепускной
клапан; 77 - водоохлаждаемый конденсатор; 12 - указатель уровня жидкости
в конденсаторе; 73, 14 - выход и вход охлаждающей воды; 15 - фильтр-осушитель;
16 - запорный клапан на жидкостной магистрали; 17 - предохранительный клапан
по давлению; 18 - воздухоохлаждаемый конденсатор
Питание воздухоохладителей хладагентом осуществляется терморегули-
рующими вентилями с распределительными устройствами. Оттаивание
воздухоохладителей выполняется электронагревателями, используемыми также
и для обогрева контейнеров зимой. Датчиком начала оттаивания
воздухоохладителя является дифференциальное реле давления воздуха до и после
воздухоохладителя, датчиком окончания оттаивания - термореле.
Конденсаторы с оребрёнными трубками и воздушным охлаждением.
Во многих конструкциях в установку включаются ресиверы с водяным
охлаждением, выполняющие функции конденсаторов во время морских перевозок.
Ресивер-конденсатор снабжается штуцерами для подключения его к судовой
системе забортной воды. Давление в водяной системе охлаждения
контролируется датчиком-реле давления, при его снижении до определенного значения
реле включает вентиляторы воздушного конденсатора. Холодопроизводитель-
278

мость установок изменяется методом пусков и остановок компрессора. В
некоторых случаях дополнительно используется байпасирование части сжатого
пара во всасывающую линию.
Контейнер-цистерна. Контейнер-цистерна (КЦ) - рис. 4.34 - может
явиться идеальным транспортным средством для внутренних перевозок СПГ
и чистого охлажденного сжиженного метана в любой труднодоступный для
прокладки магистрального газопровода пункт. Низкая рабочая температура
и опасность наличия СПГ обуславливают высокие требования к конструкции
контейнера-цистерны.
Рис. 4.34. Контейнер-цистерна для сжиженного природного газа модели «КЦМ-35/0,6»:
/ - сосуд; 2 - опора; 3 - цепи вертикальные; 4 - изоляция; 5 - оболочка;
6 тяга продольная; 7 - арматурный отсек; 8 - отсек предохранительных клапанов;
9 - балка поперечная; 10 - сброс паров продукта; 11 - фитинг верхний;
12 - угловая стойка; 13 - фитинг нижний; 14 - рёбра крепления
Тепловая изоляция КЦ должна быть вакуумно-порошковая или волокнисто-
вакуумная. В связи с этим теплоизоляционный наружный кожух должен
выдерживать не только внешние нагрузки в аварийных ситуациях, но и внешнее
избыточное атмосферное давление. Запорная и предохранительная арматура должна
быть практически абсолютно герметичной. Элементы криогенного внутреннего
сосуда в теплоизоляционном корпусе должны выдерживать не только общие
транспортные нагрузки, но и нагрузки в аварийных ситуациях.
КЦ для СПГ имеют следующие параметры: вес продукта 15,5 т, объем
35,36 м3, максимальное допустимое рабочее давление 0,6 МПа, волокнисто-
вакуумная теплоизоляция, позволяющая хранить или транспортировать груз,
время срабатывания предохранительного клапана - менее 30 сут.
279

Сосуд КЦ выполнен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, оболочка КЦ -
из стали 09Г2С категорий 13 ... 15, тяги для раскрепления сосуда в оболочке -
из высокопрочной стали 07X16Н6, опоры - из стеклопластика КАС.
В конструкционном пространстве сосуд КЦ оборудован сорбентом на
основе регенерированного засыпкой силикагеля. В качестве волокнистого материала
тепловой изоляции использован материал из базальтового холста. Конструкция
коммуникаций между запорными элементами обеспечивает минимальные теп-
лопритоки к продукту от окружающего воздуха. Каждый элемент
предохранительных клапанов цистерны рассчитан на производительность при
геплопритоках к продукту, возможных при полной потере теплоизоляции.
КЦ оборудован специальным безопасным дренажным устройством,
позволяющим персоналу осуществлять (при необходимости) сброс давления газа
в атмосферу со скоростями, исключающими образование взрывоопасных
смесей метана с воздухом.
Повышенная опасность СПГ требует пристального внимания при
подготовке специалистов и организации его транспортировки. Перевозка без
сопровождающего персонала недопустима в пути следования и при хранении СПГ в КЦ
(должен быть обеспечен постоянный контроль внутреннего состояния цистерны
и величины избыточного давления в сосуде). Периодически цистерна должна
подвергаться обогреву и контролю герметичности сосуда, коммуникаций,
арматуры, проверке срабатывания предохранительных клапанов, контролю глубины
вакуума в изоляции и восстановлению требуемой величины разрежения.
4.9. Конденсатно-питательные системы
4.9.1. Системы питания котлов
Различают открытую и закрытую схемы питания паровых котлов
(рис. 4.35). При открытой схеме питания (рис. 4.35 а) конденсат из
конденсатора 5 подается конденсатным насосом 6 в теплый ящик 2, который
представляет собой встроенную цистерну с тепловой изоляцией наружной
поверхности, оборудованную вентиляционной трубой. Цистерна сообщается
с атмосферой и поэтому питательная вода в ней может растворять
значительное количество агрессивных для трубопроводов газов (кислорода и
углекислого газа). Теплый ящик является сборником горячих конденсатов,
поступающих по трубе 4 от различных конденсационных устройств и теп-
лообменных аппаратов.
280

iE
/*-
б> ^
f)
a
Рис. 4.35. Схемы систем питания паровых котлов: а - открытая система:
/ - питательный насос; 2 - теплый ящик; 3 - котельная установка; 4 - подвод
конденсата от потребителей и добавочной воды; 5 - конденсатор; 6- конденсатный
насос; 6 закрытая система: 7,6- поверхностный подогреватель; 2 - питательный
насос; 3 - деаэратор; 4 - котельная установка; 5 - конденсатор; 7- конденсатный насос
Из теплого ящика питательная вода забирается питательным насосом 1
и подается в котел 3. Высокое содержание кислорода и углекислого газа в
питательной воде в открытых схемах питания ускоряет протекание
коррозионных процессов в трубах поверхностей нагрева паровых котлов. По этой
причине открытые системы питания используются лишь во вспомогательных
котельных установках, где давление генерируемого пара, как правило, не
превышает 2 МПа.
В главных котельных установках, генерирующих пар более высокого
давления B,5 ... 10,0 МПа), используют закрытые системы питания. В такой
системе (рис. 4.35 б) конденсатным насосом 7 вода перекачивается из
конденсатора 5 в деаэратор 3, где происходит удаление растворенных газов при нагреве
воды до температуры ее кипения. Из деаэратора питательным насосом 2 вода
подается в котёл 4.
Вместимость деаэратора выбирается такой, чтобы обеспечивалось
питание котельной установки в течение 12 ... 15 мин при неработающем
конденсатом насосе, что повышает надежность системы питания. В закрытых
системах питания вода нагревается за счет теплоты конденсации пара,
отбираемого от главной турбины, или отработавшего пара вспомогательных турбин.
Кроме деаэратора, подогрев воды происходит также в поверхностных
подогревателях / и б. Число ступеней подогрева питательной воды определяется
тепловой схемой паротурбинной установки.
Для открытых систем питания котлов требования, предъявляемые к
питательной воде, сравнительно невелики. Схема теплого ящика показана на
рис. 4.36. При давлении генерируемого пара до 2 МПа допускается питание
паровых котлов пресной водой, имеющей следующие значения показателей:
281

- жесткость до 0,4 мг-экв./л;
- содержание кислорода до 1 мг/л;
- соленость до 10 мг/л.
С повышением давления генерируемого пара до 10 МПа требования к
качеству питательной воды повышаются и составляют следующие значения:
жесткость до 0,015 мг-экв./л, содержание кислорода до 0,01 мг/л, соленость до 2 мг/л.
и отвода воды; 3 - контрольно-смотровая цистерна; 4 - смотровое стекло;
5 - фильтр; 6 - патрубок отвода воздуха
Для того чтобы питательная вода удовлетворяла предъявляемым
требованиям, она должна регулярно подвергаться соответствующей обработке. Во-
дообработка предотвращает накипеобразование и коррозию поверхностей
нагрева котла.
4.9.2. Элементы судовых паровых систем
Рассмотрим основные элементы судовых паровых систем.
Маневровое устройство устанавливают на магистрали свежего пара
между главным стопорным клапаном котла и сопловой коробкой турбины
высокого давления (ТВД). Оно предназначено для пуска, регулирования мощности,
остановки и реверса путем изменения расхода пара. Если реверс установки
обеспечивается винтом регулируемого шага (ВРШ), то конструкция
маневрового устройства упрощается.
Быстр озапорный клапан служит для мгновенного прекращения подачи
пара к ТВД в случае срабатывания одной из автоматических систем защиты
ГТУ (повышение частоты вращения роторов турбин выше заданной, падение
давления масла в системе смазки, понижение вакуума в главном конденсаторе,
осевой сдвиг роторов).
Редукционно-охладителъное устройство предназначено для сброса пара
в ПТУ из системы главного пара в конденсатор турбины в следующих случаях:
282

- мгновенное закрытие быстрозапорного клапана (БЗК) при работе
турбины во время ее пуска;
- плановая и экстренная остановка турбины.
Устройство состоит из блока регулирования и дроссельно-увлажни-
тельного аппарата. В первом происходят дросселирование пара и подача
питательной воды через водяной клапан в дроссельно-увлажнительный аппарат,
в котором пар также дросселируется и охлаждается до параметров,
обеспечивающих надежную эксплуатацию конденсатора турбины. Проходя через
решетки, пар дросселируется. Через три форсунки в среднюю камеру
впрыскивается вода. Пар смешивается с водой, происходит его дальнейшее
дросселирование и охлаждение.
Коиденсатоотводчики (рис. 4.37 и 4.38) предназначены для
автоматического удаления конденсата с одновременным запиранием пара, который
поступает из паровых теплообменных аппаратов, систем парового отопления
(рис. 4.39), паропроводов и емкостей. В зависимости от назначения конденса-
тоотводчики выполняются в виде гидравлического затвора, дренажной шайбы
и конденсатоотводчика с открытым цилиндрическим поплавком.
Рис. 4.37. Принципиальные схемы конденсатоотводчиков:
а - конденсатоотводчик при разности давлений не более 0,02 ... 0,03 МПа:
/ - впускная полость с давлениемрх\ 2 - выпускная полость с давлениемр2;
б - дренажная шайба: / - диафрагма; 2 - защитная сетка;
в - конденсатоотводчик с открытым цилиндрическим поплавком: 1 - поплавок;
2 - рычаг; 3 - воздушный клапан; 4 - корпус; г - конденсатоотводчик
со сферическим поплавком: 1 - рычаг; 2 - воздушный клапан; 3 - поплавок
Гидравлический затвор (рис. 4.37 а) является самым простым из
конденсатоотводчиков. Конденсат, поступающий из емкости 1 с давлением р\
находится в левом колене на /г, м, ниже, чем в правом, соединенном с емкостью 2,
283

давление в которой /?2. По мере того, как в правое колено поступает часть
конденсата, соответствующее его количество будет дренироваться в емкость 2.
Расчетная высота затвора hpy м, определяется как разность давлений в
емкостях: /?р = 104 (р\ - рг). Полная высота колена составит hn = hp + Ah, где Ah =
= 0,1 м. При увеличении разности давлений высота колена будет возрастать,
что приведет к ухудшению массогабаритных показателей конденсатоотводчи-
ка, установленного, например, между главным конденсатором и охладителем
главного эжектора. Конденсатоотводчики данного типа обычно
устанавливаются при разности давлений не более 0,02 ... 0,03 МПа.
Рис. 4.38. Термостатический (а) и термодинамический (б) конденсатоотводчик:
/ - корпус; 2 - сильфон; 3 - крышка; 4 - прокладка; 5 - игольчатый клапан
На рис. 4.37 б показана дренажная шайба, состоящая из диафрагмы 2 с
отверстием малого диаметра и защитной сетки 7, предотвращающей засорение
диафрагмы. В ряде случаев функцию сетки может выполнять диафрагма,
имеющая отверстие большого диаметра.
Принцип работы дренажной шайбы заключается в том, что расход
конденсата через отверстие диафрагмы значительно больше, чем расход пара при
одинаковых перепадах давлений до диафрагмы и после нее. При установке
дренажной шайбы необходимо помнить, что действительный расход
конденсата через нее меньше расчетного, кроме того, она пропускает часть пара,
расход которого с ростом давления перед шайбой увеличивается. Поэтому
использование дренажной шайбы в качестве конденсатоотводчика ограничено
давлением не более 0,5 МПа и отношением действительного расхода
конденсата к расчетному расходу не менее 0,67.
Принцип действия конденсатоотводчика с открытым цилиндрическим
поплавком поясняет рис. 4.37 в. Смесь конденсата и газа (пар, воздух) поступает
под поплавок /. Конденсат, обтекая поплавок, выходит через клапан, а газ задер-
284

живается. По мере заполнения поплавка газом последний всплывает, рычагом 2
закрывается клапан 3, вследствие чего прекращается выход конденсата. Пар и
воздух, заполнившие поплавок, через небольшое отверстие в его крышке
поступают в корпус конденсагоотводчика 4, где пар конденсируется. В результате
поплавок заполняется конденсатом и, опускаясь, вновь открывает клапан для
прохода конденсата. Аналогичный конденсатоотводчик показан на рис. 4.37 г.
Рис. 4.39. Принципиальная схема системы парового отопления:
/ - отвод конденсата в паровой котёл; 2 - охладитель конденсата; 3 - невозвратно-
запорный клапан; 4 - конденсатная магистраль; 5 - производственные мастерские;
6 - конденсатоотводчик; 7 - невозвратный клапан; 8 - паровая грелка; 9 - трубопровод
свежего пара; 10, 11 - запорные клапаны; 12 - трубопровод конденсата; 13 - машинное
отделение; 14 - кладовая; 15 - паровая магистраль от парогенератора; 16 - трубопровод
пара с берега; 17 - манометры; 18 - трубопровод хозяйственного пароснабжения;
19 - камбуз; 20 - распределительный коллектор пара; 21 - сепаратор пара;
22 - редукционный клапан; 23 - предохранительный клапан; 24 - трубопровод
сброса пара; 25 - прачечная; 26 - пусковые клапаны; 27 - ванно-душевая
Приведем подробное описание принципа действия конденсатоотводчика
поплавкового типа в форме четырёх состояний (рис. 4.40).
1. Конденсатоотводчик устанавливается в линии дренажа между
обогреваемым паром агрегатом и водосборником линии возврата конденсата. При
пуске поплавок находится в нижнем положении (клапан выпуска полностью
открыт). Как только первоначальный поток конденсата поступит в конденса-
285

тоотводчик и войдёт под донышко поплавка, он заполнит полость корпуса
и полностью затопит поплавок. Затем конденсат выходит через полностью
открытый клапан в водосборник линии возврата,
а) б)
Рис. 4.40. Конденсатоотводчик с опрокинутым поплавком: а - вид в разрезе;
6 - поперечный разрез в четырёх рабочих состояниях (четыре фазы)
2. Пар поступает в конденсатоотводчик также под донышко поплавка, где
он поднимается и накапливается в верхней части, придавая поплавку подьём-
ную силу. Затем поплавок всплывает и подводит золотник клапана к седлу до
тех пор, пока клапан не зафиксируется в плотно закрытом положении. Воздух
и двуокись углерода постоянно выпускаются через вентиляционное отверстие
в поплавке и собираются в верхней полости конденсатооводчика. Та часть
пара, которая пройдёт через это отверстие, конденсируется за счет геплопотерь
конденсатооводчика.
3. Когда поступающий конденсат начнет заполнять поплавок, он слегка
потянет за рычаг золотника. По мере повышения уровня конденсата это
усилие будет увеличиваться до тех пор, пока не станет достаточным, чтобы
открыть клапан, преодолевая перепад давления.
4. Когда клапан начнёт открываться, давление на золотник уменьшится.
Поплавок быстро тонет, полностью открывая клапан. Первым выталкивается
скопившийся воздух, а затем конденсат. Поток, выходящий из-под нижней
кромки поплавка, подхватывает частицы загрязнений и выносит их из конден-
сатоотводчика. Выпуск продолжается до тех пор, пока свежая порция пара не
заставит поплавок всплыть, после чего цикл снова повторяется.
Термостатические конденсатоотводчики типа TTF производства фирмы
«Армстронг» (рис. 4.41) обладают малыми габаритами и весом в сочетании
с высокой пропускной способностью. Сварной корпус выполнен из
нержавеющей стали. Внутри крепятся пластины, которые в зависимости от
температуры управляют открытием/закрытием дренирующего отверстия клапана.
286

Рис. 4.41. Термостатический конденсатоотводчик типа TTF
В модификации TTF-1R входное отверстие располагается горизонтально.
Конструкция клапана отличается низкой изнашиваемостью: сферический
золотник но мере износа глубже садится на седло, сохраняя плотность затвора
(может также использоваться как воздухоотводчик).
Термостатические конденсатоотводчики типа WT и типа WT-3
предназначены для автоматического дренирования конденсата из паровых спутников.
Модель WT-1 выполнена из нержавеющей стали, WT-3 - из углеродистой
стали. Встроенный конусообразный фильтр защищает клапан от загрязнений
и окислов. Внутри сварного корпуса находится капсула со спиртосодержащей
жидкостью, которая в зависимости от температуры расширяется или
сжимается до исходного размера, управляя тем самым пластиной, плотно
закрывающей дренирующее отверстие клапана.
Расчетная производительность конденсатоотводчика составляет от 500
до 7200 л/ч. Несмотря на то, что он рассчитан на давление до 1,3 МПа,
из опыта эксплуатации установлено, что он может работать и до 10 МПа.
К достоинствам конденсатоотводчика рассмотренного типа относятся малые
габариты, что позволяет монтировать его непосредственно в трубопроводе.
Недостатком является отвод конденсата порциями, что способствует
повышенному износу клапана и потере части пара.
Следует отметить, что вместе с конденсатом выходит и воздух, так как
отсутствует кран для выпуска его из корпуса конденсатоотводчика. Указанных
недостатков лишен конденсатоотводчик (см. рис. 4.37 г) с закрытым
шарообразным поплавком 3, который перемещает золотник /. Так как во время рабо-
287

ты конденсатоотводчика входное отверстие залито водой и пропуск пара
отсутствует, воздух, скапливающийся в верхней части корпуса, удаляется через
воздушный кран 2. Удаление воздуха из корпуса при пуске, а также при
продувках конденсатоотводчика осуществляется с помощью наружного рычага,
которым открывается затвор. Конденсатоотводчик рассчитывается на давление
до 2,2 МПа и производительность от 200 до 17 500 л/ч.
Несмотря на то, что существуют различные конструкционные исполнения
конденсатоотводчиков (с диафрагмой, с поршеньком, с обратным колпачком,
с открытым колпачком, с поплавком), принцип действия их основан на
рассмотренных ранее закономерностях.
4.10. Очистка вспомогательного
оборудования судовых систем
В эксплуатации судовых систем и механизмов существует необходимость
периодической очистки теплообменных поверхностей от накипеобразования
и обрастаний. Для этой цели применяются механические и химические методы
очистки. Преимущество химической очистки состоит в том, что она позволяет
удалять накипь и обрастания из любой конструкции и мест, которые
недоступны для механической очистки, а кроме того, дает возможность
механизировать и автоматизировать сложные и трудоемкие процессы очистки, а также
выполнять профилактические работы в эксплуатационных условиях.
Эксплуатационные инструкции вспомогательного оборудования до настоящего
времени не всегда включают разделы по химической очистке. В некоторых случаях
установка не комплектуется необходимыми устройствами для химической
очистки или они не всегда эффективны. В подобных ситуациях происходит
доукомплектовывание необходимым оборудованием или очистка выполняется
переносными механизмами.
4.10.1. Системы химической очистки теплообменных аппаратов
В процессе эксплуатации главные и вспомогательные котлы
периодически подвергаются наружной и внутренней очистке химическим методом,
а наружная очистка выполняется сажеобдувкой паром либо сжатым воздухом.
Химическая очистка является более эффективной и менее трудоемкой по
сравнению с механической. Для химической очистки служат стационарные
и демонтируемые системы, обеспечивающие приготовление моющего раство-
288

pa, его циркуляцию через котел и отвод продуктов очистки в специальные
хранилища.
Наружная очистка поверхностей нагрева котла производится для
удаления сажистых отложений путем введения в рабочее пространство моющего
водного раствора химических препаратов.
Для очистки вспомогательного и утилизационного котлов применяют
специальный бак, который через трубопровод заполняется пресной водой,
подогретой до 50 °С. Затем в бак вначале засыпается препарат, который
перемешивается до полного растворения, после чего моющий раствор готов к
употреблению. Массовое соотношение воды, выбор препаратов и их концентрацию
определяют по инструкции.
Схема химической очистки теплообменных аппаратов испарителей с
циркуляцией моющего раствора приведена на рис. 4.42. В качестве реагента,
например, используются сухой порошок сульфаминовой кислоты или реагент
типа «SAF - Asid», расчетное количество которого засыпается в бак 3, в
который насосом 18 подается дистиллят подпитки теплого ящика 17 или пресная
вода от судовой системы через клапан 7. С целью ускорения процесса
растворения реагента в баке можно создать циркуляцию раствора. Удостоверившись,
что реагент полностью растворился, необходимо закрыть клапан 4 и открыть
клапан 14 на испарителе. Далее 5 ... 7 %-й моющий раствор подается насосом
8 через клапаны 2, б и 14 в геплообменный аппарат 13 (выше трубной доски на
25 ... 50 мм). Циркуляция раствора с открытым клапаном 9 и закрытым 2
продолжается до тех пор, пока не начнет меняться цвет раствора. Так, при
использовании данного реагента золотистый цвет меняется на зеленый, для других
реагентов изменение цвета указывается в инструкции.
Степень очистки контролируется через смотровые стекла испарителей,
а изменение цвета раствора - через смотровое цилиндрическое стекло 5. Для
улучшения очистки можно подогреть циркулирующий раствор водой,
находящейся в греющем контуре, за счет подачи пара через клапан 15 штатным
инжектором 16, который создаст циркуляцию воды в греющем контуре.
После очистки теплообменного аппарата раствор перекачивается насосом 8
в бак 3 через клапаны 9, 11 и 12, где нейтрализуется тринатрийфосфатом или
кальцинированной содой. Степень нейтрализации определяется химическим
анализом в судовой лаборатории. Нейтрализованный раствор дренируется
в льяльный колодец МО через клапан 7, теплообменный аппарат заполняется
19-2078
289

дистиллятом для промывки контура. После промывки промывочная вода
спускается в льяла через клапан 10.
Рис. 4.42. Схема очистки тсплообменных аппаратов испарителей типа Д5У:
/, 2, 4, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 14, 15 - клапан; 3 - бак; 5 - смотровое цилиндрическое стекло;
8, 18 - насос; 13 - теплообменный аппарат; 16 - инжектор; 17 - тёплый ящик
Эксплуатация данной схемы очистки дает положительный результат при
небольших затратах на ее оборудование, обеспечивает сокращение времени
ручного труда и времени очистки.
Для ослабления процессов накипеобразования и коррозии теплообменных
аппаратов многоступенчатых вакуумных опреснительных установок (ВОУ)
мгновенного вскипания применяется триполифосфат натрия (ТПФН) -
известный ингибитор, характеризующийся невысокой стоимостью. Введение
небольших доз (не более 0,2 мг/л) ТПФН в питательную воду исключает образование
прочной кристаллической накипи, а также закупорку труб вследствие
отслаивания накипи с крышек при переменных тепловых нагрузках и вибрации.
Плотность накипи в закупоренных трубах иногда настолько велика, что
требуется высверливание, поскольку химическая очистка оказывается
неэффективной. Через 2000 ч работы ВОУ толщина пленки составляет 0,3 мм.
В трубках конденсаторов наблюдается тонкий налет, практически не
снижающий теплопередачу и не увеличивающий расход пара на ВОУ. Без введения
противонакипной присадки через 2000 ч расход увеличивается на 30 ... 40 %.
Правильная дозировка ТПФН позволяет обеспечить длительную эксплуатацию
и увеличить период между химическими чистками ВОУ до 3000 ... 4000 ч
с сохранением спецификационного расхода пара.
290

^Р<хН^
Рис. 4.43. Схема очистки теплообменных аппаратов углекислым газом:
/ теплообменный аппарат; 2 -- клапан для выпуска растворившихся газов;
3 - циркуляционный насос очистного устройства; 4,5 - слив и прием забортной воды;
6 - штатный циркуляционный насос; 7 - подвод углекислого газа;
8 - эжектор для диспергирования газов
Для очистки теплообменных поверхностей от накипи можно применять
углекислый газ (рис. 4.43). Суть метода заключается в переходе карбоната кальция
(основной компонент в накипи теплообменных аппаратов с температурой
стенки до 82 °С) в растворимые гидрокарбонаты в присутствии угольной кислоты,
образующейся при растворении двуокиси углерода в моющей воде. Метод
отличается простотой, универсальностью, отсутствием вредного воздействия на
окружающую среду при сбросе отработавших растворов за борт.
Применение данного метода на практике показало следующее:
продолжительность очистки конденсатора при толщине накипи 0,1 ... 0,26 мм составила
20 ч, степень очистки потоком воды - 80 %. Остальное легко удалялось
механически. Например, маслоохладитель ГД теплохода D0 м2) при толщине накипи
0,35 ... 0,4 мм очищается за 26 ч. Степень очистки потоком воды 80 ... 90 %.
Воздухоохладители ГД подвергают очистке в среднем через 3000 ...
4000 ч работы. Со стороны воздуха они промываются 5 %-м горячим водным
раствором препарата типа «ИМФ-1», «Превоцелл» или ОП-10, струей горячей
воды. Со стороны морской воды теплообменные поверхности часто имеют
отложения твердой карбонатной накипи. Очистку производят 5 ... 10%-м
раствором малеиновой или сульфаминовой кислоты.
Очистка системы охлаждения пресной воды дизелей (цилиндры, поршни,
форсунки), поршневых компрессоров от железоокисных и накипных
отложений производится без разборки, путем циркуляции штатным насосом
подогретого 5 %-го раствора ингибированной соляной кислоты с добавкой 0,3 %
уротропина и 0,1 % поверхностно-активных веществ («Превоцелл» или ОП-10).
19* 291

В этих системах могут быть маслянистые и углеродистые отложения в случае
попадания моторного масла или длительного применения присадок типа
«Дромос В, Д» и «ВНИИНП-i 17Д».
Очистка систем производится промывкой подогретым 0,5 ... 1,0 %-м
раствором в пресной воде препаратов типа «ОП-10», «ИМФ-1», «Превоцелл».
Штатный насос прокачивает раствор в течение 10 ... 20 ч. С целью удаления
смешанных отложений (железоокисных и накипных, пропитанных маслом)
в раствор вводят одно из перечисленных поверхностно-активных веществ,
а затем соляную кислоту с ингибиторами. По окончании очистки раствор
нейтрализуют и спускают в льяла МО, а систему заполняют свежей водой, и
промывают в течение 1 ...2 ч. Затем промывочную воду удаляют, систему
заполняют охлаждающей водой и вводят ингибитор.
Маслоохладители, топливоподогреватели и сепараторы нефтесодержащих
вод очищают 0,5 ... 1,0 %-м подогретым раствором ОП-7, ОП-10 и ИМФ-1.
При использовании морской воды в качестве охлаждающего
теплоносителя наблюдается обрастание внешнего контура системы охлаждения
морскими организмами (балянусами, мшанками, двустворчатыми моллюсками и др.).
Процесс обрастания носит вероятностный характер, и его интенсивность
обуславливается многими факторами (биогеографические данные, условия
эксплуатации, конструктивные парамефы объекта и др.). Наиболее интенсивное
обрастание происходит при скорости морской воды 0,05 ... 0,2 м/с; резкое
уменьшение обрастания отмечается при скорости 0,35 ... 0,5 м/с; при скорости
более 1,0 м/с в океане обрастание практически отсутствует.
Процесс обрастания поверхностей со стороны морской воды можно
снизить рациональным проектированием системы или применением эффективных
способов защиты. Первое направление предполагает выполнение следующих
операций:
- применение материалов, обладающих при определенных условиях
токсичными свойствами (например, медь и ее сплавы, коррозирующие со
скоростью более 0,05 мм/год);
- использование систем, работающих при температуре морской воды или
стенок теплообменных аппаратов более 40 ... 50 °С;
- полное отсутствие водообмена в системе;
- Офаничение постоянной скорости потока морской воды (более 1,5 м/с).
Наиболее эффективным способом защиты систем охлаждения забортной
водой от обрастания является электролизное хлорирование. В качестве реа-
292

гейта используется раствор активного хлора, полученный непосредственно
на месте коробления бездиафрагменным электролизом морской воды. Доза
активного хлора 1,0 ... 1,5 мг/м3 обеспечивает полное удаление
микроорганизмов, наиболее интенсивно способствующих процессу обрастания, а также
предотвращает новые накопления. Основные биоцидные компоненты
реагента, обладающего высокой реактивной способностью, обусловливают
невозможность их накопления.
Химические и механические способы очистки судовых систем и
вспомогательного оборудования от накипи - весьма трудоемкий процесс, требующий
большого объема ремонтно-эксплуатационных работ, остановки оборудования
на время чистки, затрат на химреагенты и т.п. Кроме того, химическая чистка
экологически небезопасна. В промежутках между чистками накипь
продолжает оседать в оборудовании и трубопроводах, а это означает невосполнимые
потери теплопередачи и перерасход энергоресурсов. В связи с этим в
настоящее время применяются другие методы очистки, такие как магнитная и
ультразвуковая обработка воды.
Магнитная обработка воды. Характеризуется эффектом привыкания
воды, в результате которого положительный эффект через некоторое время
пропадает, а также эксплуатационными ограничениями (по жесткости воды,
рН, щелочности).
Ультразвуковая обработка воды. Данный вид очистки разрушает
центры кристаллизации, предотвращая накипь, и разрушает имеющиеся отложения.
Установка электронных преобразователей солей жесткости воды типа
«Термит» принадлежит к поколению устройств безреагентного умягчения воды,
широко распространенных за рубежом. Она позволяет отказаться от регулярных
чисток оборудования, нормализовать потребление энергоносителей и тем самым
существенно снизить расходы. Работа этих устройств основана на передаче
микропроцессором в воду электромагнитных волн звуковой частоты, которые
меняют структуру солей жесткости с образованием хрупкой арагонитной формы
карбонатов. При этом накипь больше не образуется, а сформировавшиеся ранее
отложения постепенно размягчаются (один - два месяца) и уносятся с потоком
воды. К достоинствам этих приборов относятся гарантированная
эффективность, безотказность, простота установки, не требуются расходные материалы,
эксплуатационные затраты и обслуживание.
Модель устройства типа «ТЕРМИТ» подбирается по диаметру
трубопровода. Устройства данного типа защищают любое теплообменное оборудование:
293

- котлы, бойлеры, радиаторы, теплообменники;
- компрессоры, градирни, насосы, дистилляторы, конденсаторы и т.д.;
- системы кондиционирования, центрального отопления, водопроводные
коммуникации.
4.10.2. Методы очистки систем пресной воды
Основной проблемой очистки пресной воды является образование
болезнетворных бактерий в трубопроводах, которые могут явиться причиной
возникновения различных серьезных заболеваний человека (болезнь
«легионеров»). В связи с этим существуют различные способы очистки пресной воды.
Рассмотрим их более подробно.
Химические методы. Рассмотрим некоторые из них. К ним относятся
озонирование воды и её ионизация ионами меди и серебра. Требуют регулярной
продолжительной и дорогостоящей обработки.
Метод обработки воды ультрафиолетом. Этот метод не является
надежным, поскольку существует риск, что не все бактерии будут уничтожены.
Метод с использованием хлора. Для того чтобы убить бактерии с
помощью хлора, необходима его концентрация, в 50 раз превышающая нормальный
показатель в обычном бассейне. Применение диоксида хлора вместе с
термической обработкой дает хорошие результаты, однако этот метод может
приводить к интоксикации.
Метод с использованием горячей воды с температурой > 70 °С, которая
пропускается через систему под сильным напором в течение 30 мин, создавая
риск ожогов горячей водой.
Методом безопасного и эффективного уничтожения бактерий является
использование в водопроводных системах пластинчатых теплообмен ных
аппаратов, позволяющих избежать застоя воды в резервуарах и, таким
образом, исключить вероятность размножения бактерий. Высокая
турбулентность предотвращает отложение грязевых осадков. При использовании
пластинчатого теплообменного аппарата время нагрева воды чрезвычайно
непродолжительно, а распределение теплопередающих элементов по всей
поверхности теплопередачи гарантирует отсутствие «мертвых зон». Таким
образом, поддерживая горячую воду в горячем состоянии, а холодную -
в холодном, можно исключить тупиковые ответвления трубопроводов
и правильно определить параметры циркулирующего потока, что позволит
избежать нарушений режимов работы.
294

Глава 5
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НАЛИВНЫХ СУДОВ
5.1. Классификация танкеров по дедвейту
Мировое потребление энергоносителей по состоянию на 2009 г.,
представленное в следующем виде: нефть - 39 %, газ - 24 %, уголь - 25 %,
атомная энергетика - 6 %, гидроэнергетика - 6 %, свидетельствует о том, что
в ближайшее время в мировом флоте будут преобладать танкеры.
Состав современного нефтеналивного флота можно рассматривать
по группам:
- малотоннажные танкеры дедвейтом до 5 тыс. т;
- Handsize - 10 ... 50 тыс. т;
- среднетоннажные танкеры дедвейтом до 30 тыс. т;
- крупнотоннажные танкеры свыше 30 тыс. т;
- Panamax - 40 ... 80 тыс. т;
- Mammath tanker дедвейтом 70 ... 150 тыс. т;
- Suezmax - 120 ... 200 тыс. т;
- Aframax - 80 ... 120 тыс. т;
- Mega tanker дедвейтом 1 млн. т;
- СС - Crude (oil) Carrier, Oil Tanker- нефтеналивные танкеры;
- VLCC - Very Large Crude Carrier - очень большие танкеры дедвейтом
200 ... 320 тыс. т;
- ULCC - Ultra Large Crude Carrier - сверхбольшие танкеры дедвейтом
300 ... 800 тыс. т;
- LNGC - Liquefield Natural Gas Carrier - газовозы для перевозки
природных сжиженных газов;
- LPGC - Liquefield Petroleum Gas Carrier - газовозы для перевозки
нефтяных газов;
- ОВО - Oil/Bulk/Ore - танкеры-нефтерудовозы;
- ЕЕЕ - экологичные, экономичные европейские танкеры (европейский
стандарт танкера).
Параметры типовых современных танкеров приведены в прил. 1.
295

5.2. Специальные системы танкеров
Нефтеналивные морские суда оборудуются следующими специальными
системами:
- грузовыми, предназначенными для приёма, перекачки и выдачи
жидкого груза, а также водяного балласта из балластных и грузовых балластируемых
танков;
- зачистными, применяемыми для откачивания остатков груза через
специальные зачистные приёмники меньшего сечения с отдельными клинке-
тами механизированной промывки грузовых танков от остатков груза;
- газоотводными, поддерживающими нормальное давление в грузовых
танках путём отвода газов, образующихся при испарении, а также с
помощью впуска наружного воздуха;
- системами мойки танков: мойка сырой нефтью с утилизацией газов
котлов, мойка холодной забортной водой с автономной генерацией газов,
мойка подогретой забортной водой;
- системами подогрева жидких грузов, предназначенными для
подогрева вязких нефтепродуктов с целью обеспечения их перекачки по
трубопроводу при выгрузке;
- системами орошения палуб забортной водой для охлаждения с целью
уменьшения испаряемости груза в жаркое время;
- системами инертных газов (СИГ) для заполнения свободного объёма
грузовых танков инертным газом (ИГ) с целью снижения испаряемости
груза и предупреждения пожара;
- системами вентиляции для дегазации танков;
- системами пропаривания как дополнительным средством для очистки
и дегазации танков);
- системами гидравлики (для привода грузовых погружных насосов
и других вспомогательных механизмов, где рабочей средой являются
высококачественные сорта масел с давлением около 10 МПа или чистая пресная
вода с добавлением глицерина).
5.2.1. Грузовые системы нефтеналивных танкеров
В состав грузовых систем входят следующие элементы:
- грузовые и балластные слон-танки;
- грузовые и зачистные насосы, трубопроводы;
296

- запорная арматура, компенсаторы, сепараторы, фильтры, приемные
патрубки, контрольно-измерительные приборы.
На рис. 5.1 приведена принципиальная схема грузовой системы.
Погрузка танкера осуществляется с помощью береговых насосных установок
закрытым способом. Груз принимается по перекинутым с берега на борт
гибким шлангам и распределяется по танкам сетью трубопроводов, минуя
грузовые насосы. Разгрузка танкера производится судовыми насосами.
Процесс разгрузки каждого танка может быть разделен на два этапа. На
первом этапе основная масса груза откачивается грузовыми насосами,
работающими со спецификационной подачей. В качестве грузовых насосов на
танкерах используются центробежные насосы большой подачи.
На втором (заключительном) этапе разгрузки у приемных патрубков
грузовой системы образуются вихревые воронки, через которые начинается
прохват - интенсивное проникновение воздуха в приёмный трубопровод
насоса. Последующая работа центробежного насоса невозможна, так как он
не обладает способностью сухого всасывания. Уровень груза, при котором
образуются вихревые воронки, составляет 0,5 ... 2,5 м и зависит от
конструкции грузовой системы, рода перекачиваемого груза, высоты днищевого
набора и его конструктивного исполнения. На этом этапе разгрузка
осуществляется зачистной системой. В ее состав входят зачистные насосы
объемного типа или эжекторы, имеющие меньшую подачу и не боящиеся захвата
воздуха, а также трубопроводы небольшого диаметра.
Эффективность выгрузки может быть повышена благодаря
использованию специальных установок для удаления паров нефтепродуктов и воздуха
из приемного трубопровода, обеспечению зачистки за счет перепуска части
жидкого груза и оборудования танкеров вакуумными цистернами,
погружными насосами и т.д.
Количество грузовых насосов обычно принимается по числу сортов
перевозимого груза. При перевозке одного сорта груза устанавливают не менее
двух насосов. Количество зачистных насосов определяется принятым
способом зачистки танков и схемой грузовой системы (обычно два-три насоса).
При зачистке танков грузовой системы зачистных насосов вообще может не
быть. Суммарная подача грузовых насосов увеличивается с ростом дедвейта
танкеров и зависит от заданного времени откачки груза. Для танкеров
дедвейтом до 10 тыс. г время откачки груза составляет 5 ... 10 ч, для танкеров
дедвейтом от 10 до 150 тыс. т - 10 ... 14 ч и для танкеров более 150 тыс. т -
297

ю
00
Н2
На верхнюю палубу
"г | Отстойный танк
Цистерна
отстоявшихся
нефтепродуктов
Цистерна сбора протечек
жидкого груза
Рис. 5.1. Принципиальная схема грузовой системы танкера с линейным магистральным трубопроводом: / -
магистральный трубопровод; 2 - отростки;.? - поворотный затвор; 4 - сильфонный компенсатор; 5 - грузовые насосы;
б - зачистные насосы

14 ... 20 ч. Подача каждого грузового насоса может составлять 500 ...
12 000м3/ч при напоре 80 ... 160 м вод. ст. Их приводы, размещаемые,
как правило, в машинном отделении, могут потреблять мощность,
составляющую до 50 % мощности ГЭУ. Подача зачистных насосов составляет
125 ... 240 м3/ч у поршневых и 150 ... 1200 м3/ч у винтовых насосов при
напоре 80 - 150 м вод. ст.
Трубопроводы грузовых и зачистных систем обычно изготавливают из
стальных бесшовных или электросварных труб без защитных покрытий.
Диаметры трубопроводов грузовых систем могут достигать 800 ... 1000 мм
при толщине стенок 12 ... 16 мм, а диаметры зачистных - 200 ... 250 мм.
Управление работой грузового комплекса осуществляется
дистанционно из поста управления грузовыми операциями (ПУГО), размещаемого, как
правило, у носовой переборки кормовой надстройки.
На танкерах с высокой степенью автоматизации устанавливаются
комплекты программного обеспечения ведения грузовых и балластных операций,
которые во многом определяют эффективность проведения грузобалластных
операций, сохранность грузов, взрывопожаробезопасность, выполнение
требований к экологической чистоте эксплуатации.
Грузовые системы с погружными насосами применяют на танкерах
для перевозки нескольких сортов нефтепродуктов, а также на продуктовозах.
Грузовые системы обеспечивают перекачивание груза со скоростью не более
2,0 ... 2,5 м/с. Время выгрузки в часах и необходимая подача грузовых
насосов определяются по следующим формулам:
Т = ( 1 - Ь) G / Qocu + bGI бзач; бэач = A " b)GI[t - Ъ G/бзач],
где G - грузоподъёмность судна;
?Л)С1и ??зач ~ подача при выгрузке основного груза (без зачистки) и при
зачистке соответственно, т/ч;
Ъ - доля груза, подлежащего зачистке.
Вакуумная грузовая система танкера разработана для выкачки
нефтепродуктов по окончании разгрузки грузовыми насосами. При снижении
уровня в танках в.конце выгрузки начинает подсасываться воздух
вследствие образования воронки в грузовой трубопровод, что вызывает резкое
падение подачи насосов. В этом случае откачку груза ведут не отдельно из
каждого танка, а из специальных цистерн - вакуум-танков.
Грузовые танки соединяют с вакуум-танкОхМ небольшой емкости,
связанным с грузовым насосом и воздушным эжектором. Жидкий груз выгру-
299

жается из вакуум-танка, в котором создается пониженное давление. Из
грузовых танков в вакуум-танк груз поступает самотеком. Когда уровень
жидкости в грузовом танке понижается настолько, что из него начинает
засасываться воздух, включают эжектор, отсасывающий воздух и
создающий перепад давления.
)^Сг
у
13
12 15
t
и
^-^
s7
3 2 I
л
V
V
14
9
~
10
^Г
Рис. 5.2. Схема откачки жидкого груза через вакуум-танк: 1 всасывающая труба;
2 - насосное отделение; 3 - машинное отделение; 4 - компрессор; 5 - баллон;
б - береговая емкость; 7 - эжектор; 8, 13 - нагнетательная труба; 9 - грузовые танки;
10, 15 - приемная труба; 11- центробежный насос; 12 - трехходовой клапан;
14 - вакуум-танк
Грузовые танки 9 и вакуум-танки 14 (рис. 5.2), насосное отделение 2
и машинное отделение 5 разделены переборками. Центробежный насос 11
через всасывающую трубу 1 связан с вакуум-танком. Вдоль грузовых танков
проходит приемная труба 10. Разгрузка танков осуществляется насосом 11
через нагнетательную трубу 13 в береговую емкость 6. Труба 13 через
трехходовой клапан 12 и трубу 15 связана с вакуум-танком 14. В машинном
отделении установлен приводной двигатель центробежного насоса 11 и
компрессор 4, связанный через баллон 5 с эжектором 7, установленным на
вакуум-танке 14 и сообщающимся с атмосферой через трубу 8. В результате
в танке образуется разряжение, равное 3,0 ... 3,5 мм вод. ст. Продолжая
откачку груза, вакуум-танк сообщают с очередным грузовым танком.
300

Также применяются вакуум-танки без эжекторной системы. В этом
случае перед началом выгрузки вакуум-танк полностью заполняется,
герметизируется, затем через отдельный приемник откачивается 2/3
по высоте груза. В результате в танке образуется разрежение, равное 3 ...
3,5 мм вод. ст. Продолжая откачку груза, вакуум-танк сообщают с
очередным грузовым танком. Под действием атмосферного давления груз будет
перетекать из грузовых танков в вакуум-танк. По этому принципу
осуществляют также зачистку танков. Вакуум-танки могут применяться при
любой грузовой системе.
При эксплуатации грузовых систем наиболее общими являются
следующие мероприятия:
- продолжительность слива (выгрузки) груза должна быть не более 17 ч;
- манифолд устанавливается на расстоянии не менее 4,6 м от правого
или левого борта;
- в комплект трубопроводов входят как минимум четыре трубопровода:
два грузовых, один для бункеровки и один для отвода паров;
- погрузка обычно производится в средние танки танкера с
попеременным переходом на носовые и кормовые танки;
- минимальное давление разрыва грузового шланга должно в 4 раза
превышать давление, устанавливаемое на предохранительном клапане,
а при его отсутствии в 4 раза превышать давление, развиваемое грузовым
насосом (разрывное давление не менее 4,2 МПа, рабочее давление - 1 МПа);
- присоединение гибкого шланга берегового грузового трубопровода к ма-
нифолду танкера осуществляется персоналом терминала, но может выполняться
силами судового экипажа по заявке фрахтователя за определённую плату;
- в месте подсоединения шланга устанавливается поддон, подносятся
опилки, песок, ветошь, кошма и огнетушители;
- перед приёмкой груза все шпигаты должны быть заглушены;
- одновременно со шланговкой производится заземление танкера,
поднимается флаг «Браво», ночью включается красный огонь;
- необходимо соблюдать следующий порядок открытия клапанов:
вначале открывают клинкеты грузовых танков, в которые намечено наливать
груз в первую очередь, затем - приёмные клинкеты. Приём груза должен
осуществляться с начальной скоростью не более 1 м/с;
- интенсивность погрузки и скорость налива груза зависит от диаметра
трубопровода;
301

- в дальнейшем скорость подачи груза должна постепенно
увеличиваться, но не более 12 м/с.
Зависимость подачи груза Q, м'/ч, от диаметра трубопровода при
прочих равных условиях:
Д мм 80 100 150 200 250 305 360 410 460 510 610 710 810
?,м3/ч21 69 65 116 182 262 320 424 542 676 986 1354 1782
Замер уровня груза и отбор проб разрешается производить только
через 30 мин после окончания погрузки танка (после рассеяния
накопившегося на поверхности груза заряда статического электричества). Уровень
измеряется метрштоком с точностью до 1 мм, температура определяется
с точностью до 0,3 °С. По окончании погрузки (прекращению подачи
груза) с берега и осушения грузовых шлангов закрываются клинкеты на
судовом грузовом трубопроводе.
5.2.2. Системы вентиляции
Данные системы служат для очистки танков от газов при выполнении
в них различных работ. Существуют следующие системы вентиляции:
- стационарная система с использованием трубопроводов грузовой
системы как для напорной1, так и для вытяжной2 вентиляции;
- вентиляция с использованием переносных вентиляторов,
монтируемых в палубных горловинах грузовых танков (при этом способ вытяжной
вентиляции более эффективен).
Недостатки напорной вентиляции - большое общее гидравлическое
сопротивление, низкая эффективность вентиляции (воздух поступает в танк
сверху, прижимая пары нефтепродуктов, так как они тяжелее воздуха,
к днищу).
При вентиляции производится анализ воздуха. При выполнении
огневых работ норма допустимой концентрации паров углеводородов в
атмосфере танка не более 0,1 нижнего предела воспламеняемости (НПВ). При
большем их содержании любые работы в танках запрещены (без защитной
одежды и дыхательных приборов).
В системе напорной вентиляции воздух нагнетается в танки вентилятором по
трубопроводам грузовой системы, а вытесняемые пары выходят через газоотводную
систему.
2 В системе вытяжной вентиляции пары отсасываются вентилятором из танка в
атмосферу.
302

При выполнении любых работ в танке должна осуществляться
непрерывная вентиляция, а за работами должны наблюдать лично старший
помощник и вахтенный помощник.
Системы орошения. В летнее время при нагревании корпуса (и
особенно верхней палубы) происходит интенсивное испарение нефтепродуктов.
Чтобы снизить интенсивность испарения, выполняют орошение палубы
водой. Под переходным мостиком проложен трубопровод с отростками на оба
борта. Трубопровод подсоединен к пожарной магистрали, от которой
подводится и по палубе через распылители распрыскивается забортная вода. При
испарении вода отбирает тепло от металла палубы, тем самым снижая
температуру паров в танке и, следовательно, интенсивность испарения. Однако
включение орошения не всегда возможно даже при очень высокой
температуре воздуха и забортной воды. Необходимо контролировать температурные
пределы перевозимого нефтепродукта.
Например, перевозимая нефть имеет пределы взрываемости паров 2 ...
26 °С. Танкер находится в районе со следующими параметрами окружающей
среды:
- температура воздуха 33 °С;
- температура забортной воды 29 °С.
Орошение включать нельзя, так как в этом случае температура паров
в ганке может стать ниже верхнего предела воспламеняемости (ВПВ) -
26 °С, в результате чего смесь паров с воздухом попадает во взрывоопасную
область.
5.2.3. Системы подогрева грузов
Системы подогрева применяются для снижения вязкостных свойств
жидких грузов до значений, позволяющих осуществлять их нормальную
перекачку. Большинство перевозимых на танкерах жидких грузов при
обычных температурных условиях находится в состоянии, при котором перекачка
их либо невозможна, либо значительно затруднена из-за высокой вязкости.
Кроме того, часть жидких грузов необходимо подогревать и во время
морских переходов, так как они обладают высокой температурой застывания.
Жидкие грузы с высокой температурой застывания перекачиваются на
танкер подогретыми до 50 ... 65 °С. Предельная температура подогрева
должна быть, по крайней мере, на 15 °С ниже температуры вспышки паров
жидких грузов. Во время морского перехода температура жидких грузов
303

должна быть не менее чем на 5 °С выше значения температуры застывания.
В противном случае разогреть застывший груз будет весьма трудно.
Режим подогрева груза (продолжительность и интенсивность)
определяется исходя из экономических проработок применительно к условиям
перехода.
Широкое применение в настоящее время имеют СПГ с подогревателями
в виде змеевиков, изготовленных из труб. Реже используются
подогреватели, выполненные в виде плоских или ребристых грелок. Имеются
разработки СПГ с электроиодогревателями.
В последние годы получили развитие так называемые горячеструйные
системы подогрева груза (ГСПГ), в которых нагрев груза основан на
явлении тепломассообмена между горячей струей и массой подогреваемого
нефтепродукта. Принцип их действия заключается в том, что часть
нефтепродуктов из танков забирается и, пройдя через теплообменник, с повышенной
температурой вновь поступает в массу разогреваемого груза.
В результате механического и конвективного перемешивания массы
происходит повышение температуры груза как но горизонтали, так и по
вертикали. Такая система (рис. 5.3) позволяет интенсифицировать процесс
подогрева, обладает незначительной металлоемкостью и требует меньших
капиталовложений по сравнению с другими типами СПГ.
Рис. 5.3. Схема горячеструйной системы подогрева груза:
1 - танк; 2 - погружной грузовой насос; 3,4 - трубопровод на выгрузку
и на подогрев соответственно; 5 - теплообменник; 6 - клапан; 7 - сопло
В процессе перехода между поверхностью горючего груза и
окружающим воздухом также происходит теплообмен, в основе которого лежит кон-
304

вективный и лучистый перенос тепла, причем процесс естественной
конвенции в танках сочетается с явлениями теплопроводности в малоподвижном
слое у поверхностей, имеющих многочисленные ребра и мостики в наборе.
Наибольшая потеря тепла происходит в результате теплообмена между
грузом и забортной водой. Безусловно, на этот процесс оказывает влияние
особенность конструкции судна.
В качестве источников тепла для подогрева груза обычно служат:
- водяной насыщенный пар давлением, как правило, 0,5 ... 0,7 МПа;
- органические теплоносители (ОТ);
- вода.
Применение других теплоносителей допускается при согласовании
с классификационным обществом.
Наибольшее распространение в качестве теплоносителя получил
водяной насыщенный пар, отдающий теплоту через змеевики
нагревательных элементов, расположенных горизонтально на расстоянии 10 ... 15 см
от днища. Вертикальное расположение змеевиков невыгодно с
теплотехнической точки зрения. Схема парового подогрева весьма проста по
устройству и наименее опасна в пожарном отношении.
Основными недостатками этой системы являются:
- высокая стоимость и трудоемкость технического обслуживания
трубопроводов из-за необходимости замены змеевиков в танках каждые 3 ...
5 лет вследствие разрушения от коррозии и механических повреждений;
- возможность размораживания системы в зимнее время.
Существует два способа подогрева груза с помощью систем с
органическим теплоносителем (ОТ):
- прямой способ, когда ОТ нагревается в котлах и по замкнутой системе
циркулирует в системе обогрева;
- непрямой способ, когда ОТ нагревается паром от вспомогательного
котла в паровом подохревателе и подается в закрытую систему обогрева танков.
ОТ представляют собой жидкости на основе минеральных масел и
отличаются от воды и водяного пара тем, что они безопасны в зимнее время
(трубы никогда не разморозятся) и низкоагрессивны с точки зрения
коррозии. Поэтому эти системы обладают высокой надежностью и
долговечностью, низкой стоимостью и трудоемкостью обслуживания, простотой
автоматики и малыми габаритами.
20-2078
305

Подогрев может осуществляться и выпускнььми газами для
компенсации теплопотерь при остывании груза. Существуют различные схемы этих
установок. Один вариант, когда выхлопные газы от ГД с давлением
Р > Ра™ и температурой t ~ 300 °С поступают в камеру сжигания, где в
присутствии катализатора производится дожиг имеющегося в газах углерода
при одновременном снижении содержания свободного кислорода.
Температура газов повышается до 700 °С, они направляются в скруббер, где при
контакте с водой охлаждаются до температуры 300 ... 350 °С и очищаются от
механических примесей, а затем подаются в газоподогреватели (грелки),
расположенные в танках, а из них выходят в атмосферу. Другой вариант,
когда очищенный газ подается в междудонное пространство с низким
уровнем использования тепла (примерно 26 %) из-за передачи тепла через
обшивку корпуса судна забортной воде.
5.3. Специальные системы газовозов
5.3.1. Особенности транспортировки сжиженных газов на судах
Проблемы транспортировки газов различного назначения становятся
все более актуальными, поскольку газы - это и энергоносители, и сырье
химической индустрии. Транспортировка газа осуществляется как с
использованием магистральных трубопроводов, так и с помощью
железнодорожного и автомобильного транспорта. Газы можно транспортировать
в трех агрегатных состояниях: в виде газовой фазы (в сжатом виде), в
сжиженном криогенном состоянии (при отрицательных температурах) и в
перспективе прорабатывается возможность транспортировки в твердом
состоянии для метана.
Судами газы транспортируются обычно в сжиженном состоянии, что
позволяет уменьшить их объем в 200 ... 600 раз, а аммиак - в 900 раз. По
своим свойствам газы резко отличаются от любых других грузов,
перевозимых морскими судами.
Транспортировка СГ может осуществляться тремя способами:
- под давлением без охлаждения (напорные газовозы);
- под давлением с охлаждением, когда температура СГ ниже
температуры окружающей среды (полурефрижераторные газовозы);
- при глубоком охлаждении, когда температура СГ близка к
температуре кипения, при атмосферном давлении (рефрижераторные газовозы).
306

Ряд газов для сжижения требует охлаждения до температуры -165 °С.
К таким газам относится и углеводородный природный газ, состоящий
преимущественно из метана. Температура насыщения метана при атмосферном
давлении -161,4 °С (рис. 5.4).
Температура, °С
Рис. 5.4. Зависимости температуры насыщения от давления газов
В ходе транспортировки СГ температура может либо соответствовать
состоянию кипения при атмосферном давлении (при открытом сбросе газа),
либо находиться на большем уровне при выходе газа из танка при давлении,
превышающем атмосферное.
В комплекс грузовых систем входят непосредственно грузовая, зачист-
ная и аварийная грузовая система. Как и на танкерах, погрузка газовозов
осуществляется чаще всего береговыми средствами СГ, как правило -
средствами судна. Однако по своим схемам грузовые системы газовозов
значительно сложнее и отличаются от грузовых систем танкеров (рис. 5.5).
Каждый грузовой танк разделен в диаметральной плоскости продольной
переборкой, но обе стороны которой размещено по одному погружному
грузовому насосу У. При выходе из строя одного из них танк может быть раз-
307

гружен другим насосом. Для этого необходимо с помощью привода открыть
переборочный клапан (на рис. 5.5 не показан).
if
14^
>l
,/-5
1 &p
t
X
И
чхь
, I
r-T-rTTtxJ'
Танк № /
Танк № 2
fir*
Танк № 3
^J№.
i<
T-
*72.-
Танк № 4
Рис. 5.5. Принципиальная схема грузовой системы газовоза: / - погружной грузовой
насос; 2 - перфорированные трубы; 3 - патрубок; 4, 5, б, 8 - независимые грузовые
магистрали; 7, 15 - магистрали паров груза; 9 - палубные патрубки; 10 -
конденсатор; 11 - компрессор; 12 - фильтр; 13 - специальное устройство отбора паровых
фракций сжижаемого груза для возврата его на повторное сжижение;
14 - выход газов в атмосферу
Газовозы обычно предназначены для одновременной перевозки двух
сортов груза, поэтому они снабжены четырьмя независимыми грузовыми
магистралями 4, 5, б, 8 и магистралями паров груза 7 и 75. Погрузочно-
разгрузочные операции осуществляются с помощью палубных патрубков
9, выведенных на оба борта и подсоединенных к магистральным
трубопроводам через фильтры. Испаряющиеся в процессе транспортировки газы
отводятся через патрубок 3 и подвергаются повторному сжижению с
помощью системы, в состав которой входят три установки повторного
сжижения газа: две основные и одна резервная. Каждая установка включает
компрессор 77, сообщающийся с конденсатором 10 и фильтром 12. Фильтр
оборудован специальным устройством 13 отбора паровых фракций сжи-
308

жаемого груза для возврата его на повторное сжижение. Повторно
сжиженный газ поступает в грузовые танки по трубопроводам 6 и 8 через
перфорированные трубы 2. Он может быть также использован для подготовки
грузовых танков к приему низкотемпературного груза путем распыления.
Продувка трубопроводов от остатков груза осуществляется ИГ. Нескон-
денсировавшиеся небольшие количества паров груза могут быть также
удалены через полумачту 14.
Ввиду особенностей физико-химических свойств СГ, их погрузка и
выгрузка представляют собой весьма сложную и опасную операцию, в
процессе которой за 8 ... 16 ч перекачивается до 150 ... 300 тыс. м3 СГ. Поэтому
грузовые системы судов-газовозов должны быть высокопроизводительными
и надежными в работе.
Для перекачки СГ применяются центробежные, вихревые и паровые
прямодействующие насосы специальной конструкции с уплотнительными
элементами, обеспечивающими поддержание необходимого давления на
всасывании. Насосы должны обладать высокими напорными
характеристиками. Их устанавливают в насосных помещениях, а приводы,
приводящие в действие грузовые насосы и компрессоры, располагают в
смежных помещениях. Вместе с грузовыми насосами обычно размещаются
компрессоры.
При выгрузке сжиженного метана применение обычных грузовых
насосов со всасывающей магистралью практически невозможно, поэтому для
этих целей используют погружные насосы, преимуществом которых
является простота конструкции,, компактность, отсутствие палубных сальников,
взрывопожаробезопасность и др.
Погружные насосы обычно размещают в специальных грузовых
колоннах, имеющих диаметр до 3 м. Колонны располагают над сборными
колодцами или в центре грузовых танков, имеющих сферическую форму. Для
перекачки пара СГ используются одно- и двухступенчатые компрессоры. Если
давление нагнетания грузовых насосов и компрессоров превышает расчетное
в системе, то для них должны быть предусмотрены предохранительные
клапаны, понижающие давление за счет сброса части рабочей среды во
всасывающий трубопровод. Грузовые насосы и компрессоры снабжаются
устройствами для их автоматического отключения при достижении установленного
уровня жидкости в грузовой емкости и падении давления в ней до
минимально допустимой величины.
309

Приведем последовательность технологических операций на газовозах:
- инспекторский осмотр грузовых танков;
- осушение;
- инертизация грузовых танков;
- захолаживание танков;
- погрузка;
- транспортировка в рейсе и реконденсация груза;
- выгрузка;
- балластный переход;
- смена груза и проверка совместимости;
- подготовка танков для инспекционного контроля и смены груза или
докования.
Технологические схемы грузовых операций предусматривают
выполнение следующих процессов:
- газификации грузовых танков с использованием жидкого груза с
берега (прил. 2, рис. 1);
- газификации грузового танка с использованием пара с берега (прил. 2,
рис. 2);
- захолаживания грузового танка с использованием жидкого груза с
берега и возвратом паров груза на берег (прил. 3);
- погрузки с возвратом паров на берег (прил. 4, рис. 1);
- погрузки без возврата паров на берег (прил. 4, рис. 2);
- выгрузки без возврата паров груза на берег (прил. 5, рис. 1);
- выгрузки с возвратом паров груза на берег (прил. 5, рис. 2);
- инертизации грузового танка (прил. 6);
- аэрации грузового танка (прил. 7).
Каждый грузовой танк газовоза оборудован газовым трубопроводом,
обеспечивающим его заполнение жидким газом, а также трубопроводом,
служащим для возврата газа после реконденсации. На всех трубопроводах,
обслуживающих грузовые танки, установлены регулирующие напор
вентили. Положение клапана вентиля определяется в соответствии с напором
в трубе после прохождения вентиля, служащего регулятором давления
«после себя».
В состав оборудования каждого танка входят следующие устройства
и системы:
- грузовые трубопроводы;
310

- два грузовых погружных насоса;
- система подогрева для проведения дегазации инертным газом;
- система вентиляции;
- система возврата груза после повторного сжижения;
- трубопровод отвода испарений;
- измерительные устройства уровня жидкости;
- устройства для взятия проб состава атмосферы в танке в процессе
дегазации.
В состав оборудования дополнительно вводят систему для заполнения
танка водяным паром. Помимо основного технологического оборудования
грузовые танки снабжены предохранительными устройствами и системами
сигнализации. В число таких устройств и систем входят:
- предохранительные клапаны для автоматического сброса пара в
атмосферу при превышении допустимого давления в танке;
- прибор аварийного уровня, включающий звуковую сигнализацию при
достижении верхнего уровня жидкости в процессе загрузки или нижнего
уровня - при выгрузке:
- прибор контроля предельно допустимого верхнего уровня заполнения
(включает звуковую сигнализацию и подает команду на автоматическое
закрытие главного грузового клапана).
Все трубы проходят в танк через специальный колпак для сохранения
прочности корпуса танка. Количество колпаков на танках и их размеры
определяются в соответствии с требованиями классификационных обществ.
В нижней части грузового танка, в специальном углублении в его днище,
расположен насос, позволяющий достигать наиболее полного опорожнения
танка при разгрузке. Электродвигатель этого насоса расположен снаружи,
i.e. привод является дистанционным. Он доступен для осмотра и
обслуживания даже при полностью загруженном танке, что позволяет обходиться
только одним насосом на танк. Для определения уровня заполнения танка
устанавливают индикатор, действующий по принципу поплавка. У
большинства грузовых танков в колпаках устанавливается сигнализатор (датчик)
верхнего уровня, включающий звуковую и световую сигнализацию при
заполнении танка на 95 % его объема.
Показания температуры груза можно снимать как из центра танка, так
и с трех уровней его объема, соответствующих 5, 50 и 98 % его заполнения.
311

Показания термометров дублируются на пульте в помещении управления
грузовыми операциями.
На рис. 5.6 и 5.7 представлены схемы оборудования грузовых танков
на газовозах. Конструкция грузового жидкостного трубопровода
предусматривает испарение максимально возможного количесгва жидкого груза
в течение начального периода погрузочного процесса. Это необходимо для
того, чтобы уменьшить воздействие так называемого холодного удара,
который может разрушить танк в результате деформаций, вызванных
резким понижением температуры на начальном периоде погрузки. Для захо-
лаживания танки оборудованы несколькими малыми горизонтальными
трубопроводами, которые охватывают полную длину танка. Передний
грузовой танк обычно бывает долевым и разделен в середине центральной
перегородкой.
Грузовые насосы в грузовых танках, обычно центробежного типа,
могут работать по одному либо в параллель, а также последовательно
с палубным бустерным насосом и грузовым подогревателем (это
необходимо, когда выгрузка происходит под давлением паров газа для ускорения
процесса выгрузки).
3
Рис. 5.6. Схема расположения арматуры полурефрижераторного или полностью
рефрижераторного танка: / - изоляция; 2 - отбор проб жидкого груза и паров;
3 - вентиляционный трубопровод; 4 - паровой трубопровод; 5 - конденсатный
трубопровод; 6 - жидкостной трубопровод; 7 - зачистной трубопровод;
8 - электродвигатель погружного насоса; 9 - трубопровод выгрузки;
10 - погружной грузовой насос
312

Рис. 5.7. Принципиальная схема грузового танка с двумя куполами типа «С»:
/, 6 погружной насос и его электропривод; 2 - трап; 3 - горловина; 4 - пробный
клапан; 5, 7, 17 - манометры; 8 - стационарная трубка индикации уровня; 9-
трубка индикации уровня; 10 -термометр; 11 - индикатор уровня; 12 - сервомотор
клапана; 13 - верхний уровень жидкости в танке; 14 - пробная труба; 15 - датчик
сигнала по верхнему уровню; 16 - дистанционный термометр; 18 - запорный клапан
5.3.2. Системы повторного сжижения газов
Почти все новые газовозы оборудованы установками для повторного
сжижения газов. Это вызвано тем, что испарение и удаление через
вентиляционные трубы приводит к потере груза.
Процесс испарения груза и необходимость обработки образующегося
пара имеют место практически на всех газовозах, кроме напорных, где газ
перевозится под давлением при температуре окружающей среды.
Испарению груза, находящегося в состоянии насыщения, способствует передача
ему тепла от атмосферного воздуха и забортной воды через стенки танка
и изоляцию.
Давление в объеме купола танка повышается до величины подрыва
предохранительного клапана. Выходящий из купола пар направляется на рекон-
денсацию при параметрах, близких к параметрам груза, и возвращается в танк.
Метод реконденсации наиболее распространен на судах LPG и химовозах.
На метановозах допускается поддерживать заданное давление в грузовых
танках путем выброса паров груза в атмосферу. Поскольку метан легче возду-
313

ха (молекулярная масса СН4 = 16 кг/кмоль, а для воздуха 29 кг/кмоль), при его
выбросе удушающего воздействия не наблюдается. Однако такой способ
неэкономичен, поэтому чаще при транспортировке этот газ используют в
качестве топлива в котлах, генераторах ИГ и двигателях внутреннего сгорания.
Выбор типа установки повторного сжижения перевозимого газа зависит
от его физико-химических свойств, а также от грузовместимости газовоза
и уровня его специализации в отношении рода перевозимых им грузов.
Главное назначение установки повторного сжижения газов заключается
в отводе определенного количества теплоты, проникающей в танки,
несмотря на изоляцию. Отвод этой теплоты необходим, чтобы предотвратить
повышение давления, вызванное проникающей теплотой, до значения, при
котором открываются предохранительные клапаны безопасности.
Если груз транспортируется при температуре выше -50 °С, то он может
быть успешно использован в качестве охлаждающей среды. В этом случае
пары груза участвуют в цикле компрессионной холодильной установки:
поступают (засасываются) в компрессор, подвергаются сжатию и, проходя
через конденсатор, снова направляются в грузовой танк. Если давление
в танке относительно высокое, предпочтительнее применять
двухступенчатое сжатие, т.е. использовать непрямую систему сжижения. Такая ситуация
характерна, например, для этиленовозов «ебольшой грузовместимости.
В непрямой схеме сжижения в качестве вторичных хладагентов применяют
фреоны. При небольшой разнице давлений (менее 7 бар) рекомендуется
применять одноступенчатое сжатие, т.е. прямую схему сжижения. Такие
схемы используют на газовозах грузовместимостью до 12 ... 15 тыс. м3 при
транспортировке сжиженных нефтяных газов и аммиака, а также на метано-
возах грузовместимостью до 75 тыс. м3. В судовой практике для сжатия газа
используется и двухступенчатый компрессор.
Прямая система одноступенчатого охлаждения (рис. 5.8 а).
Особенность этой системы заключается в том, что в ее состав входит сепаратор
жидкости, применение которого позволяет снизить опасность возможного
разрушения компрессора. После компрессора пары продукта перегреваются,
а затем поступают в конденсатор, через который прокачивается забортная
вода. Критическая температура продукта должна быть выше, чем
температура забортной воды. Для поддержания давления в конденсаторе необходим
ресивер, или дополнительный сосуд, степень включения которого контроли-
314

руется автоматически посредством терморегулирующего клапана
(температура / = -15 °С, давление/; = 2,4 бар).
Прямая система двухступенчатого охлаждения. Данную систему
применяют при высокой степени сжатия (выше шестикратного) для
повышения эффективности (рис. 5.8 б). Пары из грузового танка проходят через
сепаратор жидкости и поступают в первую ступень компрессора. После
этого они проходят через промежуточный охладитель и поступают во вторую
ступень компрессора. В промежуточном охладителе происходит
уменьшение температуры паров перед всасыванием их во вторую ступень. В
результате на сжатие затрачивается меньше энергии, в связи с чем повышается
эффективность установки. Охлаждающей средой в промежуточном охладителе
является сконденсированная жидкость, положение уровня которой
контролирует терморегулирующий клапан.
а)
У—-
-Г1-4
гШ*нз-(
V
if
з \
б)
' r:::ff Д i
^Забортная вода
в)
Рис. 5.8. Схемы охлаждения (сжижения) газа:
а - прямое охлаждение газа: / - колпак танка; 2 - танк; 3 - соответственно подвод
и отвод рефрижераторного газа; 4 - конденсатор; 5 - охлаждающий змеевик;
б - охладитель; б - прямое двухступенчатое охлаждение: 3 - компрессор;
4 - конденсатор; 5 - ресивер; б - сепаратор; 7 - регулирующий клапан;
в - непрямое азотное каскадное сжижение: У - колпак танка; 2 - танк;
3 - компрессор; 4 - конденсатор; 5 - промежуточный охладитель; 6 - сепаратор;
7 - ресивер; 8 - расширительный клапан; 9 - регулирующий клапан
315

Прямая система каскадного охлаждения. Установки повторного
сжижения, работающие по комбинированной (каскадной) схеме, наиболее
дороги и сложны в использовании (рис. 5.8 в). Их применяют при
транспортировке сжиженных нефтяных газов на газовозах вместимостью свыше
30 тыс. м3. Каскадный цикл охлаждения в основном используют для
обеспечения низкой температуры транспортировки. Одноступенчатое сжатие паров
груза в этой системе подобно одноступенчатому прямому циклу, отличие
состоит в том, что охлаждение конденсатора в этой сисгеме производят не
забортной водой, а хладагентом R22. Под воздействием испаряющегося
жидкого хладагента R22 пары груза сжижаются, затем пары фреона
поступают в обычный замкнутый холодильный цикл, где конденсируются в
конденсаторе, охлаждаемом забортной водой. Термин каскадное охлаждение
(рис. 5.9) применен в связи с наличием каскада охлаждающих систем.
Прямая система каскадного охлаждения. Эту систему (рис. 5.9) иногда
устанавливают на новых газовозах. В ее состав входит компрессор с
трехступенчатым циклом сжатия и охлаждения. Можно устанавливать одно-, двух-
и трехступенчатый режим работы этой системы путем выбора включения
соответствующих клапанов. Выбор того или иного метода охлаждения для
конкретного газа осуществляют на основании специальных таблиц и карт, для
пользования которыми необходимо знать величину давления всасывания газа
и температуру забортной воды. Достижение нормальных рабочих температур
осуществляют только изменением величины давления всасывания.
I | Коюсноаюр | I
•&•
1 4
Рис. 5.9. Схема каскадного охлаждения: /, 3 - компрессоры; 2,4 - конденсаторы;
5 - вход и выход охлаждающей воды; б, 7 ресивер с регулятором уровня;
8 - терморегулирующие вентили
316

Термодинамический цикл охлаждения паров груза показан на
диаграмме (рис. 5.10) в координатах давление - энтальпия, по которой определяются
все эффективные показатели (например, холодильный коэффициент как
отношение проекций отрезков DA к А В на ось абсцисс, т.е. отношение
разностей энтальпий в этих точках).
/>, бар
Рис. 5.10. Цикл охлаждения паров газа на диаграмме «давление - энтальпия» для
пропана: АВ - адиабатное сжатие в компрессоре; ВС - изобарный процесс
конденсации; СО - изоэнтальпийный процесс в расширительном клапане; DA - изобарно-
изотермический процесс испарения в танке
На рис. 5.11 показан термодинамический цикл охлаждения паров груза
с двухступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением. В процессе
работы компрессорной холодильной установки тепловая энергия переносится из
грузового танка в конденсатор и отводится забортной водой за борт.
Компрессор оборудован регулировочным всасывающим клапаном
(двухпозиционным), который позволяет изменять подачу компрессора
либо на 50 %, либо на 100 % мощности. Каждая ступень компрессора
имеет защиту по давлению. Кроме того, имеются реле температуры,
регулирующие температуру нагнетания, и предохранительный клапан по
давлению. Смазка цилиндров отсутствует, поэтому сжатый газ не загрязнен
маслом. Установка и трубопроводы сконструированы таким образом, что
жидкая фаза из грузового танка не накапливается и не переносится из гру-
317

зового танка во всасывающую сторону компрессора, что может произойти
вследствие нагрева.
/>,кПа
10000
7000
5000
4000
3000
2000
1000
700
500
400
зоо;
200
100
ТГп'('"•'; ,"t "•••''.Хе-гЛ'-:
•1 :-f- \щх1у&&р-'-
'•-l-XtX'TT-rr
i f I-.-•/> i
IJ-f
-400 -300 -200 -100 0 50 100 200 400 600 700 900 1100 /, кДж/кг
Рис. 5.11. Термодинамический цикл охлаждения паров груза с двухступенчатым
сжатием и промежуточным охлаждением на диаграмме в координатах «энтальпия -
давление»: I -2,3 - 4 - адиабатное сжатие в первой и второй ступени компрессора,
соответственно; 2 - 3 - изобарное охлаждение в промежуточном охладителе;
4 - 5 - 6- 7 - изобарное охлаждение в конденсаторе с отводом теплоты;
7-8- изоэнтальпийнос дросселирование в терморегулирующем клапане;
8 - 1 - изобарное испарение с подводом теплоты
Рис. 5.12. Схема осушения инертного газа:
/ - выход воздуха на регенерацию; 2, 5 - осушители; 3 - подогреватель; 4 - впуск
воздуха в компрессор; 6 - вход инертного газа после охладителя; 7 - клапан контроля
давления; 8 - выпуск газов в атмосферу; 9 - выход получаемого ИГ; 10- вход
сигнала от датчика контроля содержания кислорода в осушаемом ИГ
318

Абсорбционный осушитель (рис. 5.12) состоит из двух сосудов,
заполненных активированным алюминием, или силикагелем. Один сосуд работает
осушителем, другой в это время регенерируется. В среднем цикл длится 6 ч,
затем сосуды меняются функциями. Содержание водяных паров в
насыщенном ИГ зависит от его температуры: с увеличением температуры оно
возрастает, с уменьшением существенно уменьшается. Осушение уменьшает точку
росы инертного газа до -400 °С и ниже.
Молекулярное сито для отделения влаги может быть установлено на
днище сосуда. Контрольный клапан давления держит постоянное давление в
осушителе для обеспечения стабильной работы газогенератора.
5.3.3. Опасные ситуации, возникающие в процессе
грузовых операций
Рассмотрим наиболее опасные процессы, которые могут возникнуть
на газовозах.
Аварийный выброс груза в атмосферу, обусловленный его
расслоением. Это может произойти неожиданно при реверсе или
неустановившемся движении судна, вследствие того, что тяжёлые слои образуются над
слоями с меньшей плотностью. В результате танк переполняется,
открываются предохранительные клапаны и выбрасывается значительное
количество паров груза или двухфазной смеси в атмосферу. Для большинства
СГ риск переполнения минимальный, однако, если два различных груза,
такие как бутан и пропан, загружаются в один и тот же танк, может
произойти расслоение груза. Такая погрузка не рекомендуется, тем не менее,
она имеет место при тщательном контроле условий и параметров. Для
предотвращения переполнения танков необходимо соблюдение
следующих требований:
- хранение жидкости с различной плотностью в различных береговых
ганках;
- обеспечение погрузки из береговых танков через диафрагмы, дроссели
или эжекторы для хорошего смешения слоев;
- тщательный контроль условий погрузки и скорости газообразования
при нестандартных параметрах и свойствах груза;
- перекачивание груза в другие танки или создание рециркуляции с
соответствующим береговым танком.
319

Многие жидкие газы подвержены процессу полимеризации,
характеризующемуся образованием двойных связей в молекулярной структуре.
На практике проблема полимеризации проявляется только при перевозке
бутадиена, изопрена, этиленоксида и винилхлорида. Однако ее можно
предотвратить или уменьшить добавлением в груз соответствующего ингибитора.
Полимеризация имеет место, когда отдельная молекула - мономер,
взаимодействует с другой молекулой этого же вещества с образованием двумера.
Этот процесс может продолжаться с образованием длинной цепной молекулы,
имеющей сотни тысяч индивидуальных молекул, - полимера. Он может
протекать очень быстро с образованием большого количества тепла, может
возникнуть лавинообразно и усиливаться присутствием кислорода (или другой
примеси) либо теплопередачей в течение грузовых операций.
В процессе полимеризации груз становится более вязким и может
образоваться твёрдый неперекачиваемый полимер. Однако если полимеризация
началась, ингибитор будет постепенно расходоваться до момента, когда она
может продолжаться неконтролируемым образом. В случае бутадиена
первоначальное добавление тетрилбутилкатехола в присутствии кислорода
также может ограничивать полимеризацию, действуя как ингибитор.
Ингибиторы могут быть токсичны, поэтому в большинстве случаев используется
гидроксенон (HQ) и тетрилбутилкатехол. Необходимо заметить, что следует
быть осторожными при добавлении ингибиторов и работе с грузом с ними.
Более трудным процессом для контроля является димеризация, поскольку
она не может быть остановлена ингибитором или каким-либо другим
способом. Единственным способом предотвращения или замедления димеризации
является как молено большее охлаждение груза, особенно в течение
длительного рейса.
Образование гидратов. Пропан и бутан могут образовывать гидраты
при определённых значениях температуры и давления в присутствии
пресной воды.
Гидраты СГ в виде белых кристаллических твёрдых частиц полностью
забивают фильтры и клапаны реконденсационной установки и могут
повредить грузовые насосы. Ингибиторы гидратов, такие как метанол или этанол,
могут быть добавлены в соответствующих точках системы только после
консультации с судовладельцем. Следует заметить, что в некоторых странах
использование метанола является основным. Однако необходимо иметь в виду,
что некоторые химические газы теряют свои спецификационные свойства при
320

добавлении метанола. Поэтому необходимо соблюдать осторожность при
добавлении ингибитора гидратов к грузам, подверженным опасности
полимеризации. К тому же метанол является токсичным, и следует принимать меры
безопасности при его использовании.
Для устранения возможности образования гидратов необходимо
уменьшать точку росы инертного газа до -40 °С и ниже. Молекулярное сито
для отделения влаги может быть установлено на днище сосуда.
Контрольный клапан давления обеспечивает постоянное давление в осушителе для
обеспечения стабильной работы газогенератора.
При выгрузке иногда используется бустерный насос для увеличения
напора жидкого груза с целью преодоления сопротивления береговой грузовой
системы, который работает последовательно с грузовым насосом (рис. 5.13).
Dffia
Опюд паров
rатмосферу
Подвод
инертного ~~^
i а\ш
<г
Xi—i
/v /\ ?/v/v К /\ /\ /ч /v /\
Груювой iai!к
Забортная
вода
1 2
Рис. 5.13. Схема грузовой системы с использованием грузового бустерного насоса
и подогревателя для газовоза: 1, 2, 3 - грузовые манифолды
(грузовой, паровой,зачистной)
Наиболее полная схема грузовой системы газовоза типа LPG приведена
на рис. 5.14.
-2078 321
21

322

Рис. 5.14. Схема грузовой системы газовоза типа LPG:
жидкого груза ( ), паров груза (охлаждения -
конденсации) ( ), конденсата, ИГ или азота ( ),
сухого воздуха( ):
1 ... 5, 7 ..., 11, 13, 15, 16- места установки сменных шлангов;
6 - электродвигатель погружного насоса;
12 - грузовые танки; 14 - бустерные насосы;
17, 18 - отстойные сосуды; 19 - грузовые компрессоры;
20 - конденсатор; 21 - испаритель; 22 - регенеративный теплообменник;
23 - вентиляционные мачты; 24 - грузовой коллектор ЛБ и ПБ
для паров и для жидкости; 25 - магистраль сухого воздуха

Загрузка. В течение загрузки необходимо вентилировать грузовые танки.
Количество удаляемого газа зависит от скорости испарения и загрузки,
состав газа- от положения газового слоя в танке и ИДП (рис. 5.15).
Воздух и токсичные
испарения "
Газ низкой концентрации -
Огнеопасный газ -
Газ высокой концентрации-
Жидкость .
Воздух ]
f
^ 1
Щ\\\^
mmnmmmiiwnl
i v-Лчч" У J 3-?-xVJ
'-•-= =---------- = = г.-:||
Рис. 5.15. Схема газового слоя при погрузке
При загрузке в свободный от газов танк вентиляционный газ вначале
будет содержать почти чистый воздух. В течение загрузки газовая
концентрация, величина которой составляет от 30 до 50 %, увеличивается, и во
время завершения загрузки выделяется ядовитый и огнеопасный газ. Если
загрузка выполняется в загазованные танки, то опасный газ выделяется
в течение всего периода загрузки.
Огнеопасный и ядовитый газ может присутствовать на больших
расстояниях от выходов. Кроме того, повышенные концентрации газа
встречаются при завершении грузовых операций с открытыми измерительными
отверстиями, затем он свободно удаляется в атмосферу. Открытая
вентиляция грузовых танков через открытые трубопроводы допускается только
для нефтепродуктов с температурой вспышки более 60 °С и нетоксичных,
т.е. не приносящих вреда здоровью при вдыхании их паров.
5.4. Системы инертных газов
5.4.1. Назначение и состав
Танкеры дедвейтом 20 тыс. т и более, предназначенные для перевозки
горючей жидкости с температурой вспышки 60 °С и ниже, а также любые
нефтеналивные суда, оборудованные системой мойки грузовых танков
сырой нефтью, должны быть оснащены системой инертных газов (СИГ).
Основным назначением СИГ является уменьшение концентрации кислорода
и создание невзрывоопасной атмосферы в грузовых танках. Для обеспечения
324

защиты танкеров от пожара или взрыва в пространстве грузовых танков
необходимо поддерживать уровень содержания кислорода не более 8 %. Это
обычно достигается использованием стационарной системы трубопроводов,
с помощью которой ИГ с содержанием кислорода по объёму не более 5 %
нагнетается в грузовые танки, а также поддержанием инертной атмосферы
в грузовых танках в процессе погрузки, выгрузки, перевозки, и, конечно,
их мойки.
До погрузки нагнетание ИГ в 1рузовые танки производится для того,
чтобы убрать из них атмосферный воздух, пары перевозимого ранее груза
и влагу. Во время погрузки происходит выпуск атмосферы танка, в основном
ИГ, в окружающую атмосферу, во время рейса - пополнение ИГ в грузовые
танки, если давление в них упадёт ниже установленного минимума.
Во время разгрузки производится нагнетание ИГ для замещения
выгруженного груза и поддержания определённого избыточного давления,
чтобы уменьшить испарение груза. После разгрузки выполняется
продувка грузового танка с целью удаления паров груза перед наливом нового
продукта, а также приготовления к промывке танка или продувке его
атмосферным воздухом и инертизации. Необходимо иметь в виду, что
трубопроводы, имеющие отношение к обработке данного груза, следует,
так же, как и танки, инертизировать. В связи с погрузкой и
разгрузкой опасных продуктов может быть необходим возврат паров с судна
на берег, позволяющий уменьшить риск загрязнения атмосферы
окружающего воздуха.
Взрывобезопасность можно объяснить с помощью рис. 5.16, на котором
показано отношение между содержанием углеводородного газа в смеси.
Пределы воспламенения для чистых углеводородных газов и смесей,
полученных из разных жидких нефтепродуктов, имеют различные
значения. В практических целях нижний и верхний пределы воспламенения
(НПВ и ВПВ) (LFL, UFL) паров сырой нефти принимаются равными,
соответственно, 1 % и 10 % по объему. Если инертный, обычно топочный газ,
добавляется в смесь углеводородного газа с воздухом, то в результате
изменения концентрации углеводорода увеличивается нижний и снижается
верхний пределы воспламенения. Любая смесь углеводородного газа,
воздуха и ИГ представлена на диаграмме точкой, координаты которой
соответствуют содержанию углеводородного газа и кислорода.
325

20 40 60 80 100
Рис. 5.16. Диаграмма взрывоопасных концентраций этилена и кислорода (по оси
ординат отложено процентное содержание кислорода в воздухе, а по оси абсцисс -
объёмное содержание этилена в %): /- инертизация после воздуха;
//- погрузка с возвращением паров; ///- очистка (чистка) после выгрузки;
IV - удаление газов воздухом
По мере того, как ИГ добавляется к смесям углеводородного газа с
воздухом, диапазон воспламенения постепенно уменьшается до тех пор, пока
содержание кислорода не достигнет уровня, обычно принимаемого равным
приблизительно 11 % по объему, при котором ни одна из смесей гореть
не может. В документах IMO в целях обеспечения безопасности от
воспламенения газов в танках допускается не более 8 %-го содержания кислорода
по объему. Таким образом, прежде чем начать дегазацию танка, необходимо
замерить концентрацию углеводородных газов и кислорода и в случае, если
точка их пересечения окажется ниже линии критического разбавления,
безопасность при дегазации будет обеспечена. В противном случае необходимо
продуть танк ИГ.
Система ИГ позволяет вытеснить кислород и заменить его ИГ, который
не поддерживает горения. Необходимо подавать в танк, содержащий
углеводородный газ, ИГ с содержанием кислорода не более 5 %. При этом следует
вытеснять находящийся в танке кислород до тех пор, пока окончательное
326

объемное содержание его в танке составит менее 8 % по объему. Если
используется топочный газ из основного или вспомогательного котла, то
уровень содержания кислорода менее 5 % может быть достигнут в зависимости
от качества контроля над сгоранием топлива и нагрузки на котел.
При установке автономного генератора ИГ или ДВС либо
газотурбинной установки с камерой дожигания топлива становится возможным
автоматическое регулирование содержания кислорода, как правило, не
превышающее 5 %. Независимо от источников получения, газ следует обязательно
охладить и промыть водой для удаления сажи и серной кислоты перед подачей
его в грузовые танки. Значения содержания кислорода и паров продукта
наносятся на диаграмму (см. рис. 5.16), по которой определяют возможность
взрыва данного углеводородного газа.
5.4.2. Методы получения инертного газа
Известны следующие методы получения ИГ:
-из выпускных газов паровых котлов;
- из выпускных газов судовых дизель-генераторов (ДГ). В таких
установках избы гок кислорода в уходящих газах ДГ или паровых котлов дожигается
путём подвода дополнительного топлива;
- с помощью специальной автономной установки, работающей на
жидком топливе;
- с помощью использования генератора азота, работа которого
основана на поглощении колебаний давления;
- с помощью использования генератора азота, основанного на
мембранной сепарации;
- с помощью применения бортовых генераторов азота.
Автономные установки для производства ИГ, работающие на
жидком топливе (рис. 5.17). Дизельное топливо сжигают в камере сгорания, из
которой отводятся дымовые газы. Затем они проходят через водяную
колонку (газоочиститель) для охлаждения и удаления большой части диоксида
серы и примесей. Все эти действия достигаются путем непосредственного
контакта между дымовыми газами и большим количеством морской воды.
Во время погрузочно-разгрузочных операций генератор должен
поддерживать избыточное давление 980 Па в заполненных ИГ грузовых танках.
В дополнительное оборудование входит добавочный охладитель,
который охлаждает газы и уменьшает содержание воды в ИГ, понижая точку
327

росы до О °С. На судах, которые перевозят гигроскопичные грузы, система
ИГ оборудуется осушительной установкой, понижающей температуру точки
росы до -55 °С.
Выход воздуха
®—t
Вход воздуха
® I
Распыленная
йч
Вход
|. охлаждающей
|1воды Кислородный анализатор
HZH
*
Демисгор Компрессор
r-tSh
Распыленная В jf==»T
срздГ^**
Возврат I ^-iJ
Топливо
Вход<Г
Подпор
воды
Заливка
Переохла-
Генератор) дитель ""
Выход
охлаждающей
воды
?hi
Подача
инертного газа
на-
Продувка
Продувка
Осушитель
• Конденсат
Рис. 5.17. Схема системы производства инертного газа
на жидком топливе
Типичный состав ИГ, выработанного генератором, работающим на
низкосернистом топливе:
02 до 0,5%;
Н2 до 0,1 %;
СО до 0,1 %;
SOx до 10 млн.;
NOx до 100 млн. '(N02);
С02 до 14%;
N2 до 85%.
Некоторые химовозы имеют систему ИГ, предназначенную для
удаления С02 из обычного ИГ и повышения содержания азота до 99,7 %
(рис. 5.18), а также высокую производительность, достаточную для
необходимой инертизации.
Установки получения ИГ автономного типа имеют производительность
от 250 до 30 000 м3/ч, удельный расход жидкого нефтяного топлива
составляет 0,08 кг/м3 газа, удельный расход воды - около 0,071 м3 воды на 1 м3
газа.
- кислород
- водород
- угарный газ
- окись серы
- окись азота
- углекислый газ
- азот
328

Топливо
Воздух
для горения
Инертный газ
в дымовую трубу
Инертный газ
к потребителям
Забортная
вода
Слив забортной
воды
Слив забортной воды
Рис. 5. 18. Схема производства инертного газа генератором,
работающим на жидком топливе
Системы ИГ, основанные на поглощении колебаний давления.
Принцип работы основан на поглощении колебаний давления, которые
зависят от адсорбирующих характеристик углеродно-молекулярного
сетчатого материала. Адсорбция двух основных компонентов воздуха: азота
и кислорода, зависит от определённого давления и времени
соприкосновения с материалом, в течение которого этот сетчатый материал
подвергался воздействию смеси газов. Если время воздействия увеличивается, то
адсорбирующие свойства двух основных компонентов приближаются друг
к другу. Когда каждый газ достигает точки насыщения при помощи
молекулярного сетчатого материала, то адсорбция прекращается. Газ,
производимый установкой поглощения колебаний давления, содержит кислород
от 0,1 до 21 % в ед. объёма с температурой точки росы 60 °С и
содержанием С02 менее 2 ррм (млн"' в ед. объёма).
Системы ИГ, основанные на мембранной сепарации (рис. 5.19),
позволяют получить азот путем выделения его из воздуха. Принцип работы
генератора основан на том, что разные газы имеют разную скорость
проникания через тонкую мембрану.
329

Рис. 5.19. Принципиальная схема мембранной сепарации азота
Вещества, входящие в состав ИГ, получаемого разными способами,
приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Составляющие ИГ
Составляющие
Азот
Двуокись углерода
Окись углерода
Кислород
Окись серы
Окислы азота
Температура точки росы
Зола и сажа
Плотность по отношению
к плотности воздуха
ИГ, получаемый
сжиганием топлива
85 ... 89%
14%
0,1 %(шах)
1 ... 3%
0,1 %
Следы
-45 °С
Присутствуют
1,035
Азот, получаемый
мембранной сепарацией
До 99,5 %
-
-
0,5 %
-
-
-65 °С
-
0,9672
В установке для производства азота использованы фибровые мембраны.
Например, на входе в установку подаётся чистый воздух 60 м3/ч при
давлении 11,5 бар. На выходе получается 22 м3/ч ИГ с параметрами: N2 при
давлении 11 бар и 2 % 02 и 38 м3/ч отработанного воздуха с параметрами:
атмосферное давление и 33 % 02. Эти установки отличаются высокой
эффективностью, простотой обслуживания и использования, производительностью
Ю...2000м3/ч.
Необходимо отметить, что только чистый азот высокого качества
полностью совместим по химическим свойствам со всеми СГ, перевозимыми
330

на газовозах, в отличие от ИГ, полученного из продуктов сгорания. Частицы
углерода в форме золы и сажи могут химически взаимодействовать со
многими СГ. Например, на газовозах типа LNG двуокись углерода при
замерзании при температуре ниже -55 °С загрязняет груз, образуя карбонаты,
которые в эксплуатации грузовых систем газовозов засоряют насосы, фильтры
и клапаны. К тому же двуокись углерода С02 может быть катализатором при
химическом взаимодействии с содержанием серы в некоторых грузах,
перевозимых на LNG. Окись углерода также опасна для обслуживающего
персонала во время процессов её выпуска на палубу и в окружающее
пространство из-за своей чрезвычайной токсичности (значение TLV = 50 ррм).
Влажный ИГ может конденсироваться, образуя гидраты в грузах, а
также способствовать коррозии в инертизируемом пространстве грузовых
танков. Поэтому при погрузке СГ важно, чтобы ИГ в грузовых танках имел
достаточно низкую температуру точки росы для предотвращения замерзания
водяных паров и не создавал дополнительных трудностей при эксплуатации
систем. Особенно это опасно при перевозке таких грузов, как бутадиен,
изопрен, аммиак и хлор.
Применение сжиженного криогенного азота. Чистый азот в жидком
состоянии хранится в изолированных контейнерах. Танки для хранения
азота, установленные на судах, пополняются в портах с газовозов. Криогенный
жидкий азот переводят в газообразное состояние при помощи испарителя.
Внешний корпус емкости с азотом из конструкционной стали, действующий
как вторичный барьер, покрыт несколькими слоями антикоррозионной
краски. Пространство между ёмкостью и вторичным барьером, в котором
поддерживается вакуум, заполнено неогнеопасным изолирующим порошком.
Высокое качество изоляции позволяет хранить азот в течение
длительного времени без каких-либо значительных потерь. Состав азота,
полученного с промышленной криогенной установки, следующий: азот 99,9 %;
кислород 15 млн.; вода 5 млн.; угарный газ 1 млн.; углекислый газ 0,5 млн.;
оксиды азота 0,1 млн..
Установки по производству инертного газа из выпускных газов
котлов. Дымовые газы из дымохода котла (рис. 5.20) с помощью клапана с
дистанционным управлением попадают в скруббер (газоочистительную
колонну), где они очищаются благодаря непосредственному контакту с забортной
водой (главным образом, от сернистого ангидрида). На выходе из скруббера
установлен влагоотделитель, который возвращает влагу в колонну. Подсу-
331

шенный газ проходит по одной из ветвей через дроссельную заслонку
и фильтр к газодувке, которая обеспечивает нагнетание газа через скруббер
в систему за счет создаваемого напора. Через отсечные клапаны и
регулирующий клапан газ подается на палубу к водяному затвору и далее к
коллектору инертного газа, откуда поступает в соответствующие ганки. Обычно
устанавливаются две газодувки, работающие одновременно в период
разгрузки. Суммарная производительность газодувок должна быть на 25 %
больше подачи грузовых насосов. Информация по составу инертизирован-
ной атмосферы в танках (содержание 02 и углеводородов СХНХ) поступает
от судовой системы анализа газовоздушной среды.
Рис. 5.20. Типовая схема системы ИГ, использующей уходящие газы
парового котла: / - дымоход из вспомогательного котла; 2 - скруббер;
3 - влагоотделитель; 4 -- клинкетная задвижка; 5 - газодувка; 6 - невозвратный
клапан выхода инертного газа; 7 - насосы охлаждающей среды; 8 - охладитель;
9 - приём воды из-за борта; 10 - автономный газоотвод; // - прибор контроля
содержания СОг; 12 - удаление воды за борт; 13 - воронка для добавления воды;
14 - грузовой танк; 15 - отвод в грузовой танк; 16 - панель аварийной сигнализации
в ЦПУ; 17 - панель управления, защиты и сигнализации;
18- контрольная панель параметров сигнализации и защиты
Принцип действия анализатора кислорода основан на использовании
парамагнитных свойств 02, а анализатора углеводородов по СХНХ - на
использовании инфракрасных лучей. Рассматриваемая система ИГ обеспечива-
332

ет деинергизацию грузовых танков, т.е. удаление ИГ, если это определено
условиями эксплуатации.
Трубопроводы и арматура системы ИГ включают два невозвратных
устройства, одно из которых должно быть с гидравлическим затвором с
непрерывным питанием затвора водой, а другое с автоматическим запорным
клапаном на магистрали выхода газов из газогенератора с закрытием при
выходе из строя вентиляторов. На отдельной магистрали к каждому
грузовому танку устанавливаются отсечные клапаны, которые оборудуются
указателем «Открыто - Закрыто».
Контрольно-измерительные приборы СИГ. КИП включают датчики
для следующих приборов: указателей давления, температуры газа и
содержания кислорода и соответствующие им записывающие устройства.
Причём все эти приборы должны работать непрерывно при подаче ИГ в
грузовые танки, а их показания передаваться в пост управления грузовыми
операциями и в ЦПУ ГД. Кроме того, на каждом судне должны быть
предусмотрены переносные приборы для определения содержания
кислорода и углеводородных газов в инертной атмосфере. Обычно система ИГ
газов полностью автоматизирована. Её основной регулирующий орган -
многоступенчатое реле давления, устанавливаемое на главной
распределительной магистрали.
В системе предусмотрена защита от превышения следующих параметров:
- содержание кислорода более 6 %;
- подача воды в скруббер (прил. 8).
Системы сигнализации и автоматического контроля включают
устройства, подающие звуковой и световой сигналы, предупреждающие о
возникновении следующих неисправностей:
- содержании кислорода в инертных газах свыше 8 % по объёму;
- падении давления в магистрали ИГ за всеми невозвратными
устройствами ниже 980 Па;
- падении давления воды, питающей гидравлический затвор, в
результате чего происходит автоматическое отключение вентиляторов;
- превышении температуры ИГ, подаваемых в грузовые танки
выше 65 °С, в результате чего происходит автоматическое отключение
вентиляторов;
- падении давления охлаждающей воды, питающей газоочистители,
и автоматически отключающей вентиляторы.
333

Производство ИГ на установках, работающих на жидком топливе
На рис. 5.21 показана типовая схема ИГ с газоочистителем барботажно-
го типа, которая включает следующие элементы: секущий клапан /,
устанавливаемый в газоходе парового котла, соединяющего выхлопную трубу котла
с газоочистителем 3, посредством которой горячие неочищенные газы
поступают в газоочиститель, где газ охлаждается и очищается, прежде чем он
поступит по трубам к нагнетателям / и 2. Перед газонагнетателями
установлены приёмные секущие клапаны 4, 5, труба с управляющим клапаном
Kyi, расположенным на линии всасывания нагнетателей, обеспечивающих
подачу газов в танки. После газонагнетателей установлены секущие клапаны
6. Блок управления и защиты системы ИГ сформирован клапаном
регулирования давления инертного Ку2, газовыпускным клапаном КуЗ и
управляющим клапаном возврата ИГ в газоочиститель Ку4. Клапан Ку2 обеспечивает
поддержание давления в СИГ в пределах от 100 до 800 мм вод. ст. При этом
для танкеров предельно допустимое давление ИГ при этом соответствует
1200 мм вод. ст. В случае увеличения содержания кислорода или давления
ИГ выше расчётного открывается клапан КуЗ, через который газ удаляется
в атмосферу. При повышении температуры ИГ выше допустимого предела
F5 ... 70 °С) клапан Ку4 открывается и ИГ возвращается в газоочиститель,
причём расход охлаждающей воды одновременно увеличивается, что
приводит к снижению температуры газа.
Безопасная зона
Опасная зона
9\
\ю\
и
t
\ 1
у
V
Рис. 5.21. Система ИГ с газоочистителем барботажного типа: 1 - поступление
топочного газа из дымохода с отсечным клапаном; 2 - влагоотделитель;
3 - газоочиститель; 4,5 - секущие клапаны; 6 - запорный клапан; 7- гидрозатвор;
8 - палубный механический невозвратный клапан; 9 - палубный разобщительный
клапан; 10 - прерыватель «давление/вакуум»; 11 - отсечные клапаны грузового танка
334

После блока автоматики устанавливаются палубный гидрозатвор 7,
невозвратный клапан #, секущий клапан 9, прерыватель «давление - вакуум»
10 и трубопроводы подвода ИГ к танкам с секущими клапанами //.
Основным недостатком газоочистителя является относительно большое
гидравлическое сопротивление и, соответственно, снижение эффективности газоду-
вок, поэтоМу применяются другие конструкции газоочистителей.
Газогенераторные установки с дожигающим устройством.
Рассматриваемые установки могут быть использованы в качестве исходных для
получения ИГ из выпускных газов вспомогательного котла (ВК) и дизель-
генераторов (ДГ), содержание кислорода в которых превышает допустимые
нормы. Дожигание кислорода, содержащегося в уходящих газах ДГ и ВК,
достигается путём подачи топлива и дополнительного воздуха
вспомогательным вентилятором. Такие газогенераторы могут получить ИГ с
содержанием кислорода порядка 1,2 ... 2,0 %. Это достигается регулированием
количества подаваемого топлива с помощью клапанов и постоянным
контролем содержания кислорода кислородомером.
Для запуска топочного устройства газогенератора предусмотрено
запальное устройство, которое включает вспомогательный топливный насос,
автономную систему воздухоснабжения и электродуговое устройство для запала
топлива при запуске этого устройства. В газоочиститель подаётся забортная
вода, часть которой используется для охлаждения наружной поверхности
топочного устройства с последующей подачей этой воды в его нижнюю часть для
охлаждения газов. Вторая часть воды подаётся навстречу восходящим потокам
газа через распыливающие устройства, затем вода удаляется за борт.
При превышении температуры ИГ перепускается обратно в
газоочиститель через управляющий клапан, одновременно увеличивающий расход
воды на газоочиститель. Когда температура газов достигает допустимых
значений, ИГ газ через управляющие клапаны поступает в грузовую
магистраль. Для выпуска газа используется специально предназначенная для
продувки труба, устанавливаемая в пределах 1 м от днища танка.
Если содержание кислорода в газе не превышает допустимых значений,
то открывается регулирующий клапан и газ направляется в грузовые танки,
в противном случае ИГ удаляются через клапан в атмосферу. Для снижения
содержания кислорода блок автоматики воздействует на регулирующий
топливный клапан, при этом повышается расход топлива в топочном
устройстве, обусловливающий снижение содержания кислорода в ИГ.
335

Газоочистители барботажного типа (см. рис. 5.21). В подобных
газоочистителях протекают три процесса: охлаждение топочного газа,
удаление окислов серы и отделение частиц сажи при непосредственном
контакте топочного газа с большим количеством морской воды. Загрязнённая
и подогретая вода удаляется через гидрозатвор за борт. В башне,
газоочистителя газ поднимается вверх, проходя сквозь поток воды, дгекающей
вниз. Для более эффективного контактирования газа с водой могут
устанавливаться следующие дополнительные устройства, расположенные на
нескольких уровнях:
- водораспыливающие сопла;
- поддоны, заполненные наполнителями, изготовленными из керамики,
пластмасс и других относительно дешёвых кислотоустойчивых материалов;
- перфорированные отражающие тарелки.
В верхней части газоочистителя в направлении потока газа капли воды
удаляются с помощью одного или нескольких воздухоподсушивающих
устройств, в качестве которых могут быть использованы проииленовые
фильтры или циклонные сушилки.
Основной функцией газоочистителя является промывка газа через слой
воды. Газоочиститель пропускает газ в случае повышения давления в танках
и несрабатывания палубного гидрозатвора. Основным недостатком такого
газоочистителя является повышенное гидравлическое сопротивление на
линии всасывания газодувок. Это приводит к повышенному разряжению в
трубопроводе между котлом и газодувками, что повышает напор, создаваемый
последними. В связи с этим схема газоочистителя имеет меньшее
гидравлическое сопротивление, так как газ, двигаясь по каналам газоочистителя,
контактирует на всём пути с мелко распыленным потоком воды, что является
его неоспоримым достоинством. Удаляемые воды из газоочистителя
содержат кислоты и поэтому трубопроводы такой системы изготавливаются
из материала, устойчивого к воздействию кислот.
Другая функция газоочистителя состоит в обеспечении распределения
их по танкам, контроля параметров как в системе, так и в танках,
предотвращении поступления смеси ИГ с углеводородами из танков в
газоочиститель и другие элементы, в пределах которых возможно их воспламенение.
Состав системы палубных газов:
- палубный гидрозатвор;
- невозвратный клапан;
336

- секущий клапан;
- прерыватель давления/вакуум;
- бл0к автоматики, устанавливаемый перед палубным гидрозатвором.
Обычно система ИГ полностью автоматизирована. Основным
регулирующим органом является многоступенчатое реле давления,
устанавливаемое на главной распределительной магистрали.
При эксплуатации системы, после снижения содержания кислорода
в атмосфере танков до 2 ... 5 %, устанавливается давление, равное 6,9 кПа,
и её ставят; на автоматический режим. Если происходит падение давления
в танках до начала погрузки ниже 0,98 кПа, система включается, повышая
давление до 6,9 кПа, и, таким образом, танкер прибывает к наливному
причалу с танками, заполненными ИГ. Во время погрузки поступающий в танки
груз вытесняет ИГ через газоотводную систему.
К концу погрузки над уровнем груза остается «подушка» ИГ под
давлением, определяемым настройкой газовыпускного клапана (несколько выше
6,9 кПа). В рейсе давление газовой подушки над грузом в танке
поддерживается в диапазоне 0,98 ... 6,90 кПа. Избыточное давление ИГ не должно
превышать 21 кПа.
На некоторых танкерах вместо скруббера применяется малогабаритный
циклоннопенный охладитель (циклоннопенный абсорбер). В таком
абсорбере вместо воды подаётся раствор хлористого лития, являющийся активным
влагопоглотителем, который может понизить относительную влажность до
15 ... 20 %. Вентиляторы (не менее двух независимых) имеют подачу,
составляющую 125 % от максимальной расчётной подачи грузовых насосов,
при условии их одновременной работы, и не превышающую максимальное
расчётное давление в грузовых танках.
Дымовые газы (рис. 5.22) на выходе из тангенциально расположенного
патрубка 4 приобретают вращательное движение, поступая во внутренний
цилиндр 3. Струей воды, поступающей через патрубок 5, вращающийся
поток газов, движущийся вниз, разбивается на множество струек, где и
происходит охлаждение и очистка газов. Очищенные газы через брызгоотбойник 1
выходят во внешний цилиндр и поднимаются к выходу из аппарата 2, а вода
сливается через патрубок б.
Водяной затвор (рис. 5.23), предназначенный для исключения
попадания горючих газов из грузовых танков в дымоход котла и в МО, обычно
устанавливается вне МО на верхней палубе.
22-2078 337

Брызгоотбоиник
К вентиляторам
* 2
I \ I газы
Вола
ни ^6
Рис. 5.22. Устройство очистки и охлаждения выпускных газов:
7 - камера распыливания воды; 2 - выход к вентиляторам; 3 - корпус;
4 - вход дымовых газов; 5 - вход промывочной воды; 6 - слив
|5
Дым, газы
К
л
^пз-
В танки
Рис. 5.23. Водяной затвор в системе ИГ
Палубный водяной затвор и механический невозвратный клапан
представляют собой устройства, автоматически препятствующие обратному
движению газов, выделяемых грузом, из грузовых танков в машинное
отделение, в котором размещена установка для выработки ИГ. Необходимо
обращать внимание на постоянное наличие воды в затворе, особенно при
отключенной неработающей установке ИГ.
Применение генератора азота, основанного на мембранной
сепарации. Методы производства ИГ на основе мембранной сепарации
заключается в том, что разные газы имеют различную скорость проникания через
тонкую мембрану. Принцип работы установки состоит в использовании
адсорбирующих свойств углеродно-молекулярного сетчатого материала
(рис. 5.24).
338

Рис. 5.24. Общий вид генератора мембранного типа
Применение генератора азота, основанного на определенных
колебаниях давления и адсорбции. Работа этих генераторов основана на
определённых колебаниях давления воздуха во времени. В результате сетчатый материал
под воздействием давления смеси газов поглощает кислород. Если
продолжительность воздействия увеличивается, то рабочие свойства двух основных
компонентов приближаются друг к другу в зависимости от того, какими являются
газы: «быстрыми» (водяной пар, Н2, С02) или «медленными» (метан, СО, N0).
При достижении точки насыщения адсорбция кислорода останавливается.
В установке поглощения с помощью колебаний давления можно добиться
минимального содержания кислорода в инертном газе (до 0,1 % в ед. объёма)
с температурой точки росы ниже 60 °С и содержанием С02 менее 2 мг/л (ррт).
Между группами «медленных» и «быстрых» газов находятся аргон и
кислород 02, которые имеют среднюю скорость проникания. Известно, что
два основных компонента воздуха: азот N2 и кислород 02, имеют разную
скорость проникания @2 проникает быстрее, чем N2, через мембрану).
Водяные пары имеют очень большую скорость проникания в сильно
осушенном азоте.
Система с применением генератора азота мембранного типа состоит из
нескольких цилиндров, один из которых показан на рис. 5.25. В цилиндре
расположено большое количество пористых волокон. Когда сжатый воздух
закачивается в цилиндры, молекулы кислорода проходят через пустоты
волокон, и на выходе из цилиндров получают чистый кислород. Молекулы
азота поступают в поры волокон медленнее, чем кислород, и поэтому

могут собираться с внешней части цилиндра. Однако эти установки на
судах имеют малую производительность, достаточную только для инертиза-
ции трубопроводов, насосов и поддержания давления, но недостаточную
для первичного заполнения всего объёма грузовых танков.
^гг
&J
Рис. 5.25. Принципиальная схема СИГ мембранного типа:
7 - воздушный компрессор; 2 - охладитель; 3 фильтр;
4 - мембранные фильтры; 5 - смесительный сосуд;
6 - выход чистого азота (инертного газа);
7 - датчик содержания кислорода; 8 - продувка
Так, газогенератор / скруббер фирмы «Moss» укомплектован всей
необходимой арматурой, анализатором содержания кислорода и контрольной
панелью с пневмодиаграммой индикации и управления. Клапан водяного
затвора с внешним затвором обеспечивает наилучшую безопасность, исключая
протечки газа и выброс жидкости при любых условиях (например, при
минимальной потере давления). Прерыватель жидкостной - очень важное
устройство для безопасности судна, предотвращающее образование избыточных
(опасных) значений давления / вакуума в грузовых танках. «Сердцем»
газогенератора является высокотурбулентная горелка, которая обеспечивает полное
сгорание с образованием газа и низким избытком воздуха и очищенного
(свободного) от сажи ИГ. Скруббер со специальным мокрым фильтром почти
полностью удаляет серу, содержащуюся в ИГ даже при сжигании тяжёлого
топлива, до значений менее 1 ррм окислов серы (S02+S03).
Генератор азота, основанный на свойстве абсорбции уникального
углеродного молекулярного сита, использует циклический процесс сжатия
воздуха для адсорбции и регенерации в адсорбционных сосудах. В
пространстве между ёмкостью и вторичным барьером (заполняемым неогнеопасным
изолирующим порошком), поддерживается вакуум. Высокое качество изо-
340

ляции позволяет хранить азот в течение длительного периода времени, без
каких-либо значительных потерь. Типичный состав азота, полученного
промышленной криогенной установки, следующий: азот 99,9 %, кислород
15 млн; вода 5 млн; угарный газ 1 млн; углекислый газ 0,5 млн; оксиды
азота 0,1 млн'1.
5.4.3. Автоматизированная система управления СИГ
Автоматизированная система управления (АСУ СИГ) предназначена
для выполнения следующих действий:
- непрерывное измерение и индикация параметров, определяющих
рабочие процессы СИГ на постах управления в ПУГО, ЦПУ машинного
отделения, автоматическое управление режимами работы СИГ;
- дистанционное управление механизмами и арматурой системы;
- аварийно-предупредительная сигнализация о выходе параметров
системы за допустимые пределы.
АСУ СИГ контролирует параметры по сигналам от датчиков с
непрерывными или релейными выходными сигналами. Основной ее частью
является щит управления, который содержит блоки и элементы,
обрабатывающие сигналы от датчиков параметров СИГ, и выдает управляющие сигналы
на приводы арматуры и пускатели. Система выдаёт сигналы на открытие
и закрытие арматуры, установленной на трубопроводах СИГ. Основную
часть арматуры составляют поворотные затворы с гидравлическим или
воздушным приводом. Кроме того, АСУ СИГ управляет пуском и остановкой
газонагнетателей и насоса охлаждающей воды с помощью воздействия на их
пускатели. Автоматический вывод из действия установки для выработки ИГ
с одновременной сигнализацией производится при значении температуры
ИГ более 75 °С;
Каждая фирма-изготовитель прилагает свою инструкцию по
эксплуатации конкретной системы.
Аварийная сигнализация срабатывает в следующих случаях:
- низкое давление воды или низкая скорость потока воды к скрубберу;
- высокий уровень воды в скруббере;
- повышение температуры газа выше 65 °С;
- неисправность вентилятора ИГ;
- содержание кислорода в магистрали ИГ более 8 % по объему;
- неисправности в подаче электроэнергии;
- низкий уровень воды в палубном водяном затворе;
341

- давление в магистрали ИГ менее 1 кПа;
- давление газа превышает 10 кПа;
- срыв подачи топлива (в генераторе ИГ).
Кроме того, предусматривается блокировка пуска газодувки при
неполном открытии поворотного затвора на трубопроводе рециркуляции и
открытие этого затвора при работе сажеобдувочных устройств котлов.
Отказы СИГ. К основным отказам СИГ относится высокое содержание
кислорода, наблюдающееся в следующих случаях:
- при неисправности системы управления процессом сгорания топлива
в котле, особенно при его малой нагрузке;
- при подсосе воздуха из дымохода, когда расход дымовых газов
меньше подачи нагнетателя, особенно при малой нагрузке котла;
- при подсосе воздуха на участке между дымоходом котла и
нагнетателем в результате коррозионного разрушения металла трубопровода;
- при ошибках при настройке и тарировке анализатора кислорода;
- при работе СИГ в режиме рециркуляции.
При отключении установки СИГ вследствие какого-либо повреждения
необходимо:
- приостановить все операции, связанные с эксплуатацией грузовых
танков;
- закрыть палубный разобщительный клапан, чтобы воздух не поступал
в танки.
После ремонта СИГ неинертизированные танки должны быть инертизи-
рованы. При этом необходимо соблюдать следующие правила:
- контролировать состав газа, выпускаемого из танка до тех пор, пока
содержание кислорода в нём не составит менее 8 % по объёму;
- убедиться в том, что состав выпускаемого газа полностью
соответствует составу атмосферы внутри танка;
- если для отбора проб газа необходимо ввести в танк пробоотборник,
то это следует сделать через 30 мин после прекращения впуска ИГ;
- металлические детали пробоотборной системы должны быть надёжно
замкнуты на корпус судна и находиться в таком положении в течение пяти
часов с момента прекращения впуска ИГ.
В настоящее время на танкерах можно встретить большое
разнообразие конструкций СИГ, изготовленных в разных странах мира. Каждая
фирма-изготовитель прилагает к своей СИГ конкретную и подробную
342

инструкцию по эксплуатации, которую обслуживающему персоналу
необходимо тщательно изучить и строго руководствоваться при использовании
и обслуживании СИГ.
В связи с погрузкой и разгрузкой очень опасных продуктов может
возникнуть необходимость возврата паров с судна на берег, так как это
позволит уменьшить риск загрязнения воздуха, не подвергая личный состав
воздействию токсичных паров.
5.5. Системы и оборудование для мойки танков
5.5.1. Мойка грузовых танков
Система мойки танков служит для их очистки и промывки грузовых
трубопроводов от остатков жидких грузов перед заполнением танков
другими сортами грузов или перед проведением ремонтных работ. После
каждой разгрузки танкера на внутренних поверхностях танков осаждаются
остатки груза в виде высокопарафинистых нефтепродуктов, смешанных
с водой, песком, продуктами коррозии корпусных конструкций и другими
примесями. Количество остатков нефтегруза зависит от сорта
нефтепродукта, конструкции судна и его дедвейта. Существенное влияние на
величину нефтеостатков оказывает эффективность работы СПГ. В среднем
после каждого рейса количество остатков составляет около 1 % от дедвейта
судна, а иногда и более.
Мойка танков от остатков нефтегруза является одной из наиболее
трудоемких и длительных операций на танкерах. В настоящее время все
нефтяные танкеры, а также суда других назначений с танками для перевозки
нефтепродуктов оснащаются системами мойки танков с переносными или
стационарными моечными машинками, имеющими механический привод.
На любом нефтеналивном судне должна быть предусмотрена мойка
танков забортной водой (холодной, горячей) и система мойки с
применением моющих химических препаратов. Нефтеналивные суда дедвейтом
20 тыс. т и более оборудуются, кроме того, стационарной системой мойки
танков сырой нефтью. На этих танкерах должно быть предусмотрено
ополаскивание их забортной водой после мойки сырой нефтью с последующей
откачкой нефтесодержащих вод в отстойные танки по зачистным или
грузовым трубопроводам. Мойка грузовых танков производится по
замкнутому или разомкнутому циклам.
343

Из существующих различных технологий мойки танков наиболее
распространенными являются (рис. 5.26) следующие:
- мойка горячей или холодной водой;
- мойка водой со специальными растворителями
(химико-механизированная);
- мойка сырой нефтью.
Шланг для переносной
-?^3 \ моечной - р" 5 rih
и
Машинное
отделение
Подсмреватель
моечной
машинки
Н*Д' 1/1 I М
Трубопровод на верхней палубе т т ?та
Насосное
отделение
Насос для мойки
танков
От балластной
системы I
Отверстие для переносной
моечной машинки
-f
ационарная
моечная
машинка
Грузовой танк
Цистерна
пресной
воды
грузовой
системы
I
Рис. 5.26. Принципиальная схема мойки грузовых танков на танкере
При мойке и дегазации танка во время балластного перехода и приема
чистого балласта операции выполняют в такой последовательности:
- мойка грузового трубопровода;
- мойка танков моечными машинками (обычно холодной водой);
- вентиляция танков.
Данная последовательность работ сохраняется во всех случаях,
отличаясь лишь тщательностью вентиляции танков после мойки, качеством
выборки ржавчины и тяжелых осадков нефтепродуктов. При этом ориентиром для
доступа людей в танки без защитных средств и производства огневых работ
является допустимая концентрация паров нефтепродуктов в воздухе не
более 0,3 мг/л.
344

Моющая среда и остатки груза удаляются с использованием зачистной
системы.
Для контроля эффективности зачистной системы предусматриваются
индикаторы уровня и средства ручного замера уровня в танках. Если зачист-
ная система оборудована эжекторами, то приборы для контроля их работы
должны иметь манометры на входе и выходе рабочей жидкости и манова-
кууметр на всасывающем трубопроводе. Мойка грузовых танков (рис. 5.27)
горячен водой обычно производится по замкнутому циклу. При этом
применяется многократное использование промывочной воды. По разомкнутому
циклу мойка производится со сливом отстоя через два отстойных танка за
борт. Мойку начинают сразу после выгрузки, чтобы не дать застыть
битумным продуктам.
Последовательность мойки танков соответствует заранее
разработанному на каждом судне плану. Переносные моечные машинки (рис. 5.28)
подвешивают на тросах (несколько штук на один трос) на различных уровнях по
высоте танка. После мойки крышки люков и горловин грузовых танков
оставляют открытыми для быстрого остывания и проветривания.
Рис. 5.27. Схема мойки грузового танка Рис. 5.28. Внешний вид моечной
струёй сферического распыла машинки
моечного состава в грузовом танке
5.5.2. Механизированная мойка
Система механизированной мойки танков по замкнутому циклу состоит
из зачистных насосов, подогревателей моечной воды, которые могут
подогревать воду до 80 °С, зачистной системы, двух отстойных танков,
трубопровода моечной воды. Мойка танков осуществляется переносными или
стационарными моечными машинками, которые подключаются к трубопроводу
345

моечной воды. Во время мойки вода движется по замкнутому контуру:
отстойный танк, насос, водоподогреватели, моечные машины, замываемый
танк, зачистная система, насос, отстойный танк. Для лучшей очистки от
нефтепродуктов вода в танках подогревается змеевиковыми
подогревателями грузовой системы. Отстоявшиеся нефтепродукты всплывают и сливаются
по трубопроводу в цистерну сбора нефтепродуктов. В качестве моечной
воды используется забортная вода, которая одним насосом подаётся к
моечным машинкам, а другим - из промывочной цистерны в отстойный танк.
После его заполнения вода вытесняется в другой отстойный танк, после
заполнения которого насос переводится на работу по замкнутому циклу.
Система мойки танков может работать с применением моечных
препаратов и одновременно обслуживать три-четыре машинки. При использовании
двух отстойных танков система называется двухступенчатой, с
использованием одного отстойного танка - одноступенчатой (на старых танкерах).
Наиболее перспективной является трёхкаскадная система с использованием трёх
отстойных танков. Увеличение размеров танкеров потребовало разработки
новых принципов мойки танков на основе применения высоконапорных
стационарных гидромониторов. Рабочей средой монитора является вода
давлением 8 ... 12 бар и расходом 160 ... 190 м3/ч с подачей на расстояние до 40 м.
Движение ствола монитора является врашательно-качательным, с частотой
вращения до 2 об/мин. Привод осуществляется переносной установкой.
Программу движением ствола можно выбирать в зависимости от участков танка
(их загрязненности и сложности с точки зрения их обмыва). Эта система
работает от грузовых насосов, причем один из них подает воду в систему через
стационарно проложенную палубную магистраль к каждому гидромонитору,
а другой откачивает воду из моющихся танков.
Мойка производится при закрытых люках на верхней палубе.
Высоконапорная мойка должна производиться только в среде ИГ для
предотвращения образования статического электричества (наиболее вероятная
причина случившихся взрывов в танках во время мойки
крупнотоннажных танкеров).
Недостатком мойки по замкнутому циклу является увеличение слоя
эмульсии при многократной циркуляции и уменьшение эффективности
мойки при ухудшении сепарации в отстойном танке. Мойка по разомкнутому
циклу осуществляется при сливе за борт отстоявшейся промывочной воды
с контролем содержания в ней нефти.
346

5.5.3. Химико-механизированная мойка
Химико-механизированная мойка, являющаяся «закрытым» способом,
обеспечивает сокращение времени, снижение стоимости, улучшение
условий труда, предотвращение загрязнения моря и является на сегодняшний
день основным способом мойки.
Существует три варианта этой системы мойки:
- со специальными цистернами для моющего раствора, сбора и
хранения отмытых нефтепродуктов;
- без специальных емкостей с использованием грузовых танков для
приготовления раствора и отстоя:
- без специальной моечной системы (с использованием гибких шлангов
для образования замкнутого цикла).
Схема одного из вариантов мойки данным способом приведена на
рис. 5.29. Она достаточно наглядна по составу оборудования.
Последовательность операций мойки и зачистки излагается в инструкции по
эксплуатации.
Рис. 5.29. Схема системы мойки со специальными цистернами:
1 - подогреватель; 2,3,4- насосы; 5 - клапан; 6 - моечные машинки;
7 - зачистной трубопровод; 8 - воронка слива нефти; 9, 10- цистерны
347

5.5.4. Системы очистки балластных вод
Все источники загрязнения моря, исходящие от судов, могут быть
разделены на следующие группы:
- сточные воды, включающие стоки из туалетов, душевых, умывальных,
ванных, прачечных и камбузов;
- нефтесодержащие сточные воды, которые в зависимости от
происхождения могут быть разделены на следующие виды:
- льяльные воды машинных отделений;
- балластные воды топливных цистерн и грузовых танков;
- промывочные воды танкеров;
- твёрдые отходы, такие как отходы камбуза, мусор, ветошь, бумага,
картон, металлические и пластмассовые банки и коробки, сепарация и мусор
из грузовых трюмов и т.п.
Для наливных судов существенным является предотвращение
загрязнения окружающей среды, связанного с необходимостью приема больших
объемов балласта.
Каждый год по всему миру на судах провозится более чем 10 млрд. т
балластных вод, содержащих тысячи разновидностей морских животных
и растений, которые оказывают негативное влияние как на окружающую
среду, так и на здоровье человека. Возникает угроза для водной флоры
и экономики, зависящей в данном случае от чистоты водной экосистемы.
Прекратить транспортировку балластных вод невозможно, однако перевоз
вредных морских организмов и болезнетворных микроорганизмов можно
свести до минимума благодаря обмену морских глубинных вод и
правильно подобранной очистке. Согласно Международной конвенции о контроле
балластных вод и осадков и управлении ими от 2004 г. суда, использующие
морскую воду в качестве балласта, должны к 2016 г. установить систему
очистки балластных вод.
5.6. Газоотводные системы
5.6.1. Назначение и принцип действия
Системы газоотвода предназначены для удаления газовоздушной
смеси из танков в атмосферу во время погрузки и для снятия избыточного
давления, возникающего при изменении температуры, т.е. для обеспечения
газообмена между грузовыми танками и атмосферой. В процессе погрузки
348

жидкого нефтепродукта в танки необходимо обеспечивать выпуск его
паров и воздуха в атмосферу, а при разгрузке, наоборот, освободившиеся
объемы заполнять ИГ или атмосферным воздухом, иначе в первом случае
возникнет повышенное давление внутри танка, способное привести к
повреждению палубы и переборок.
При транспортировке нефтепродуктов необходимость газообмена
между подпалубным пространством и атмосферой вызвана периодической
сменой условий теплообмена в течение суток. Нагрев воздуха в дневное
время и солнечная радиация способствуют повышению температуры
палубы, а от нее и газовоздушной смеси внутри грузового танка. Чтобы
давление газовоздушной смеси не превышало допустимых для корпусных
конструкций значений, осуществляется выброс части объема
газовоздушной смеси в атмосферу. В ночное время процесс идет в обратном
направлении, т.е. с понижением температуры. Это приводит к уменьшению
давления внутри танка и притоку атмосферного воздуха (так называемое
малое дыхание).
Требования, предъявляемые к системам газоотвода:
- должна быть исключена возможность проникновения токсически
опасных и воспламеняющихся паров в жилые и служебные помещения,
а также опасных в пожарном отношении;
- не допускать возникновения в грузовых танках избыточного давления
или вакуума, превышающих расчётные параметры;
- газоотвод должен быть независимым для каждого отдельного танка
или общим для группы грузовых танков;
- при объединённой газоотводной системе должны быть установлены
запорные клапаны, имеющие чёткую визуальную индикацию их положения
и запирающее устройство.
Газовыпускные отверстия системы газоотводов имеют различную
конструкцию и форму. Площадь выходных отверстий, через которые происходит
выпуск газов из грузовых танков, определяется заданной интенсивностью
грузовых операций. В обычных трубопроводах газ беспрепятственно выходит
в вертикальном направлении, а в некоторых имеются огнепреградители, или
защитные колпаки (дефлекторы), которые вызывают отклонение струи газов
в сторону или вниз.
Основным назначением системы газоотвода танков является
обеспечение пожаробезопасности в районе грузовой палубы, т.е. рассеивание паров
349

углеводородов в окружающей атмосфере до концентраций ниже НПВ и иод-
держание позитивного давления в танке при перевозке груза. Это
необходимо соблюдать при изменении параметров окружающей среды и количества
груза в танке. Поэтому газоотводные отверстия, снабженные дефлекторами,
должны быть полностью независимыми от воздушных трубопроводов,
обслуживающих другие помещения. Расположение устройств для выхода газов
и паров должны сводить к минимуму возможность проникновения
воспламеняющихся паров в помещения, опасные в пожарном отношении, а также
токсичных паров в жилые помещения.
Газоотводные устройства каждого танка могут быть автономными
(независимыми) для каждого отдельного танка или общими для группы
грузовых танков. Для объединения газоотводных систем допускается
использование трубопроводов системы ИГ. Если устройство является общим для
нескольких грузовых танков, то на газоотводных системах нефтяных
танкеров и танкеров-продуктовозов должны быть установлены запорные
клапаны, обеспеченные четкой визуальной индикацией их положения и
запирающим устройством, фиксирующим клапан.
На газоотводных системах химовозов запрещено устанавливать
запорные клапаны. Газоотводные устройства должны подводиться к верхней
части каждого танка (к расширителю) и самоосушаться в грузовые танки при
нормальных условиях дифферента и крена судна или в случае
необходимости снабжаться осушительными пробками. Газоотводная система должна
быть оборудована устройствами для предотвращения проникновения
пламени в грузовые танки. В ней должны быть приняты меры для предотвращения
подъёма жидкости в газоотводную систему до высоты, превышающей
расчетное давление грузовых танков (они должны быть оборудованы системой
сигнализации о высоком (предельном) уровне груза в танках или системой
контроля над переливом груза в танки). Проходное сечение трубопроводов
отвода газов (паров, ИГ, воздуха) должно быть не менее чем в 1,25 раза
больше площади сечения, определенной исходя из максимальной расчетной
скорости погрузки.
Газоотводные трубы выводят на регламентируемую Правилами РМРС
высоту над палубой не менее 2 м и размещают как можно дальше от дымовых
труб и других источников появления открытого огня и не ближе 5 м от
воздухозаборников системы приточной вентиляции. На старых танкерах
применяются газоотводные системы, объединяющие танки одной группы в магист-
350

ральные трубопроводы, отводящиеся на мачты В таких системах
предусмотрены запорные клапаны с запирающими устройствами. Газоотводные
устройства подводятся к верхней части каждого танка и самоосушаются в танки при
нормальном крене и дифференте. Газоотводные системы имеют устройства
для предотвращения проникновения пламени в грузовые танки, а также
предупредительную сигнализацию о высоком уровне груза в танке или систему
контроля над переливом его из танка.
Концентрация газа одинакова почти во всем объеме танка и может быть
огнеопасной. Если предыдущий груз был летучим продуктом,
газовоздушная смесь может быть перенасыщенной.
Газоотводная система состоит из участков труб, по которым
отводятся пары из верхних точек отдельных танков, оборудованных
дыхательными клапанами и огневыми предохранителями, соединяющихся в
газоотводную магистраль, выведенную вверх вдоль мачт или грузовых колонн.
В районе мачты или колонны на газоотводной магистрали
устанавливаются уравнительные автоматические клапаны, ограничивающие давление
паров в танках.
На каждой магистральной трубе должен быть установлен
предохранительный переливной клапан, в котором предусмотрен съёмный огневой
ленточный предохранитель, устанавливаемый в отверстие перелива на
палубу. На магистральных газоотводных трубах предусматриваются
паропровод для пропаривания газоотводной системы, компенсаторы,
дренажные клапаны. Мановакууметры и другие измерительные устройства для
определения давления устанавливаются на газоотводных трубах каждого
танка и выводятся на ПУГО.
Существует три вида предохранительных клапанов, устанавливаемых на
газоотводной системе и служащих для сброса паров или газов в атмосферу:
- раздельные пресс-вакуумные клапаны (P/V valves);
- клапаны высокоскоростного выпуска (HIGH VELOCITY Valves);
- комбинированные пресс-вакуумные клапаны высокоскоростного
выпуска.
Отвод газов из танков может осуществляться как в атмосферу, так
и в береговые сооружения (газовозы, химовозы). На практике используются
три основных способа отвода паров из танка: открытый (свободный) выброс
паров в атмосферу, контролируемый отвод паров, сброс паров с
использованием предохранительных клапанов газоотводной системы.
351

5.6.2. Особенности систем газоотвода
Системы газоотвода проектируются но автономному, групповому
и централизованному принципу. Рассмотрим каждый из них.
Централизованный принцип проектирования систем предусматривает
объединение всех газоотводов из танков в одну общую магистраль. Такие
системы устанавливаются на нефтеналивных судах малого дедвейта,
перевозящих в танках один сорт груза.
Групповой принцип в настоящее время является наиболее
распространенным для судов нефтеналивного флота. Число сортов груза, перевозимого
одновременно, обычно определяет количество групп на этих судах.
Автономный принцип представляет автономные трубопроводы от
каждого танка, причём каждая газоотводная труба на его конце снабжается
специальным клапаном, создающим большую скорость истечения газов.
Появление супертанкеров послужило толчком к развитию автономных
систем газоотвода, которые сейчас становятся все более
распространенными. Давление, как избыточное, так и вакуумное, в газовом объеме внутри
танков не должно превышать заданных величин в течение всего срока
эксплуатации (табл. 5.2).
Производительность системы газоотвода (м3/ч) принимается равной
максимальной подаче средств погрузки нефтепродуктов, умноженной на
коэффициент, равный 1,25, который учитывает одновременное испарение груза.
Диаметры трубопроводов газоотводной систему- определяются по результатам
аэродинамического расчета. По функциональному признаку трубопроводы
подразделяют на дыхательные, предназначенные для работы в период рейса,
и непосредственно газоотводные, обслуживающие погрузочно-разгрузоч-
ные операции.
Таблица 5 .2
Давление, как избыточное, так и вакуумное, в газовом объеме
внутри танков в зависимости от типа танка
Тип цистерны или танка
Специально сконструированные
грузовые цистерны
Грузовые танки
Грузовые танки судов внутреннего
плавания
Избыточное давление, кПа
68,6
19,6
19,6
Вакуум, кПа
6,86
1,96
Дыхательные трубопроводы снабжаются дыхательными клапанами,
обеспечивающими стравливание избыточного давления и прием воздуха при
352

падении давления ниже атмосферного. Газоотводная система должна быть
надежно защищена от случайных внешних источников огня, а также
препятствовать распространению его из одного танка в другой.
Для предохранения от распространения открытого огня (искры, пламя
и т.п.) в состав систем газоотвода входят специальные огнепреградители
и пламяирерывающие сетки. При скорости газовыпуска 30,5 м/с и выше
обеспечивается быстрое снижение концентрации газов и достаточная степень их
рассеивания. На основании этого разработана серия автономных газоотводных
высокоскоростных устройств. Высокоскоростное выпускное устройство через
специальное сопло круглого или квадратного сечения обеспечивает выпуск
газов со скоростью 30 ... 70 м/с с такой формой струи, при которой
достигается ее максимальная высота и удаление газов далеко за пределы судна. Выпуск
осуществляется при избыточном давлении в танке 17 кПа.
При погрузке легкоиспаряющегося груза в пустой дегазированный танк
происходит его быстрое испарение и интенсивное выделение паров груза
в атмосферу грузового танка. Из-за высокой плотности паров груза, которая
гораздо выше плотности воздуха, газ скапливается вблизи поверхности
в виде слоя некоторой толщины и по мере заполнения танка поднимается
вместе с уровнем груза (рис. 5.30).
н
Обедненная смесь
Взрывоопасная смесь
Насыщенные пары
ЖндкнП фу?
Л
Рис. 5.30. Образование газового слоя в танке по мере
заполнения танка жидким грузом
1/423-
Количество и концентрация паров, образующих газовый слой в начале
погрузки, зависят от следующих факторов:
- давления насыщенных паров груза;
353
-2078

- температуры груза в танке;
- интенсивности расплескивания груза при его падении в танке;
- времени поступления груза в танк;
- наличия частичного вакуума в грузовой системе.
В соответствии с законом Рауля парциальное давление паров
компонентов смеси над жидкостью пропорционально их мольным долям в жидкой
фазе. Газовая смесь, содержащая в своём составе пары груза с
концентрацией свыше 150 % верхнего предела взрываемости (ВПВ), является
обогащенной. По мере удаления от слоя жидкости концентрация паров в атмосфере
танка будет падать, при условии, что танк был дегазирован. Газовая смесь,
содержащая в своём составе пары груза с концентрацией менее 50 % НПВ,
является разреженным газом. Большинство грузов с низким давлением
насыщенных паров способно образовывать газовый слой толщиной около
1 м. Толщина полного слоя паров не превышает 3 м при истинном давлении
пара (ИДП) менее 1 бар. Поэтому в начале погрузки на выходе газоотвода
будет присутствовать только воздух или ИГ, а к концу погрузки
концентрация паров на выходе газоотвода достигнет 30 ... 50 % от объёма.
По окончании погрузки парообразование груза продолжается до тех
пор, пока над поверхностью жидкости не установится равновесное
состояние паров, при этом их концентрация может достигать в верхней части танка
90 ... 95 % от объёма. За толщину газового слоя принимается расстояние
между слоем жидкости и таким уровнем паров, на котором концентрация
составляет 50 % по объёму.
Часто химовозы осуществляют транспортировку грузов, которые
образуют газовый слой с концентрацией паров 50 % по объёму толщиной
намного больше 1 м. При ИДП больше 1 бар (больше атмосферного
давления) их толщина резко увеличивается, что может стать причиной быстрого
увеличения количества паров выделяемого груза, и груз в танке как бы
«вскипает». Например, для газолина этот процесс почти точно совпадает
с моментом резкого увеличения толщины газового слоя. Однако для
большинства грузов «кипение» начинается только тогда, когда ИДП
значительно превышает атмосферное давление.
Опыт показал, что должное рассеивание потока паров груза в
атмосферном воздухе ниже НПВ обеспечивается при скорости ветра более 5 м/с.
Для легкоиспаряющихся грузов процесс рассеивания будет проходить
быстрее, а зона с опасными концентрациями паров в атмосфере будет значитель-
354

но шире, чем для грузов, испаряющихся менее интенсивно. Принято считать,
что при содержании воспламеняющихся паров груза в атмосфере менее 30 %
НПВ такая паровоздушная смесь не представляет пожарной опасности.
Из всего спектра выбросов из танков по биологической активности
и негативному воздействию на людей можно выделить пять основных
компонентов отработавших газов: окислы азота (NOx), окись углерода (СО),
окислы серы (SOx), углеводороды (СН) и альдегиды (А). На их долю
приходится 80 ... 95 % от общей массы вредных газообразных веществ.
Экологическая опасность их заключается ещё и в том, что, перемешиваясь с
атмосферным воздухом после выпуска, они, взаимодействуя друг с другом,
образуют новые токсичные вещества, часто необратимого характера,
отрицательно воздействующие на человека и другие живые организмы даже
на больших расстояниях от источников выбросов.
При загрузке нелетучего груза при температуре значительно ниже
температуры вспышки отсутствует опасность возгорания. Однако при загрузке
летучего груза выделяется некоторое количество газа в зависимости от
давления продукта. Концентрация газового слоя в танке изменяется в
зависимости от расстояния над поверхностью жидкости (очень близко к поверхности
оно имеет значение, соответствующее ИДП жидкости). Например, если
ИДП = 0,75 бар, газовая концентрация над поверхностью составляет примерно
75 % от объема.
Толщина газового слоя также изменяется в зависимости от условий
загрузки (обычно в течение погрузки она составляет не более 3 м при ИДП
менее 1 бар). Как правило, наблюдается довольно сильное уменьшение
газовой концентрации в верхней части слоя. Когда загрузка закончена и
вентиляционная система закрыта, испарение будет продолжаться до тех пор, пока
давление равновесной газовой смеси не будет равно значению ИДП.
В течение рейса дальнейшее испарение также может продолжаться из-за
климатических условий и увеличения температуры жидкого груза.
5.6.3. Особенности эксплуатации систем газоотвода
Во время разгрузки объем воздуха, равный объему выгруженного
нефтепродукта, должен быть замещен в танк через систему вентиляции.
Поступающие турбулентные потоки воздуха разбавляет газ в танке, поэтому
газовая концентрация уменьшается. В течение и после разгрузки
нелетучего груза в танке образуются только небольшие газовые концентрации. Если

температура груза в течение разгрузки повысилась, то испарение может
увеличиваться и вся атмосфера танка может стать огнеопасной и быть
таковой в течение всего периода разгрузки. Нормы разгрузки имеют
второстепенное значение по сравнению с концентрацией газа. Использование
СИГ в таких случаях гарантирует безопасные условия в танках.
Огнеопасный и ядовитый газ может присутствовать на больших
расстояниях от выходов. Кроме того, самые большие концентрации газа
встречаются при завершении грузовых операций с открытыми измерительными
отверстиями и самые большие объемы газа удаляются в атмосферу при его
свободном истечении. Во время мойки и подачи воды в танк также может
попасть газ, несмотря на то, что была произведена чистка танка и промывка
трубопровода грузовой линии. Если вода подается в танк через грузовые
трубопроводы, то газ может присутствовать в виде тонкого слоя на
поверхности воды.
Возникает потенциальная опасность пожара, если огнеопасная газовая
зона достигает любого местоположения, где могут иметься источники
воспламенения, аналогичные приведенным на рис. 5.31:
- рабочая площадь грузовой палубы, которая обычно является
свободной от источников воспламенения;
- надстройки и палубные рубки, в которые газ может поступать через
двери, иллюминаторы или вентиляцию;
- смежный причал, борт другого судна и водная поверхность, где могут
находиться какие-либо плавучие средства с источниками возгорания.
Влияние скорости ветра. Распределение газа зависит от скорости
ветра. Опыт работы на терминалах показывает, что при скорости ветра более
чем 5 м/с газ рассеивается достаточно, чтобы избежать риска воспламенения
(при вентиляции грузовых танков) через вентиляционные трубы. При более
низкой скорости ветра рассеивание газов может быть опасным из-за того,
что направление движения газа не всегда предсказуемо. При спокойной
погоде плотность и опасные концентрации газа формируются в низких местах
палубы, вдоль корпуса судна и на поверхности воды. Согласно требованиям
IBC установлены специальные нормативы для вентиляционных систем тан-
керов-химовозов. Все танки должны быть обеспечены вентиляционной
системой, подходящей для перевозимого груза.
Обычные газоотводы приемлемы в тех случаях, когда пары
перевозимого груза не реагируют друг с другом.
356

Ветер
J^aaSS5QiJ^7
Ветер
в)
"# ^ Ветер г) Ветер it
е) Ветер
Административные Хранилища
здания
Пристань
Огнеопасный поток
Автодорога
Токсичный поток
Рис. 5.31. Распределение выделяющегося газа: а - при заполнении одного танка;
б - при заполнении трёх танков; в - на пришвартованное судно (бункеровщик и т.д.);
г-на танкер, выброс газа с пришвартованного судна (бункеровщика и т.д.);
д - при нахождении судна у причальной стенки (судно ниже причальной стенки);
е - по причалу при нахождении судна у причальной стенки
(газоотвод выше причальной стенки)
Открытая вентиляция грузовых танков через открытые
трубопроводы. Подобная вентиляция допускается только для нефтепродуктов с
температурой вспышки более 60 °С, не токсичных, т.е. не приносящих вреда
здоровью при вдыхании их паров.
Управляемая вентиляция танков. Управляемая вентиляция грузовых
танков требует наличия специальных клапанов, реагирующих на вакуум/
24* 357

давление на вентиляционном трубопроводе от каждого танка, и может быть
полностью независима или связана на стороне давления с общим
коллектором. Газоотводы должны быть помещены, по крайней мере, на 6 м D м, если
судно построено до 1 января 1994 г.) выше открытой палубы или выше
переходного мостика, если установлены в пределах 4 м от него. Если
установлены высокоскоростные клапаны вентиляции (рис. 5.32) с минимальной
скоростью истечения до 30 м/с, высота расположения выходного вентиля может
быть уменьшена до 3 м.
Рис. 5.32. Высокоскоростное выпускное устройство:
/ - рукоятка; 2 - шток; 3 - втулка; 4 - червяк; 5 - корпус; 6 - зубчатый сектор; 7 - ось
рычага; 8 - рычаг; 9 - ограничитель; 10 - ось крышки; 11 - профилированный конус;
12 - крышка; 13 - подвижная тарелка; 14 - направляющая втулка тарелки;
15 - уплотнительное кольцо; 16 - основание
Выходы должны быть помещены, по крайней мере, на расстоянии 10 м
от любых воздухозаборников, проходов для экипажа, мест с источниками
воспламенения, а также от машинного отделения. Для удаления ядовитых
продуктов требуются большие высоты и расстояния для расположения
газоотводов. Предохранительные клапаны устанавливаются только на танках,
358

находящихся иод высоким давлением на судах, предназначенных для
перевозки специальных продуктов с высоким давлением паров.
Свободный выпуск газов после мойки танков. После того как танк
очищен, горловины и люки для очистки грузового танка должны быть
открыты,- что позволит ускорить процесс выветривания газа из танка. Однако
тго опасный метод, так как некоторое количество газа может присутствовать
на палубе в течение долгого времени, и танки полностью незащищены от
источников воспламенения. Согласно требованиям п. 59.2 Конвенции
SOLAS при чистке грузовых танков танкеров, оборудованных СИГ,
используют систему вентиляции воздухом до тех пор, пока газовая концентрация
не понизится до 2 %. При чистке грузовых танков танкеров без СИГ
соблюдают следующие правила:
- вентиляция цистерн воздухом через вентиляционные выходы;
- вентиляция цистерн со скоростью вентилирования не менее 20 м/с,
через отверстия, помещенные на 2 м выше уровня палубы и снабженные
огневыми экранами;
- когда концентрация газа оказывается ниже 30 % LFL, люки грузового
танка можно открыть.
Члены экипажа, работающие на палубе над грузовыми танками, должны
помнить о возможном присутствии вредных газов во время грузовых
операций. Персональные средства защиты должны использоваться каждый раз при
любых, даже кратковременных контактах с грузом или вредными газами.
Обслуживание газоотводной системы заключается в периодических
осмотрах и очистке дыхательных клапанов и огневых предохранителей.
Нормальная эксплуатация танкера без исправно действующей системы
газоотвода принципиально невозможна. Несмотря на конструктивное
многообразие систем газоотвода, назначение и принцип их действия одинаков:
обеспечить газообмен между танками и атмосферой при любых условиях
плавания и погрузочно-разгрузочных работ, так как над свободной
поверхностью груза происходит испарение лёгких фракций груза, что вызывает
изменение давления в танках. Например, при взятии проб, температурных
замерах или соединении/разъединении фланцевых соединений шлангов,
находясь у открытых люков, запрещено стоять спиной к ветру, так как перед
человеком может сформироваться скопление газа, что приведёт к попаданию
вредных веществ в организм. Чтобы этого не произошло, необходимо стоять
гак, чтобы ветер дул в плечо, а не в спину.
359

При проведении грузовых и балластных операций дыхательные
клапаны должны быть открыты, чтобы при возможном повышении давления
в танках не разрушились диафрагмы системы пенотушения и не
деформировались корпусные конструкции, а при выгрузке не снизилась подача
грузовых и зачистных насосов.
Открытый газоотвод, т.е. свободный выпуск паров из атмосферы
танка, не создаёт препятствий истечению атмосферы танка в ходе проведения
нормальных грузовых операций. Он состоит из трубопроводов,
установленных отдельно на каждом танке или объединенных в общую систему,
выполняющую необходимую сегрегацию грузов, обеспечиваемую не только
исключением возможного контакта жидкого груза, но и его паров. Такой
способ вентиляции допускается лишь при обработке грузов, которые не горят
и не являются токсичными. В системе открытого газоотвода не должны
устанавливаться запорные клапаны. Выпуск паров из танка происходит в
процессе открытой вентиляции непрерывно через вентиляционное отверстие
с использованием огнепреградительной сетки или без неё. Т.е. при
использовании открытого способа вентиляции танков избыточное давление
внутри танка минимально. Однако даже к такой, казалось бы, простой системе
отвода паров предъявляются следующие довольно жесткие требования:
- выпускные отверстия системы газоотвода должны быть расположены
на высоте не менее 6 м от грузовой палубы или переходного мостика, если
они расположены ближе 4 м от него;
- выпускные отверстия должны быть расположены на удалении не
менее 10 м по горизонтали от ближайших воздухозаборников, отверстий,
ведущих в закрытые помещения, палубных механизмов и устройств, включая
брашпили, цепные ящики, якорные клюзы и любое другое оборудование,
которое может создать опасность воспламенения;
- учет возможности блокировки огнепреградительных устройств в
системе газоотвода из-за полимеризации, застывания паров груза, а также
вследствие обмерзания.
Система контролируемого газоотвода представляет собой систему
трубопроводов, оборудованную специальными клапанами, предотвращающими
создание избыточного давления в танке или его вакуумирование. Система
контролируемого газоотвода устанавливается на танкерах, осуществляющих
транспортировку грузов с температурой вспышки ниже 60 °С.
360

Система контролируемого газоотвода. В состав системы
контролируемого газоотвода входят:
- индивидуальные трубопроводыв, установленные на каждом танке
и оборудованные раздельными клапанами, срабатывающими на избыточное
давление или вакуум;
- индивидуальные трубопроводы, установленные на каждом танке
и оборудованные комбинированными пресс-вакуумными клапанами.
Каждый индивидуальный пресс-вакуумный клапан может быть оборудован
системой перепуска (байпасом).
Система контролируемого газоотвода может быть общей для какой-
либо группы танков, и отвод избыточного давления может осуществляться
на отдельную вентиляционную колонну. На трубопроводах системы
газоотвода химовозов исключается установка запорных клапанов (это основное
отличие системы газоотвода химовозов от газоотводной системы нефтяных
танкеров).
Пресс-вакуумные клапаны должны обеспечивать свободный вход/выход
паров или воздуха во время проведения грузовых операций и
транспортировки груза, поддержание некоторого положительного давления в танке
и его защиту от вакуумирования или избыточного давления. Для танкеров
с интегральными танками типа 2G давление срабатывания
предохранительного клапана на избыточное давление обычно составляет не более 21 кПа
B100 мм вод. ст.), и на вакуум - не менее 7 кПа G00 мм вод. ст.).
Газовыпускные отверстия системы контролируемого газоотвода
должны быть расположены таким образом, чтобы они отвечали следующим
требованиям:
- смесь паров выбрасывалась вертикально вверх;
- выброс паров осуществлялся на высоте не менее 3 м от грузовой
палубы, если газоотвод расположен на удалении более 4 м от переходного
мостика и обеспечена линейная скорость струи газа на выходе не менее 30 м/с
(это достигается с помощью специального высокоскоростного клапана);
- выброс паров осуществлялся на высоте 6 м от палубы, если они
расположены в пределах 4 м от переходного мостика и выпускное отверстие
не оборудовано высокоскоростным клапаном;
- клапаны «P/V» и «H/V» должны обеспечивать прохождение паров
груза или атмосферного воздуха с интенсивностью в 1,25 раза выше, чем
максимально допустимая интенсивность налива/слива груза;
361

- выброс газов должен происходить на удалении не менее 10 м по
горизонтали от ближайших воздухозаборников и отверстий, ведущих в закрытые
помещения, палубных механизмов и устройств, включая брашпили, ценные
ящики, якорные клюзы, а также любое другое оборудование, которое может
создать опасность воспламенения;
- выпускные отверстия клапанов должны быть расположены на
удалении не менее 5 м от ближайших воздухозаборников и отверстий, ведущих
в закрытые помещения.
Дегазация и вентиляция грузовых танков. Для дегазации и
вентиляции грузовых танков после перевозки грузов, иных, чем те, для которых
предусмотрен открытый способ вентиляции танков, т.е. для грузов,
выделяющих взрывоопасные или токсичные пары, предусмотрено оборудование
химовозов дополнительными системами для отвода газовых смесей из
атмосферы танков.
б)
J4
в)
. -
*
)))
— :
::- \
~ с У))
!- с /V)
!= 4r;J
J'L
с ( с"-)
)))
Рис. 5.33. Схема дегазации и вентиляции танков с использованием переносных
вентиляторов (а) и продувочных труб (б)
Отвод газовых смесей из атмосферы танка может производиться как
через системы газоотвода, так и через специальные продувочные трубы,
установленные на каждом танке (рис. 5.33). При наличии на борту установки ИГ
танкер оборудуется системой продувочных трубопроводов, используемых для
отвода газовой смеси из танка при одновременной работе системы ИГ.
362

Система продувки танка должна обеспечивать следующие условия:
- свободный отвод газовой смеси из атмосферы танка при полной
производительности СИГ;
- выброс газовой смеси вертикально вверх с линейной скоростью
потока не менее 30 м/с;
- выпускное отверстие продувочной трубы должно быть расположено
на высоте не менее 2 м от грузовой палубы.
Вентиляторы для дегазации танков. Широко применяемые на борту
химовозов, продуктовозов и нефтеналивных танкеров переносные
вентиляторы фирмы «Альфа Лаваль» используются для дегазации танков и подачи
свежего воздуха перед входом в танк. Легкие по весу и простые в обращении
вентиляторы направляют воздушный поток в основание танка, снижая тем
самым риск образования паровоздушных мешков в танке. Все модели
характеризуются большой глубиной внедрения в танк, что способствует
сокращению времени, затрачиваемого на удаление газов, минимизируя, таким
образом, расход воды. Также существует возможность использования их для
осушения грузовых и балластных цистерн.
Переносные вентиляторы. Переносные вентиляторы, специально
разработанные под стандартное палубное отверстие на 318 мм, оснащены
устройствами, которые обеспечивают уменьшение линейной скорости выброса
газовой смеси до 20 м/с. Приемные отверстия продувочных труб должны
быть расположены на максимальном удалении от входного отверстия
трубопроводов для подачи в танки ИГ или воздуха. Входные отверстия
продувочных труб могут быть расположены или на уровне грузовой палубы, или на
высоте не более 1 м от днища танка. Выходные отверстия труб продувочной
системы должны быть оборудованы герметичными крышками. Если химовоз
не имеет СИГ, то предусматривается его оборудование специальными
вентиляторами для продувки и дегазации грузовых танков, которые могут быть
как стационарными, так и переносными.
Необходимо строго соблюдать меры безопасности при погрузке грузов
с высоким давлением насыщенных паров. Если в процессе их погрузки
обнаруживаются слои газа необычно большой толщины, то погрузку следует
производить с длительным стравливанием паров из танка. В этом случае
вокруг танкера возможно образование газового облака с высокой концентрацией
паров, что требует принятия дополнительных мер безопасности.
363

Погрузка должна производиться только закрытым способом и быть
прекращена при скорости ветра менее 5 м/с. Начало налива должно
осуществляться с очень низкой интенсивностью. Завершение погрузки также должно
производиться с низкой скоростью. Необходимо принятие следующих мер
для предотвращения образования вакуума в погрузочном трубопроводе:
- обеспечение инструментального контроля над рассеиванием паров;
- выпуск паров производить на значительном расстоянии от воздухоза-
борных отверстий;
- отказ от погрузки груза, имеющего температуру, соответствующую
температуре его кипения.
Дополнительные средства газоотвода. При отводе газовой смеси из
танка через газоотводную систему происходит дросселирование газовой
струи. Процесс дросселирования на выходе газовыпускного отверстия
системы газоотвода сопровождается резким понижением давления в струе и,
соответственно, снижением температуры газа. Это приводит, во-первых, к
интенсивной конденсации паров груза или паров воды, содержащихся в газовой
смеси, и, во-вторых, при пониженной температуре сконденсировавшаяся
жидкость может застыть, заблокировав газовыпускное отверстие, что, в свою
очередь, может привести к переопрессовке или вакуумированию танка. В
качестве вторичных средств газоотвода на танкерах, оборудованных СИГ, могут
служить защитные устройства СИГ.
Дооборудование танкеров вторичными системами газоотвода не
требуется в следующих случаях:
- если танкер оборудован системой открытой вентиляции танков;
- если танкер не перевозит грузы с температурой вспышки менее 60 °С;
- если танкер имеет выпускные отверстия дыхательных клапанов, в
дополнение ко всему расположенные на удалении не менее 5 м от ближайших
воздухозаборников и отверстий, ведущих в закрытые помещения палубных
механизмов и устройств, включая брашпили, цепные ящики, якорные клюзы
и любое другое оборудование, которое может создать опасность
воспламенения;
- если танкер оборудован системой ИГ с прерывателем давления.
Система регулируемого выпуска газов и паров. Система
предназначена для обеспечения погрузки легкоиспаряющихся органических грузов
по замкнутому контуру, когда исключается выброс паров в атмосферу.
Причем утилизация газовой смеси, образующейся в результате испарения
364

груза в грузовых танках судна, может осуществляться самыми
разнообразными методами: как отводом газов в те же самые береговые емкости, из
которых происходит погрузка, так и отводом их на специальные
газоперерабатывающие устройства, которые могут осуществлять улавливание
паров и их абсорбцию, повторное сжижение паров или их полное сжигание
и утилизацию.
Штифт
25.4 мм
I
Штифт /;-,^Т:^;-Г ^^^
Рис. 5.34. Внешний вид судового манифолда системы контролируемого газоотвода
В системе газоотвода (рис. 5.34) манифолд должен быть расположен как
можно ближе к грузовым манифолдам. Однако на химовозах, которые могут
одновременно осуществлять обработку значительного количества
разнородных грузов, требующих отвода паров в береговые приемные устройства,
допускается установка дополнительных соединительных патрубков на каждом
грузовом танке.
В целях предотвращения неправильного подсоединения судового
манифолда для отвода паров к линии терминала с наружной стороны манифолда
наносится специальная маркировка желтого и красного цвета, поверх
которой делается надпись черного цвета «ПАРЫ». Расположение надписи
должно соответствовать положению малой часовой стрелки, когда часы
показывают время 10 ч или 14 ч. Кроме того, на лицевой поверхности каждого
фланца газоотводного манифолда должен быть стационарно закреплен
цилиндрический штифт (соответствующий положению стрелок часов пока-
365

зывающих 12 ч) следующих размеров: длина 1 дюйм B5,4 мм) и диаметр
Уг дюйма A2,7 мм). Соответственно во фланцах соединительных шлангов
для него должно быть предусмотрено дополнительное отверстие.
Газоотводный манифолд должен быть оборудован специальным патрубком с пробкой
для подсоединения переносного манометра.
Система отвода паров груза должна быть обеспечена системой звуковой
и световой сигнализации о предельном давлении. Пределы срабатывания
системы сигнализации составляют 80 % от верхнего и нижнего давления
срабатывания пресс-вакуумных клапанов системы газоотвода грузовых танков.
Переполнение грузового танка при использовании системы
регулируемого выпуска паров приводит к возможности возникновения таких же
опасностей, как и при «закрытом» способе погрузки. Поэтому важно, чтобы
системы контроля уровня груза в танках при погрузке с использованием
системы отвода паров обеспечивали надежность и позволяли производить
замеры уровня груза с достаточной точностью без разгерметизации танка.
В связи с этим на танкере предусматривается автономная сигнализация
о предельном заполнении танков двух видов: 95 % и 98 %-го заполнения
объёма. Каждый вид сигнализации должен быть независимым, обеспечивать
подачу звукового и светового сигнала различного цвета и тональности.
Обычно световая сигнализация 95 %-го заполнения танка оборудуется
проблесковым световым сигналом оранжевого цвета, а 98 %-го заполнения
танка - проблесковым световым сигналом красного цвета. Проверка таких
датчиков должна проводиться до начала погрузочных операций, а именно
в течение 24 ч до захода судна в порт.
Грузовой танк не должен разгерметизироваться для замеров или взятия
проб в то время, когда он соединен с системой отвода паров, если он не
будет изолирован от всех остальных танков и не будут предприняты меры для
обеспечения пожаробезопасности и снижения избыточного давления в нем.
Системы газоотвода должны быть оборудованы средствами и
устройствами для эффективного осушения и сбора любого конденсата, который
может накапливаться в системе газоотвода. Любое скопление жидкости в
системе газоотвода препятствует свободному отводу паров. Оно может явиться
причиной возникновения зарядов статического электричества на
поверхности жидкости или вызвать чрезмерное повышение давления в системе
газоотвода. Поэтому в нижних точках судовой системы газоотвода
предусмотрены осушительные пробки или клапаны, которые необходимо периодически
366

открывать во время погрузки с целью своевременного обнаружения
жидкости в газоотводе.
5.7. Системы предотвращения загрязнений атмосферы
5.7.1. Загрязнения от вредных газов и паров
Обязательным условием, которое предъявляют порты к танкерам, -
наличие систем, ограничивающих эмиссию паров груза с целью снижения
во время грузовых операций выбросов летучих органических соединений.
В соответствии с Правилом 15 Прил. VI МАРПОЛ 73/78 на новых и
существующих танкерах помимо системы сбора паров при проведении
грузовых операций в портах и на терминалах требуется система контроля летучих
органических соединений (VOC). Для поддержания давления в нефтяных
танках ниже 0,14 бар VOC стравливаются в атмосферу через трубы из
танков тяжёлого топлива.
Компания «MAN-B&W Diesel A/S» (Дания) предложила новую систему
снижения выброса VOC, способствующую экономии топлива и сокращению
эмиссии отходящих газов. Эта система сбора и хранения VOC разработана
для газового двигателя высокого давления МС- GI, способствующего
сгоранию VOC. В их состав входят такие углеводородные соединения, как метан,
тган, пропан, пентан и др., которые выделяются в атмосферу при погрузке
сырой нефти в заполненные ИГ грузовые танки судна. Брызги нефти, а
также присутствие ИГ вызывают испарение легких фракций. Метан известен
как продукт, способствующий созданию парникового эффекта, другие
вступают в химическую реакцию с окислами азота при солнечном свете, образуя
озон и смог над поверхностью Земли.
На современных судах VOC выделяются в атмосферу вместе с
углеводородами и ИГ. При погрузке процентное содержание инертного газа
меняется от 80 % в начале погрузки до 30 %, когда работы почти завершены.
Содержание углеводородов в выбросах VOC также меняется в течение
погрузочных работ и зависит от различия нефтяных месторождений и времени их
разработки. Благодаря этой системе снижаются объем выхлопных газов
двигателя и потребление тяжелого топлива (HFO).
Система переработки собирает и сохраняет неметаносодержащую часть
VOC: пропан, бутан и высшие углеводороды. Эти газы (ИГ, метан и этан)
сжижаются и отделяются от VOC, которые на данном этапе выбрасываются
367

в атмосферу. На следующих этапах они могут утилизироваться и,
накапливаясь в палубном герметичном танке, использоваться в качестве топлива для
двигателя. Затем под высоким давлением они поступают в специально
модифицированный двигатель, называемый двухтопливным, и впрыскиваются
в камеру сгорания под давлением 400 бар сразу вслед за впрыском
небольшого количества топлива. В этом случае СГ, являясь вспомогательным
топливом, обеспечивают надежное стабильное горение. Специальные
топливные клапаны для VOC приводятся в движение элементами электронного
управления. При этом, несомненно, сокращаются расходы на топливо.
Очищаются отходящие газы, в том числе снижается содержание SOx на 50 ...
90 %, на 50 ... 90 % уменьшается выделение фракций легкого и более
летучего топлива, на 20 ... 30 % сокращается выделение NOx, соответствующее
более однородной смеси, незначительно сокращается выделение С02
благодаря более высокому соотношению углерода/водорода в новом топливе по
сравнению с HFO. Например, в течение обычного рейса из Персидского
залива танкер дедвейтом 300 тыс. т с грузом легкой сырой нефти может
потерять до 0,6 % груза в виде VOC, что эквивалентно трехнедельному
потреблению топлива. К числу необходимых изменений в конструкции дизеля
следует отнести утолщение крышек цилиндра, определяемого дополнительным
оборудованием для впрыска VOC, увеличивающим стоимость дизеля всего
на 1 ... 1,5%.
Загрязнения атмосферы связаны с такими понятиями, как кислотные
дожди, озоновые дыры, парниковый эффект, которые показывают степень
их отрицательного воздействия на человека. Содержание кислорода в
атмосфере составляет 21 %, его уменьшение отрицательно влияет на процесс
биологической жизни на Земле. Согласно требованиям Всемирной
организации здравоохранения, средневзвешенное содержание озона в атмосфере не
должно превышать 120 мг/м3. Осенью 1997 г. ИМО приняла Приложение VI
к МАРПОЛ 73/78, являющееся первым международным документом по
ограничению следующих видов загрязнения воздуха с судов:
- выбросу отработавших газов;
- эмиссии паров из грузовых танков, инсинераторов;
- низкокачественному топливу и озоноразрушающим веществам.
Рассмотрим более подробно каждый из них.
Выброс отработавших газов с загрязняющими веществами.
Вводится повсеместно максимально допустимое содержание серы в топливе, равное
368

1,5 % F,0 г/(кВтч) SOx), вместо 4,5 % в основном при эксплуатации судов
в особых районах, к которым относится Балтийское море. Кроме того,
на судне должна применяться система очистки выпускных газов с уровнем
очистки от выбросов, не превышающем 6,0 г/(кВтч) SOx (действует начиная
с 19 мая 2006 г.). Порядок снижения содержания NOx в отработавших газах
изложен в комплексе правил, разработанных в виде специального
технического кодекса, предусматривающего тестирование, сертификацию и
последующую проверку тех двигателей, на которые распространяются эти
правила (рис. 5.35). Линия ограничивает предельные значения для новых дизелей
по требованиям ИМО.
NOx,i/(kBt-4)
20
18
16
14
124
10 -
Содержание NOx(максимально
допустимое значение)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Номинальная частота вращения дизеля, об/мин
Рис. 5.35. Зависимость эмиссии NOx, г/(кВтч) в содержании выпускных газов
от номинальной частоты вращения коленчатого вала (об/мин )дизеля
Судовые инсинераторы. Мусоросжигательные печи (рис. 5.36) должны
соответствовать стандарту ИМО МЕРС 76D0). Кроме того, должны быть
предусмотрены рекомендации по эксплуатации, запрещающие сжигание
определенных материалов, выделяющих при горении токсические вещества.
В соответствии с Международной конвенцией МАРПОЛ 73/78 каждое
судно должно иметь емкости (контейнер, полиэтиленовый или бумажный
мешок) и устройства для утилизации мусора дроблением, резкой,
гидропрессовкой. Так, Правило 16 Прил. VI содержит требования по обязательному
оборудованию типовыми судовыми инсинераторами (применительно к ин-
синераторам до 1500 кВт). Например, в судовых печах (инсинераторах) типа
СП 10, СП25 предусмотрено сжигание 10 и 25 кг/ч твердых отходов в СП50
до 50 кг/ч, типа ASW14025 (Дания) - до 100 кг/ч жидких и 50 кг/ч твёрдых
отходов. В печах температура должна быть 800 ... 1000 °С и не ниже 750 °С
для устранения неприятного запаха.
369

Рис. 5.36. Принципиальная схема инсинератора с обслуживающими
устройствами и системами: 1 - загрузочная дверца; 2 -- камера сгорания;
3 - камера последующего сгорания; 4 - камера догорания; 5 - топливная
форсунка с вмонтированным насосом; 6 - дверца для удаления золы;
7 - воздуходувка; 8 - вытяжной эжектор; 9 - ёмкость для твёрдых отходов;
10 - форсунка для сладжа; 11 - двойная стенка для охлаждения воздухом;
12 - вход воздуха для сгорания; 13 - смесительный танк для сладжа;
14 - насос для перемешивания; 15 - циркуляционный насос; 16 - подача
сжатого воздуха; 17 - дозировочный насос сладжа; 18 - подвод и отвод пара
для подогрева сладжа; 19 - танк дизельного топлива; 20 - выход газов
в атмосферу; 21 - заслонка на выходе газов; трубопроводы:
а - подвода сладжа; в, с - подвод и отвод пара; d- вентиляция танка
со сладжем; е - подвод дизельного топлива;/- вентиляция танка
с дизельным топливом; g - подвод сжатого воздуха;
И - подвод электрического питания; / - аварийный
выключатель;^ - выгрузка сладжа
370

Рис. 5.37. Принципиальная схема аммиачного
катализатора выпускных газов главного судового
дизеля: / - палуба; 2 - цистерна с аммиаком;
3 - испаритель аммиака; 4 - блок управления
с приборами; 5 - камера осушки и продувания;
6 - управляющий сигнал от ГД; 7- компьютер
для всей установки; 8 - выход воздуха;
9 - вход воздуха с фильтром; 10 - статический
смеситель; И- реактор SCR; 12 - анализатор
кислорода и окислов азота; 13 - сжатый воздух
для очистки и продувки; 14- подвод сжатого
воздуха; 15 - ТК; 16 - подвод уплотняющего
подогретого воздуха; 17 - воздухоохладитель;
18 - временные задвижки; 19 - разбавленный
аммиаком воздух

Низкокачественное топливо. Утилизационные парогенераторы,
устанавливаемые на большинстве морских судов, являются хорошими
глушителями шума и искрогасителями. Пучки труб снижают уровень шума высокой
частоты, а расширительные камеры - низкой. Благодаря интенсивному
охлаждению газов и столкновению горящих твердых частиц с поверхностями
теплообмена, обеспечивается эффективное гашение и одновременно
усиленное загрязнение атмосферы.
Озоноразрушающие вещества. Причиной образования окислов азота
является высокая температура в камерах сгорания рабочих цилиндров.
Окислы азота образуют кислотные дожди, разрушают озоновый слой, и
образуют фотохимический смог. На судах применяют катализаторы для
главных МОД (рис. 5.37) и главных СОД (рис. 5.38). Для снижения содержания
окислов азота в выпускных газах (ниже 17 ррм для МОД) применяют
специальные компактные реакторы с использованием аммиачных составов.
Рис. 5.38. Схема включения аммиачного катализатора в выпускную систему СОД:
1 - цистерна с аммиаком; 2 - измеритель содержания NOx; 3 - насос для отбора
пробы; 4 - выход газов в атмосферу; 5 - компактный SCR; 6 - форсунка впрыска
аммиачного раствора; 7 - СОД; 8 - блок подготовки аммиачного водного раствора
Водный раствор мочевины D0 %) - безвредное вещество, применяемое
в сельском хозяйстве, которое разлагает окислы в соответствии с уравнением
(NH2JCO + Н20 + теплота => 2 NH3 + С02.
372

Газы проходят через катализатор, где NOx превращаются в азот и
кислород:
4 N0 + 4 NH3 + 02 =>4N2+ 6H20,
6N02 + 8 NH3=>7N2+ 12H20.
В конечном итоге получается следующий состав выпускных газов
дизеля после катализатора: Н20 - 5 %, С02 - 5 %, 02 - 13 %, N2 - 76 %, остальное
- окись углерода и углеводороды.
5.8. Приборы контроля сигнализации и защиты в системах
автоматического управления грузовыми технологическими
процессами на наливных судах
Приборы, контролирующие состав атмосферы, позволяют определять
присутствие газа в грузовых танках, в закрытых пространствах и на
открытом воздухе. Кроме того, приборы и системы дают возможность
измерить степень взрывоопасности, токсичности (опасности для здоровы!)
и химической реактивности (опасности химического заражения
окружающей среды).
Взрывоопасность определяют по наличию определенной концентрации
огнеопасных газов и паров в воздухе. Небольшие значения концентраций
обычно определяют по принципу каталитического сгорания, большие
концентрации оценивают но принципу интерференции (посредством
рефрактометра, осуществляющего замер тепловой потери).
Токсичность (опасность для здоровья) определяют по измерениям двух
составляющих: кислорода и газа. Измерения проводят с использованием
метода химической абсорбции (прокачиванием через стеклянную трубку,
содержащую химикаты, реагирующие на определенный газ). Содержание
кислорода определяют либо магнитным, либо электролитическим методом.
Химическую реактивность (заражение) определяют с использованием
методов, упомянутых ранее. В первую очередь, производят измерение по
кислороду, а также определяют степень заражения.
5.8.1. Приборы газового анализа
При проведении ряда грузовых операций, таких как инертизация,
продувка и вентиляция грузовых танков, а также некоторых судовых работ
возникает необходимость контроля атмосферы как в грузовых помещени-
25*
373

ях, так и в местах проведения работ. При этом производимые замеры
должны определить наличие опасности возникновения пожара и опасности
для здоровья персонала.
В настоящее время для производства замеров используются
разнообразные приборы с различными принципами действия. Минимальный
перечень переносных приборов, используемых для контроля над атмосферой
на танкерах, следующий:
- кислородомер - прибор для измерения концентрации кислорода в
атмосфере;
- интерферометр - прибор для измерения процентного содержания
паров углеводородов в атмосфере;
- детектор взрывоопасных газов - прибор для измерения
взрывоопасных концентраций в пределах НПВ (% LEL);
- эксплозиметр - прибор для определения % содержания паров
углеводородов по объему;
- прибор для измерения содержания токсичных веществ в атмосфере.
Все эти приборы должны быть на судне в двойном комплекте. Они
охватывают лишь минимальный перечень приборов газового анализа,
используемых на танкерах различных типов (например, при транспортировке
некоторых высокотоксичных грузов требуется наличие специальных приборов
для непрерывного контроля содержания паров этих грузов в атмосфере
помещений). Так, при перевозке винилхлорида требуется наличие на судне
специального прибора, позволяющего производить постоянные замеры
малых концентраций VCM в течение всего рабочего дня.
Любая измерительная аппаратура даёт информацию о концентрации
кислорода, взрывоопасных газов или токсичных газов только в определенном
месте и в определенное время. Однако общее состояние атмосферы в танке
может намного отличаться от места, где произведен замер, и меняться со
временем. Поэтому, чтобы определить действительное состояние атмосферы
в танке, необходимо производить замеры регулярно в нескольких точках.
Для того чтобы точно установить, например, что танк свободен от газа,
необходимо делать замеры в разных точках с обязательным повторением
этих замеров. Частота их замеров должна быть такой, какую только
допускают условия проведения грузовой операции. Все измерительные приборы
должны быть отградуированы на конкретный газ. Если измерительный
прибор ранее применяли для другого газа, то следует вводить поправочный
374

коэффициент (однако даже в этом случае в полученных результатах
измерений могут наблюдаться недопустимо большие ошибки).
5.8.2. Измерительные и контрольные приборы,
используемые на газовозах
Приборы на основе каталитического принципа сгорания. Эти
приборы применяюг для определения и измерения концентраций углеводородных
газов и их паров. Они очень удобны в использовании, поскольку показывают
концентрацию анализируемого газа в процентах от LFL.
Предельное содержание кислорода в пробе должно быть близким
к нормальной величине B1 %). Этот измерительный предел может быть
нарушен полимеризацией продукта или его химико-биологическим
разрушением. Нормальной работе прибора может помешать присутствие сложных
соединений, содержащих кремний. В настоящее время часто используют
широко известный прибор типа MSA «Эксплозиметр» модели 2Е.
Приборы на основе принципа оценки тепловых потерь» Эти приборы
удобны для определения высоких значений концентрации газов.
Существенное их преимущество заключается в том, что результаты измерений не
зависят от присутствия кислорода. Однако эти приборы не очень точны,
особенно в том случае, если они не отградуированы для конкретного газа. В
основном их применяют для измерения углеводородных газов в инертной
атмосфере, для оценки степени опасности для здоровья человека они не
обладают достаточной чувствительностью.
Приборы на основе принципа интерференции - рефрактометры.
Применяют для анализа тех же смесей, что и в случае работы с «Танкоско-
пом». Рефрактометры более надежны, однако правила их эксплуатации
более сложны.
Приборы на основе измерения концентрации кислорода
электролитическим принципом. Базируются на использовании
электроизмерительного датчика, установленного в корпусе прибора либо на конце электрического
кабеля произвольной длины.
Содержащийся в пробе кислород в процессе диффузии через
специальную мембрану поступает в электроизмерительную систему, где определяется
его количество в электролите. В начале электрохимического процесса
возникает небольшой электрический ток между золотым катодом и анодом,
расположенным в корпусе. Величина этого тока пропорциональна парциаль-
375

ному давлению кислорода, т.е. концентрации кислорода в условиях
постоянного давления.
Датчик имеет ограниченный срок службы - два года, по истечении
которого его необходимо заменить (независимо от времени
использования). Запасные датчики хранят в герметичных упаковках,
заполненных азотом, которые нельзя вскрывать до момента установки и начала
работы датчика.
Электролитический принцип измерения концентрации кислорода
применяют как в небольших приборах личного использования, так и в приборах
промышленного назначения. Многие из этих приборов оборудованы
звуковой и световой сигнализацией, срабатывающей в тех случаях, когда
концентрация кислорода опускается ниже допустимого значения в нормальных
условиях A8 %). Иногда подобные приборы собирают в одном корпусе с
прибором «Эксплозиметр».
Приборы на основе определения концентрации газа химическим
принципом. Принцип работы приборов заключается в использовании
химических абсорбционных датчиков, которые позволяют измерять очень низкие
значения концентраций газовых паров. Они находят широкое применение
при определении степени токсичности окружающей атмосферы.
Измерительным элементом датчика является стеклянная трубка,
заполненная определенным веществом. Последнее вступает в химическую
реакцию с определенным газом (газ прокачивают через эту трубку при
помощи груши), что вызывает изменение цвета реагента. Чем выше
концентрация газа, тем больше будет изменен цвет реагента, и,
следовательно, больше будет длина участка реагента в трубке, изменившего цвет,
пропорциональная концентрации анализируемого газа. Эта трубка может
работать в соединении с гибким всасывающим шлангом, способным
отбирать пробы газов для анализа из внутренней атмосферы грузовых танков.
Длина такого шланга должна быть ограничена в соответствии с
инструкцией по применению датчика. На борту судна должен храниться
достаточный запас различных трубок, предназначенных для анализа
конкретных газов. Перед применением трубок необходимо тщательно изучить
инструкцию по их использованию.
Измерение концентрации безводного аммиака осуществляют только по
аммиаку, находящемуся в газообразной фазе.
376

5.8.3. Газоконтрольная система
Данная система устанавливается на всех газовозах постоянно
(стационарно). При ее работе визуальные сигналы контроля наблюдаются
одновременно в следующих помещениях: грузовых; грузовых компрессорных;
машинных (для переменных механизмов и оборудования); грузовых
контрольных, оборудованных как газобезопасные; прочих закрытых
помещениях на грузовых палубах, в которых могут скапливаться пары груза (включая
закрытые и промежуточные пространства для независимых танков,
отличающихся от танков типа «С»); в вентиляционных помещениях и в газовых
каналах, включая воздушные помещения, закрытые на замок.
Стационарное оборудование позволяет засасывать пробы из любого
из указанных помещений и анализировать их с интервалами, не
превышающими 30 мин. Сигнал тревоги включается в том случае, если
концентрация паров взрывоопасных продуктов достигает 30 % от LFL (нижнего
предела возгораемости).
Газоконтрольная система и смежное оборудование чрезвычайно важны
для обеспечения безопасности судна. Эксплуатировать их следует строго
в пределах правил, производя надлежащие проверки через определенные
интервалы времени. Любую неисправность в системе следует немедленно
устранять. После каждой погрузки полагается проводить калибровку этой системы.
На судах европейской постройки широко применяется газоконтрольная
система «MGD» («Moss Gas Detection System»), которая относится к типу
«LFG 3» (сжиженные горючие газы). Учитывая важность системы для
обеспечения безопасности судна, приведем основные ее особенности:
- центральное расположение;
- легкость при транспортировке и установке;
- соответствие требованиям и характеристикам классификационных
обществ, национальных организаций, а также требованиям Береговой
охраны США;
- возможность определения обширного перечня газов;
- высокая точность измерений как в воздушной, так и в инертной
атмосфере (средние размеры: высота - 700 ... 1100 мм, ширина - 750 мм, толщина
- 650 мм);
- наличие центрально расположенного анализатора, работающего по
каталитичесKOxMy принципу сгорания, имеющего следующий диапазон
измерений: 0 ... 100 % LFL и 0 ... 15 % по объёму;
377

- наличие электронно-сканирующей системы, характеризуемой
следующими параметрами: 31 точка всасывания; высокий и низкий диапазоны
выбора; видимый сигнал тревоги при превышении концентрации опасного
газа; внешнее питание 220 В; наличие «памяти»;
- возможность легкой калибровки системы путем простого
присоединения к калибровочному сосуду с газом;
- наличие самоконтроля системы в отношении внутренних протечек газа;
- наличие принудительной вентиляции.
Газоанализаторы «Эксперт» и «Монолит» (рис. 5.39) предназначены
для контроля выбросов всех основных веществ-загрязнителей: СО, N0,
N02 и S02, а также таких параметров, как температура, давление и
скорость газового потока.
Рис. 5.39. Многофункциональный универсальный газоанализатор автономный,
ручной «Монолит»
Обладая такими же высокими метрологическими характеристиками,
как «Эксперт», «Монолит», построенный по «двухуровневой архитектуре»
с использованием в каждом измерительном канале двух
электрохимических датчиков с разной чувствительностью, имеет ряд дополнительных
преимуществ, делающих его очень привлекательным по соотношению
цена/качество.
Прибор выпускается нескольких модификаций, отличающихся друг от
друга верхними пределами диапазонов измерений E00, 2000, 5000 или 10000
мг/м3), а также количеством измерительных каналов (от двух до пяти), что
удовлетворяет потребности как экологов, так и энергетиков. Кроме того,
378

разработаны и выпускаются специальные модификации «Монолита» для
северных районов с расширенным температурным диапазоном эксплуатации
(до -30 °С), а также модификации во взрывобезопасном исполнении для
предприятий нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей
промышленное! ей. Малые габариты B00 х 140 х 76 мм) и вес (не более 3 кг),
возможность эксплуатации непосредственно в сумке для транспортировки,
подсвечиваемый дисплей, русифицированный интерфейс и интуитивно понятное
управление делают этот прибор очень удобным и простым в эксплуатации.
Полученные результаты измерений могут быть сохранены оператором
во встроенной памяти объемом 100 ячеек или распечатаны как
непосредственно во время измерений, так и после их завершения с помощью внешнего
инфракрасного термопринтера, поставляемого по дополнительному заказу.
Кроме того, данные могут быть переданы в персональный компьютер.
5.8.4. Системы измерения уровня заполнения грузового танка
Поскольку степень заполнения танка представляет собой очень
важный параметр, многие фирмы принимают меры для разработки надежных
и безопасных систем, служащих для осуществления индикации уровня
и сигнализации.
Любые задачи измерения эффективно решаются в настоящее время на
основе бесконтактных и контактных методов измерений уровня.
Бесконтактный метод измерений позволяет производить вычисления
уровня и других величин, не вступая в непосредственный контакт с
измеряемым продуктом. Он хорош при работе в таких средах, где стандартные
погружные приборы засоряются или подвергаются коррозии. Типичными
представителями этого метода измерений являются радарные уровнемеры,
завоевывающие все большую популярность в мире. Наилучшими
эксплуатационными характеристиками обладают датчики «Метран» - радарные
уровнемеры, различные по своим техническим характеристикам: 5400, 5600
(рис. 5.40). Они отличаются высокой надежностью и точностью измерений
уровня, не имеют в своем составе частей, контактирующих непосредственно
с измеряемым продуктом, не требуют технического обслуживания, и их
поверка осуществляется без проведения демонтажа.
Радарные датчики нечувствительны ко многим вызывающим проблемы
характеристикам жидкостей (например, изменению плотности,
диэлектрических свойств или проводимости). Кроме того, радарный луч свободно прони-
379

кает через слои пены и изолирующие прокладки, на него не оказывают
влияние изменения объема заполненного парами пространства резервуара.
Единственным недостатком радарных уровнемеров является их относительно
высокая стоимость, компенсирующаяся низкой стоимостью обслуживания.
Рис. 5.40. Датчик для измерения уровня «Метран»
В датчиках применена технология «двойного порта» для излучения
и приема микроволн, позволяющая уменьшить шумы и сократить потери
сигнала. Даже если отраженный сигнал слаб, датчик будет способен
достоверно распознать его. Существующие радарные уровнемеры «двойного
порта» используют только один порт для генерации измерительного
сигнала и приема отраженного, что вносит значительные трудности при
отслеживании и обработке отраженных сигналов. Уровнемер с технологией
«двойного порта» способен принимать отраженный сигнал с меньшей
энергией, при этом он имеет такую же способность слежения за
измеряемой поверхностью.
Технология «двойного порта» позволяет сэкономить дополнительную
энергию для последующей обработки сигнала и безотказной работы с
максимально достоверными результатами.
При этом уровень жидкости измеряется короткими импульсами
радара, которые передаются от антенны, находящейся в верхней части
резервуара, по направлению к этой жидкости. Когда импульс радара достигает
среды с иной диэлектрической постоянной, часть энергии отражается
обратно к датчику. Разница во времени между переданным и отраженным
импульсом пропорциональна расстоянию, от которого рассчитывается
уровень. Используемая технология обработки сигнала обеспечивает
высокоэффективное подавление паразитных отражений, а также помех, свя-
380

занных с волнением поверхности измеряемого продукта и загрязнениями
антенны датчика уровня. Таким образом, можно с высокой точностью
вычислить расстояние до продукта и уровень продукта в резервуаре.
Контактные методы измерений уровня (гидростатические, волно-
водные, поплавковые/буйковые и другие уровнемеры) довольно популярны
и повсеместно применимы. Самыми известными средствами непрерывного
измерения уровня являются датчики давления фирмы «Метран», которая
выпускает гидростатические датчики давления и погружные зонды.
В настоящее время в теплоэнергетике широко применяют
гидростатический метод измерения уровня.
Гидростатические уровнемеры с механическими воспринимающими
элементами (сильфонами, мембранами, трубками давления, выносными
мембранами и встроенными разделителями) могут быть установлены
прямо в резервуаре либо в непосредственной близости от него.
Гидростатические уровнемеры обладают рядом достоинств: низкой стоимостью,
механической прочностью, простотой монтажа, надежностью, результаты
измерений не зависят от формы и размера резервуара, позволяют определить
массу продукта в нем и т.д. Однако им присущ недостаток, общий для
контактных методов, - чувствительный элемент (для датчиков давления -
мембрана) находится в непосредственном контакте с контролируемой
средой, что требует применения специальных материалов.
Обычно датчики гидростатического давления устанавливаются на
боковой стенке резервуара вблизи дна. Возможна установка датчика в дне
резервуара при условии доступа к нему во время монтажа и эксплуатации,
а также при отсутствии возможности осаждения на нем веществ,
растворенных в жидкости.
Во время работы датчика разделительные мембраны находятся со
стороны его высокого и низкого давления, передавая рабочее давление в
полости, заполненной масляной жидкостью. Последняя, в свою очередь, передает
давление сенсорной мембране в центре ^-ячейки сенсора, которая действует
как растянутая пружина, отклоняясь в ответ на перепад давлений. Смещение
сенсорной мембраны (максимальное отклонение составляет 0,1 мм)
пропорционально давлению.
Пластины конденсатора на обеих поверхностях определяют положение
сенсорной мембраны. Разностная емкость между сенсорной мембраной
и пластинами конденсаторов преобразуется электронным образом в соответ-
381

ствующий выходной ток, напряжение или цифровой сигнал D ... 20 мА
постоянного тока с изменением по линейному закону).
Технология измерения уровней продукта и раздела двух сред.
Технология, позволяющая с высокой точностью и надежностью измерять не
только уровень продукта, но и уровень раздела двух сред, используется, прежде
всего там, где раньше применялись буйковые и поплавковые системы
измерений. Их отличительной особенностью является двухпроводная линия
питания и получения информации, отсутствие движущихся частей, удаленное
конфигурирование и настройка, легкая интеграция и монтаж практически
в любой резервуар и систему АСУ технологическим процессом.
Такие системы позволяют определить массу, уровень, объем, плотность,
температуру в резервуаре, процентное содержание воды, измеряют
температуру и давление в газовом пространстве резервуара, могут применяться для
определения утечек, быть основой для принятия управленческих решений.
Пневматическая система сигнализации. Пневматическая система
сигнализации о степени заполнения грузового танка имеет следующий принцип
действия. В каждом танке устанавливают по два зонда, относящихся к этой
системе: один на предельно допустимом уровне заполнения танка, второй -
несколько ниже. Во время погрузки при достижении нижнего
контролируемого уровня система подает предупредительные сигналы - световой и звуковой,
время действия которых ограничено. Когда уровень груза доходит до
предельно допустимого значения, система подает сигнал тревоги. В этом случае
интенсивность сигнала выше и звучит он до тех пор, пока его не отключат.
На грузовой палубе газовоза не должны применяться электрические
устройства, поскольку они создают опасность взрыва в случае их повреждения.
Поэтому используемые в данной системе сигнализации светильники представляют
собой ртутные или люминесцентные лампы, размещаемые в
газонепроницаемом корпусе. Сама система сигнализации состоит только из пневматических
компонентов. Сигнальные лампы получают питание от генератора,
находящегося в одном корпусе с воздушной турбиной, которая приводит его в действие
посредством сжатого воздуха при давлении 0,28 ... 0,56 МПа.
Поплавковые датчики уровня. Эти датчики в системе сигнализации
имеют поплавок с магнитом. При повышении уровня поплавок всплывает,
магнит воздействует на герметичный электрический контакт (геркон),
замыкая электрическую цепь. Преимущество таких датчиков в том, что их
монтаж не требует больших трудозатрат. Кроме того, существует возможность
382

ручной проверки состояния и исправности датчиков перед началом грузовых
операций. Для предотвращения опасности взрыва уровень электрического
напряжения и ток в цепи геркона ограничены специальным контуром,
содержащим стабилитроны.
Система предусматривает выработку двух сигналов:
предупредительного (при достижении заполнения танка грузом на 94 % высоты танка) и
тревожного (при заполнении танка на 98 % его высоты).
Датчики емкостного типа. Датчики емкостного типа позволяют не
только получать сигнал о достижении верхнего (предельного) уровня, но
и производить непрерывные измерения уровня груза в танке в процессе
погрузки. Кроме того, с их помощью можно измерять плотность
транспортируемого сжиженного газа. Каждый такой датчик состоит из двух полых
металлических цилиндров, расположенных соосно по вертикали и образующих
конденсатор вместе со средой, заполняющей пространство между ними.
Поскольку диэлектрические постоянные СГ и смеси воздуха с газом
существенно различаются, по мере изменения уровня закачиваемого в танк СГ
изменяется и емкость конденсатора. Измерив величину емкости конденсатора,
можно определить высоту уровня груза в танке.
Основным преимуществом емкостного датчика уровня является
отсутствие движущихся частей. Это обстоятельство является решающим для
применения его в СГ при температуре ниже -100 °С. Для непрерывного
измерения уровня «конденсатор» датчика должен быть расположен вертикально,
по всей высоте грузового танка. Датчики для каждого танка изготавливаются
и собираются из отдельных секций. У днища танка устанавливают еще один,
так называемый эталонный датчик, который включают вместе с основным
в мостовую схему. Это делают для того, чтобы учесть влияние на результаты
измерений химического состава и температуры СГ. Для выработки сигнала
о достижении рабочего уровня в этой системе также применяются
емкостные датчики, имеющие, однако, иную конструкцию. В этом случае их
собирают из большого количества плоских металлических колец.
Датчики давления фирмы «Метрам» (рис. 5.41). Эти датчики
используют два вида сенсорных модулей: на базе ёмкостной и на базе пьезорези-
стивной ячеек.
Новый метод, основанный на использовании частотно-резонансного
сенсора, получил в дальнейшем название DPHarp (Differential Pressure High
Accuracy Resonant Pressure sensor). В основе нового сенсора типа DPHarp
383

Рис. 5.41. Схема типового датчика давления 3051 С в разобранном виде:
/ - фланцевые переходники; 2 - дренажный (вентиляционный) клапан;
3 - установочный винт поворота корпуса (максимальный угол разворота
без разборки - 90°); 4 - крышка; 5 - уплотнительное кольцо крышки;
6 - клеммник; 7 - корпус, винт регулировки нуля и шкалы;
8 - сертификационная табличка; 9- электронная плата; 10- маркировочная
табличка; 11 - уплотнительное кольцо модуля; 12 - сенсорный модуль;
13 - фланец; 14 - уплотнительное кольцо переходника;
15 - центрирующий винт фланца; 16 - болты фланца
лежит известный частотно-резонансный метод (рис. 5.42), в основе которого
электрические колебания в электрическом контуре, в точности
соответствующим собственным механическим колебаниям резонатора, принцип
работы которого наглядно виден на примере поведения струны: при её
натяжении тон (частота собственных колебаний) становится выше, при
ослаблении - ниже.
Особенность сенсора типа DPHarp заключается в том, что конструкция
имеет чрезвычайно малые размеры (десятки микрон) и выполнена в виде
384

монокристалла кремния (отсюда его другое название кремниевый резонатор),
без швов, смычек и т.п.
В качестве упругого элемента в сенсоре используется кремниевая
диафрагма, на которой два чувствительных элемента - резонатора,
расположены так, что их деформации отличаются по знаку при приложении разности
давлений к сенсору.
Контур возбужден! м
Магнитное __У
—-—^^>^\ ^^fcs^ 11змер1ггельньп1 контур
Магнитное поле
Резонаторе Мембрана -2WS- • • ^Жц/ Частотный
Г U Ж \Ш ««ход
Цепь возбуждения
Рис. 5.42. Схема перевода механических колебаний
Изменение собственной частоты резонаторов прямо пропорционально
прилагаемому давлению. Возбуждение колебаний и передача частоты
механических колебаний в электрический частотный сигнал происходят путем
помещения двухконтурных резонаторов в постоянное магнитное поле и
пропускания переменного электрического тока через тело резонатора в контуре
возбуждения.
Существующие до настоящего времени методы преобразования
давления в электрический сигнал имеют очевидные принципиальные
ограничения по стабильности работы и устойчивости к перегрузкам: для пьезоре-
зистивного - нестабильность стеклянной подложки и дрейф сопротивления
пленок, связанный с диффузией примесей в материале. Для кремниевого
резонатора типа DPHarp собственную частоту определяют два параметра:
масса, а также геометрические размеры и форма. Масса резонатора -
величина постоянная. Геометрические размеры и форма также жестко
зафиксированы кристаллической решеткой - самой стабильной и упругой
физической структурой. Все это в совокупности позволяет гарантировать
стабильность во всем диапазоне рабочих условий без ограничений, включая
перегрузки по давлению. Суперстабильность кремниевого резонатора
многократно подтверждается на практике постоянными испытаниями по
циклическим нагрузкам, термоциклированию и т.п.
385

Важным фактором стабильной работы сенсора является устойчивость
к внешним воздействиям (температуре и статическому давлению). Среди
особенностей емкостного и пьезорезистивных сенсоров можно выделить
следующие:
- у емкостных датчиков происходит дрейф нуля из-за незаметного, но
существенного для точных измерений перекоса сенсора (поскольку идеально
симметричной конструкции не бывает);
- у пьезорезистивного сенсора проблема связана с существенной
зависимостью сопротивления полупроводниковых пленок от температуры и
статического давления (большую зависимость гораздо сложнее компенсировать);
- с кремниевыми резонаторами геометрические размеры на четыре -
пять порядков (в десятки и сотни тысяч раз) меньше подвержены влиянию
температуры и статического давления, чем электрические характеристики
(сопротивление, емкость).
Кремниевый резонатор называют истинно цифровым сенсором, так как
в нем деформация диафрагмы сразу преобразуется в частоту, благодаря чему
полностью отсутствует промежуточное аналого-цифровое преобразование,
в отличие от емкостного и пьезорезистивного датчиков, где промежуточный
аналоговый параметр обязательно присутствует (деформация - емкость -
частота, деформация - сопротивление - частота). Это дает «кремниевому
резонатору» следующие преимущества:
- шкала датчика не требует подстройки нуля и калибровки;
- для достижения более высокой точности требуется только увеличить
точность калибровки.
5.8.5. Система управления грузовыми операциями
Автоматическая система управления грузовыми операциями наливных
судов (АСУ ГО) предназначена для управления оборудованием грузового
комплекса в целях эффективного выполнения технологических процессов
погрузки - выгрузки наливных судов.
Являясь составной частью комплексной автоматизации транспортных
и промысловых судов, отдельным блоком интегрированной общесудовой
системы управления, которая позволяет исключить человека-оператора из
трудоёмких, часто повторяющихся и ответственных процессов управления
и контроля, особенно при возникновении аварийных ситуаций АСУ ГО
выполняет следующие функции:
386

- контроль, защита и управление оборудованием грузового комплекса
в процессе проведения грузовых операций;
- расчёт остойчивости и прочности по данным измерения осадки;
- составление грузового плана и его корректировка по показаниям
датчиков грузовых и балластных танков (вычисление массы и объёма груза при
соответствующих температурах);
- вывод на дисплей грузового плана и уровней заполнения танков
и цистерн;
- оптимизация балластировки по показаниям осадки, остойчивости
и прочности, измерение фактической остойчивости;
- документирование результатов грузовых операций.
,^. Принтер
Запасные
мониторы
Компьютер
управления
\^м
'
^ &- '-^
чипам;,J -,• |. у--; т—_
{Е$&.
Рис. 5.43. Схема установки приборов измерения давления,
температуры и уровня в грузовом танке
В состав системы (рис. 5.43) входят грузовой компьютер и программное
обеспечение; операторская станция, локальная технологическая станция;
система контроля нефтесодержащих вод; датчики уровня в грузовых танках
и балластных танках, температуры, давления, осадок, крена и дифферента,
положения клапанов, сигнализаторы предельных значений уровней.
387

5.9. Обеспечение пожарной безопасности на судах
При проектировании и постройке судов предусматриваются основные
мероприятия, предупреждающие возникновение пожаров, которые
изложены в Правилах РМРС. К мероприятиям, обеспечивающим пожаробезопас-
ность судна, относятся следующие: минимальное применение горючих
материалов, пропитка воспламеняющихся материалов специальными
химическими веществами, применение огнестойких красок, замена деревянной
мебели металлической и др.
Пожар на судне является чрезвычайным бедствием. Причины его
возникновения могут быть различные: короткое замыкание в сети
электропроводки, плохая изоляция проводов, скопление газов и паров нефтепродуктов,
образующих с воздухом взрывчатую смесь, небрежное обращение с огнем,
воспламенение дерева, краски и т.д.
Борьба с огнем. Обычно огонь на судне возникает неожиданно, и
поэтому команда всегда должна быть готова к борьбе с ним. Если начался
пожар, то жизненно важны действия, принятые в первые минуты. Человек,
оказавшийся на месте пожара, должен оценить ситуацию и объявить
тревогу. Перед учениями по борьбе с огнем и тренировками с реальными
пожарами грузовой танк должен быть дегазирован для приёмки груза, необходимо
вентилировать до тех пор, пока путём проверок не будет установлено, что
концентрация паров углеводородов во всём танке составляет не более 40 %
от нижнего предела воспламеняемости (см. диаграмму рис. 5.16).
Грузовой танк или помещения, которые должны быть дегазированы для
входа и проведения «холодных» работ без дыхательного аппарата, следует
вентилировать до тех пор, пока концентрация паров углеводородов во всех
отсеках не превысит 1 % от нижнего предела воспламеняемости. Также
должны быть проведены дополнительные проверки для определения
содержания кислорода, присутствия сероводорода, бензола и других токсичных
газов. Грузовой танк, который должен быть дегазирован для проведения
«огневых» работ, должен дополнительно отвечать требованиям,
касающимся подготовки к проведению «холодных» работ.
Применение высокой скорости (более 30 м/с) выпуска газовоздушной
смеси из грузового танка устраняет опасность на верхней палубе танкера,
которая может быть создана при условии медленно выходящей из танка
газовоздушной смеси. При высокой скорости выпуска смесь быстро и равно-
388

мерно рассеивается на значительном удалении от верхней палубы (более
8 м), предотвращая накопление газовой смеси непосредственно у горловины
грузового танка.
Безопасность при дегазации танков. При проведении дегазации
содержание свежего воздуха в танке должно быть в количестве, достаточном для
снижения содержания любых воспламеняющих, токсичных или ИГ до уровня,
необходимого для данной конкретной цели. Дегазацию танка для приемки
груза необходимо проводить до тех пор, пока концентрация паров во всем
танке не будет составлять 40 % от нижнего предела воспламеняемости (НПВ).
Например, для «огневых работ», для входа в закрытые помещения и т.п. в
грузовых танках рекомендуется применять дополнительные меры безопасности,
если танк был инертизирован (содержание кислорода в атмосфере танка
должно быть менее 8 % по объему путем добавления инертного газа):
- крышки отверстий грузовых танков должны быть закрыты до начала
вентиляции;
- переносные вентиляторы могут применяться только в случае, если они
имеют гидравлический, пневматический или паровой привод;
- отвод воспламеняющихся паров во время дегазации должен
производиться согласно принятому для данного судна методу для обеспечения
скорости на выходе, достаточной для исключения загазованности палубы;
- любые наружные выпускные или приемные отверстия центральной
системы кондиционирования воздуха или искусственной вентиляции
должны быть закрыты;
- все соединения системы грузового танка следует держать
заглушёнными, все клапаны, за исключением требуемых для вентиляции, должны
быть закрыты и зафиксированы;
- если дегазация выполняется с помощью стационарных воздуходувок,
то перед вводом в действие такой системы в эксплуатацию вся система
грузовых трубопроводов, включая перепускные и выпускные трубы, должна
быть промыта забортной водой, а танки зачищены;
- отверстия в грузовых танках, а также в закрытых или частично
закрытых помещениях не следует открывать до тех пор, пока они не провентили-
руются, т.е. концентрация паров упадет до 25 % от НПВ;
- если грузовые танки имеют общую газоотводную систему, то все
они должны быть отсоединены для исключения попадания в них паров
из других танков;
26-2078 389

- вентиляционные отверстия грузовых танков должны располагаться на
максимально возможном удалении от вентиляторов (если применяются
переносные вентиляторы);
- при применении переносных вентиляторов необходимо осуществлять
надежное электрическое соединение между вентиляторами и палубой;
- стационарное оборудование для дегазации танков может
применяться для одновременной дегазации двух или нескольких танков за
исключением случая, когда данная система применяется для вентиляции танка, где
ведется мойка;
- заключительные замеры концентрации паров можно производить
только через 10 мин после полного завершения дегазации любого грузового
танка (проверка должна производиться на разных высотах в каждом отсеке
грузового танка, в значительно удаленных друг от друга местах);
- если результаты замеров уровня концентрации паров
неудовлетворительные, то необходимо возобновить вентиляцию;
- по окончании дегазации танка все отверстия, кроме люка, должны
быть закрыты;
- по окончании всех операций, связанных с дегазацией и мойкой
грузовых танков, следует тщательно проверить газоотводную систему,
надежность работы дыхательных клапанов, а также пламязащитные устройства,
дренажные трубы газоотводных колонн, все соединения системы паро-
тушения.
На борту судна должно быть сделано все необходимое для того, чтобы
навыки по обеспечению пожарной безопасности поддерживались на должном
и современном уровне. Каждый член команды ежемесячно должен
участвовать, по крайней мере, в одной тренировке по оставлению судна и в одной
тренировке по борьбе с огнем. Тренировки команды на борту судна должны
проводиться в условиях, максимально приближенных к реальности, в течение
24 ч после отхода судна, если более 25 % численности команды не
участвовало в проводившихся ранее тренировках. Тренировки должны проводиться
в частях судна, таких как в насосных отделениях, МО, на палубе, в жилых
помещениях и т.д. Они должны включать только оптимально необходимое
количество членов экипажа. Другие члены экипажа должны быть заняты
выполнением других задач. В тренировках должно использоваться
оптимальное количество противопожарных средств, особенно дыхательных
аппаратов, натяжных устройств и спасательного снаряжения. Учения по борьбе
390

с огнем и тренировки с реальными пожарами должны быть отработаны
до автоматизма.
Меры безопасности. Члены экипажа, не занятые непосредственно
тренировкой, должны быть проинструктированы по использованию рации
спасательной шлюпки, газообнаруживающего и противопожарного
оборудования, и т.д. Кроме того, после проведения тренировок необходимо
обсудить, всё ли было сделано правильно, чтобы последующие
тренировки стали максимально эффективными. Причины отказов должны быть
проанализированы. Необходимо, чтобы каждый был хорошо ознакомлен
с помещениями, расположенными вне их ежедневного рабочего места,
особенно запасными выходами, лестницами, которые не используются
каждый день и находятся в местах размещения других членов экипажа.
Обслуживание противопожарного оборудования включает проверку
давления и/или взвешивание огнетушителей, которая должна проводиться
согласно правилам ИМО (SOLAS) или соответствующей
Администрацией. Обычно огнетушитель должен перезаряжаться, если со времени его
последней проверки прошло более 5 лет. Резервуары углекислотной
системы должны быть взвешены или измерены прибором замера уровня,
по крайней мере, один раз в год. Приборы замера уровня пригодны к
использованию только при температурах ниже 31 °С (критическая
температура С02).
Борьба с огнем. Обычно огонь на судне возникает неожиданно, поэтому
команда всегда должна быть готова к борьбе с ним. Если начался пожар, то
жизненно важны действия, принятые в первые минуты. Человек,
оказавшийся на месте пожара, должен оценить ситуацию и объявить тревогу.
5.9.1. Источники возгорания на судах
Для возгорания необходимо совпадение одновременно трёх условий:
- атмосферы, содержащей определенное количество кислорода;
- смеси воспламеняющихся углеводородных паров и воздуха с
концентрацией в пределах взрыва;
- наличия пламени или искры с достаточной энергией.
В связи с тем, что на судах невозможно избежать первых двух
условий, все усилия должны быть направлены на устранение третьего, а
именно источников возгорания. Рассмотрим основные из них и дадим
необходимые пояснения.
26*
391

1. Курение и открытый огонь. В момент нахождения на танкере,
перевозящем химические грузы, место и время для курения должны
определяться капитаном судна. Курение должно быть запрещено на
грузовой палубе или в любом другом месте, куда могут попадать
пожароопасные испарения.
2. Спички и зажигалки. Использование и ношение спичек и
сигаретных зажигалок должно быть ограничено жилыми помещениями, в рамках
которых их использование должно быть разрешено только в местах,
отведенных для курения. Члены экипажа, сходящие на берег или
возвращающиеся на судно, должны убедиться, что их спички или зажигалки находятся
в безопасном месте (например, в сумке или внутреннем кармане); они
никогда не должны находиться в руках. Риск ношения спичек и особенно
сигаретных зажигалок должен быть доведен до всех членов экипажа. Спички,
используемые на судне, должны быть «безопасного типа».
3. Контролируемое курение. Курение должно быть разрешено только
в контролируемых условиях. Абсолютное запрещение курения на борту
или на причале является нереальным и неисполнимым и может привести к
курению тайком. Однако бывают случаи, когда свойства перевозимого
груза или другие факторы требуют полного запрещения курения. В таких
случаях регулярные проверки должны проводиться ответственным лицом,
чтобы убедиться, что запрет выполняется. Курение должно быть строго
запрещено на причале, около и на борту танкера, за исключением мест,
отведенных для курения.
Местоположение зон для курения. Места для курения на танкере или
на берегу должны быть определены в письменном виде капитаном танкера
или представителем порта до начала работы. Капитан отвечает за
информирование всех членов экипажа о местоположении зон для курения и
размещение надлежащих письменных уведомлений в дополнение к
постоянным инструкциям на танкере. В зонах для курения все двери и выходы
должны быть закрыты. Когда танкер пришвартован у причала, курение
должно разрешаться только в отведенных местах или закрытых жилых
помещениях, предварительно согласованных в письменном виде с капитаном
судна и портовыми властями.
Разрешенные места для курения должны находиться в задней части
(на корме) грузовых трюмов танкера, за исключением случаев, когда
поступление испарений от груза в среднюю часть судна очень маловероятно.
392

Места, отведенные для курения, не должны иметь дверей или выходов,
напрямую выходящих на открытые палубы. Нужно принимать во
внимание условия, предполагающие опасность, например, показатели необычно
высокой концентрации грузовых испарений, особенно при отсутствии
ветра, когда на рядом стоящих танкерах ведутся работы, или во время
стоянки на причале. Когда производится погрузка/выгрузка кормой,
должны приниматься специальные меры, чтобы гарантировать, что в
любом помещении надстройки не производится курение или дымообразо-
вание. Также должны быть герметично задраены все двери, выходящие
на корму, где расположены манифолды.
4. Переносные лампы и электрическое оборудование. Все переносное
электрическое оборудование, включая лампы, должно тщательно
проверяться на возможное наличие дефектов. Особое внимание нужно уделить
проверке того, что проводка не повреждена, кабель надежно закреплен и
останется на своем месте при эксплуатации оборудования. Особые меры должны
быть предприняты для предотвращения физических повреждений
незакрепленного кабеля.
Использование переносного электрического оборудования на гибком
кабеле должно быть запрещено в грузовых танках и прилегающих
территориях, на танковой палубе, за исключением следующих случаев:
- в отделениях, не содержащих газы, опасные для проведения работ;
- в прилегающих отделениях также отсутствуют газы в соответствии
со стандартами безопасности для «жарких» помещений;
- концентрация пожароопасных испарений в «жарких» помещениях
не превышает 2 % и инертна;
- «жаркие» помещения полностью заполнены балластной водой при
сочетании ранее приведенных факторов;
- все люки трюма, ведущие в другие, несоответствующие
рассмотренным условиям отделения, остаются закрытыми;
- оборудование, включая гибкую проводку, соответствует требованиям
безопасности;
- оборудование находится в специальных взрывозащитных шкафах.
Весь гибкий кабель должен быть предназначен для эксплуатации
в особо трудных условиях и быть, соответственно, заземлен. Помимо
этого существуют определенные виды оборудования, разрешенные для
использования только на трюмной палубе. Это не распространяется
393

на использование гибкой проводки сигнальных и навигационных огней
и телефонных аппаратов.
5. Лампы, работающие па открытом воздухе. Работающие на
открытом воздухе определенного вида лампы могут использоваться в помещениях
с наличием газов. В целях предотвращения накопления статического
электричества на приборе нужно соблюдать следующие меры предосторожности:
- подача воздуха должна быть установлена через фильтр-осушитель;
- подающий шланг должен иметь низкое электрическое сопротивление;
- стационарное оборудование должно быть заземлено.
6. Фонари, лампы и оборудование, работающие от батарей. Фонари,
используемые на борту танкера, должны быть разрешены компетентными
органами для использования в пожароопасной среде. Переносные
радиоприемники диапазонов UHF/VHF должны быть безопасными в использовании.
Убедиться, что малые приборы, работающие от батарей, такие как часы,
слуховые аппараты и индивидуальные медицинские приборы не являются
источниками возгорания. Прочее электрооборудование, включая переносные
радиоприемники, магнитофоны, музыкальные центры, электронные
калькуляторы, фотоаппараты и фотовспышку, не разрешается держать на палубе
танка или в местах возможного скопления пожароопасных испарений, за
исключением случаев, когда данное оборудование разрешено к
использованию в пожароопасной среде. Нужно внимательно следить за тем, чтобы
люди не пользовались мобильными телефонами, так как их можно
использовать только при отсутствии газов.
7. Стационарное электрическое оборудование. Стационарное
электрическое оборудование, установленное в опасных местах или там, где
может существовать пожароопасная среда, должно быть разрешено к
использованию и содержаться надлежащим образом, чтобы ни оборудование, ни
его проводка не стали источником возгорания.
8. Использование рабочих инструментов. При нахождении танкера
в море ответственный руководитель должен лично убедиться, что
помещение будет свободно от газов на протяжении всего периода
использования инструментов и получено разрешение на проведение опасных работ.
Это должно быть сделано до начала любых работ с силовыми
инструментами (работа молотком, зубилом, использование пескоструйной машины)
или любыми машинными инструментами за пределами бойлерной, МО
или жилых помещений. Ручные инструменты должны использоваться
394

только по назначению. Существует малый риск возгорания испарений
от искр из-за трения металла по металлу при нормальном, правильном
использовании ручных инструментов, их неправильное использование
всегда необходимо предотвращать. Частички бетона, песка и прочих
твердых субстанций, часто остающиеся на рабочей поверхности инструмента,
могут вызвать искру при контакте с железом или другим твердым
металлом. Следовательно, использовать инструменты из цветных металлов
не рекомендуется.
9. Спонтанное возгорание. Некоторые материалы могут возгораться
без внешнего воздействия тепла при увлажнении или погружении в масло,
особенно растительного происхождения, или другие жидкости. Это
происходит в результате постепенного нагрева материала при окислении масла
или жидкости. Несмотря на то, что риск спонтанного возгорания меньше
для большинства химикатов и нефтепродуктов, чем для растительных
масел, он все-таки существует, особенно когда материал содержится в тепле,
например, находится в непосредственной близости от горячей трубы.
Остатки ваты, хлопка, тряпки, холсты, постельные принадлежности, джутовая
мешковина и прочие абсорбирующие материалы не должны находиться
рядом с маслом, краской и другими огнеопасными веществами, оставаться
на причале, палубе или оборудовании, на трубопроводах или около них.
Сырые материалы необходимо просушить. Если они пропитались маслом
или на них пролился груз, то их следует выстирать или уничтожить.
Химикаты, используемые для бойлерной установки, являются окисляющими
агентами, и их разлив может повысить возгораемость многих материалов,
в частности, если им позволяют сконцентрироваться или высохнуть.
10. Самовозгорание. Утечки или разлив топлива или
воспламеняющихся грузов могут привести к возгоранию при контакте с горячей
поверхностью даже при отсутствии искры или пламени. Такие случаи самовозгорания
приводят к серьезным пожарам в машинном отделении. Механизмы подачи
топлива требуют особого внимания с целью предотвращения масляных
брызг и утечек. Пропитанная маслом обшивка должна удаляться, а экипаж
должен быть защищен от возможного возгорания паров. Следует
предпринять немедленные действия для устранения утечки, которая может привести
к контакту жидкости с горячей поверхностью. Необходимо убедиться в том,
что тряпки или другие материалы, пропитанные маслом или химикатами, не
вступят в контакт с горячими поверхностями.
395

11. Горячие работы. К ним относятся любые виды работ, создающие
тепло или высокие температуры, достаточные для возгорания испарений.
Примерами таких работ являются сварка, обжиг, высокотемпературная
клепка, точильные работы, использование неразрешенного электрического
оборудования, огневые работы любых видов.
Горячие работы считаются опасными, их следует выполнять согласно
правилам, установленным властями или компанией.
12. Алюминий. Оборудование из алюминия нельзя перемещать волоком
по поверхности стали, так как в результате трения может возникнуть
воспламеняющая искра. Следовательно, рекомендуется защищать края и бока
алюминиевых изделий, а также трапов полосками из твердого пластика или
дерева.
13. Атмосферные грозы. В сильную грозу молния может ударить в
корабль напрямую, однако риск этого невелик, за исключением случаев, когда
поток газа в атмосферу создает ионизированный след. Таким образом, в
грозу советуют приостановить погрузку, разгрузку, чистку, высвобождение от
газов и т.д. Следует отметить, что удаленный грозовой шторм может создать
на судне большой электрический заряд.
14. Прочие источники возгорания. Кроме источников возгорания,
непосредственно находящихся под влиянием людей на борту, следует также
принять во внимание некоторые внешние факторы: столкновения, посадку
на мель, происшествия на причалах и прочие случайные обстоятельства,
которые могут иметь более тяжелые последствия для танкеров, чем для
других типов судов.
15. Статическое электричество. Источниками образования
статического электричества могут быть пластиковые перила, ковры из синтетики,
телевизоры и др. Статическое электричество может возникать в результате
контакта между различными материалами, когда электроны переходят с
одного материала на другой. Пока недостаточно известно, как происходит
данный переход. Трение двух материалов или контакт, последовавший за
разделом материалов, могут образовывать статическое электричество.
При распылении или разбрызгивании продукт может заряжаться
статическим электричеством. Маленькие капельки образуются при
распылении жидкости. Они часто несут отрицательный заряд, образуя заряженную
пыль, в то время как большие положительные капли оседают на дне
емкости, передавая днищу танка и стенкам электрический заряд. Накопление
396

заряда в пыли может быть значительным, если с продуктом смешаны
частички грязи. Также, когда нейтральные капельки масла ударяются о
шпангоуты (перегородки), они могут сообщить перегородкам электроны, а затем
осесть на дно уже как положительно заряженные тела. Так происходит
эффект электрического двойного слоя. Добавленные в воду для мойки
танка чистящие химикаты или химические остатки в воде образуют в
несколько раз больше статического электричества, чем распыленная струя
чистой воды. Более того, статическое электричество может образовываться
под воздействием тел без непосредственного контакта между ними.
Присутствие заряженного тела может привести к разделению электрического
заряда в другом теле, так как положительные и отрицательные ионы
притягиваются друг к другу. Этот феномен более известен при прохождении
грозовой тучи через высокое здание или судно.
Среди ошибочных концепций в области статического электричества
можно выделить следующие: сила поля определяет, способен ли данный
заряд разрядиться в той или иной форме; сила ноля в сухом воздухе,
необходимая для образования искры/молнии, составляет 3 000 000 В/м. Однако,
если опустить металлический заземленный щуп даже в более слабое поле,
может возникнуть поле с большой силой.
Источники возникновения статического электричества приведены далее.
Изоляция и проводники. Если тело заряжено только в месте, где
происходит контакт и расщепление, его называют изоляционным материалом, или
разделителем. Заряженная изоляция проводит заряд только в месте
соприкосновения с проводником. Необходимо иметь в виду, что существуют как
хорошие, так и плохие проводники и изоляционные материалы. Когда сила
поля вокруг заряженного тела достигает определенной величины, могут
произойти разные виды разряда. Чтобы стать причиной пожара или взрыва,
такой разряд должен обладать определенной силой. Считается, что искра
между двумя электродами должна иметь энергию примерно 0,2 Дж, чтобы
зажечь пропановую смесь. Искры возникают, когда сила поля достаточно
велика. Искры часто имеют достаточно энергии, чтобы вызвать взрыв смеси
химических испарений и воздуха.
Статическое электричество на танкере может образовываться в ходе
многих рутинных рабочих процессов. В некоторых случаях электрический
заряд исчезает почти сразу, но достаточно часто он может сохраняться на
протяжении нескольких часов, например в жидкостном тумане. Следует
397

учитывать этот факт и направлять усилия на то, чтобы не вызвать искры
воздействием на поле.
Поток в трубах. В трубе, наполненной продуктом, наблюдается
излишек положительных ионов в центре трубы и равный ему излишек
отрицательных ионов по краям. При подаче продукта, из-за различной скорости
жидкости, два слоя разделятся. Результатом станет положительный заряд
груза в танке, так как отрицательное электричество вытечет через трубу. Так
как большинство чистых продуктов являются плохими проводниками,
тяжелый заряд может скопиться в середине емкости, тяжелый заряд может
скопиться в середине емкости, сохраняясь продолжительное время, и при
контакте с неким заземленным проводящим материалом вызывать искрение.
Вода в продукте. Если при погрузке капельки воды смешиваются с
непроводящим материалом, может произойти дополнительное образование
статического электричества из-за эффекта двойного слоя вокруг калсдои
капли воды. Небольшое количество воды способно усиливать образование
статического электричества в 30 раз. По окончании погрузки капли воды,
достигнув дна, потеряют свой заряд на корпусе судна.
Разбрызгивание и распыление. Если продукт разбрызгивается или
распыляется о некую структуру, он может приобрести электростатический
заряд. От удара тонкая заряженная оболочка останется на корпусе, а капля
или брызги будут носителем противоположного заряда. Этот способ
образования электростатического заряда может происходить вначале погрузки
в пустой танк, когда жидкость ударяется и разбрызгивается о дно. Поэтому
необходимо уменьшить скорость подачи химикатов, которые известны
своей способностью образовывать статическое электричество. Очистка
танка маслом или другим моющим веществом может происходить только
в инертных танках.
Пузырьки воздуха в жидкости. Когда воздух проходит через продукт,
например, при продувании труб или насосов, часто образуется статическое
электричество, причем не в момент прохождения воздуха через жидкость,
а когда пузырьки воздуха лопаются на поверхности. Соответствующие меры
безопасности должны быть приняты для минимизации объема воздуха или
ИГ, попадающего в трюмы, содержащие грузы и накапливающие
статическое электричество.
Верхняя погрузка жидкости. При верхнем способе погрузки
жидкость, попадая в трюм, может распадаться на маленькие капельки и брыз-
398

гп, в результате чего образуется заряженная взвесь, а также
увеличивается концентрация взрывоопасного газа в трюме. Когда маленькие капли,
частички или льдинки подают но трубам в трюм, может образоваться
и оставаться в течение нескольких часов электрическое облако.
Поэтому разрешается использовать только пар или углекислый газ в чистых,
нейтральных трюмах. ИГ не причинит проблем, если система работает
правильно.
Влияние скорости погрузки. Общепринятым методом контроля
образования электростатического заряда на начальных стадиях погрузки является
ограничение скорости подачи груза, аккумулирующего заряд, во избежание
разбрызгивания и турбулентности. В начале погрузки пустого танка
линейная скорость в линии подачи в каждый грузовой танк не должна превышать
1 м/с C фут/с). Такая низкая скорость объясняется большей опасностью
смешивания груза с водой, существующей в начале погрузки,
аккумулирующей статический заряд и являющейся потенциальным источником
статического электричества.
Малая скорость погрузки минимизирует степень волнения
(турбулентности) и разбрызгивания при поступлении груза в танк, позволяя сократить
образование статического электричества и распространение любой
содержащейся воды. Вода более быстро оседает на дне емкости (или на
поверхности, если плотность груза более единицы), где продолжает находиться в
относительно спокойном состоянии, даже если затем скорость погрузки
увеличивается. Когда дно закрывается грузом, а разбрызгивание и турбулентность
прекращаются, скорость погрузки может быть увеличена до меньшего
значения из максимальных скоростей для судовых или береговых насос-
но-погрузочных сооружений. Грузы, аккумулирующие статический заряд,
не должны загружаться при скорости, превышающей 7 м/с.
Забытые или потерянные предметы в танке. Металлические
(консервные) банки и прочие проводящие объекты, плавающие на поверхности
заряженной жидкости, могут вызвать искры. Такие объекты приобретают
электрический заряд от жидкости, и если позже они приблизятся к проекции
(например, раме), сила поля становится очень большой, и может произойти разряд.
Следовательно, важно проверять грузовые отделения на наличие забытых
предметов. Так как многие происшествия имели место в результате
использования металлических предметов в танке, содержащем статический накопитель,
в нем, согласно требованию ICS, в течение погрузки и 30 мин после ее окон-
399

чания не должно использоваться или оставаться металлическое оборудование
для замера уровня топлива и забора проб.
Примерами такого оборудования являются ручные стальные рулетки,
металлические приборы для забора проб и металлический прут.
Непроводящее электричество оборудование, не имеющее металлических частей,
можно, как правило, использовать в любое время. Однако канат, используемый
для опускания оборудования в танки, должен быть из натуральных волокон,
а не из полимеров. По истечении 30 мин периода ожидания можно
использовать металлическое оборудование для замера уровня топлива и приборы
для забора проб, однако очень важно, чтобы оно было прочно закреплено
и заземлено на корпус судна перед использованием в танке.
Оборудование должно оставаться заземленным в течение всего времени
нахождения в трюме. Использование устройства для измерения глубины
разрешено в любое время. Постоянно установленный металлический
поплавковый уровень не представляет опасности статического электричества при
условии, если он имеет электропроводность через полосу на корпус судна и
ведущие металлические провода не повреждены.
Меры безопасности при погрузке/разгрузке. Заземление - главное
требование. При прохождении продукта через шланг на фланцах может
накапливаться статический заряд, и искры могут возникать при контакте с
палубой или заземленными структурами. Для предотвращения накопления
заряда грузовые шланги закрепляются соединительными проводами
согласно требованиям Кодекса IBC, применяемого при строительстве судов после
1 июля 1986 г.
Использование соединительных проводов в шлангах часто приводит
к образованию на судне и пирсе электрической дуги с потоком тока,
проходящим через соединительный провод. При соединении и разъединении
шлангов на краях могут образовываться искры, подвергая тем самым
опасности судно и береговые постройки.
Для устранения электростатического заряда раньше соединяли судно
и береговые сооружения проводом с противопожарным переключателем
до грузового трубопровода и сохраняли это соединение в течение всего
периода погрузки. Использование такого способа не имело никакого
значения для статических электрических зарядов. Однако соединительный
провод между судном и пирсом будет полностью эффективен только
тогда, когда он оказывает незначительное по сравнению с соединительной
400

проволокой в шлангах сопротивление потоку тока. Установлено, что
изоляция концов берегового соединения - лучшее решение проблемы, так как
шланги или твердые наконечники в данном случае становятся
электрической частью корабля.
401

Заключение
В настоящее время промышленностью осваивается производство новых
судовых систем, механизмов и устройств, которые являются сложными
агрегатами, требующими для обслуживания высококвалифицированного
персонала. Развитие и широкое внедрение электроники и компьютеризации в су- j
довую технику позволяют автоматизировать управление практически всеми
судовыми системами и механизмами, что и происходит эффективно на судах
последних лет постройки. На современных танкерах предусматриваются
оптимальные и безопасные системы автоматической погрузки и выгрузки,
автоматические устройства, обеспечивающие аварийную отдачу нефтяного
шланга и швартовых.
Для уменьшения риска соударения с нефтяным отгрузочным
терминалом танкеры оборудуются подруливающими устройствами и системами
динамического позиционирования, позволяющими им удерживаться
неподвижно во время проведения грузовых операций. Надёжная безаварийная
эксплуатация таких судовых систем и механизмов может быть обеспечена
только на основе хорошего знания современных средств оптимального
управления с постоянным использованием средств автоматизации и
электроники. Необходимо помнить, что нарушения правил эксплуатации систем,
вызываемые, главным образом, недостаточным их знанием, могут привести
к порче оборудования и груза, потере судовых запасов воды, топлива, масла
и т.д., загрязнению окружающей среды, а также вызвать аварийное
состояние и даже послужить причиной гибели судна.
Все транспортные суда и, в первую очередь, нефтяные танкеры,
газовозы и химовозы должны в полном объёме соответствовать требованиям
Правил классификации и постройки морских судов Российского морского
регистра судоходства, ПДМНВ-78/95, Марпол 73/78, Правил по
предотвращению загрязнения с судов, МКУБ, СОЛАС и др. Например, танкеры
оборудуются цистернами изолированного балласта, двойными бортами,
двойным дном, цистернами сбора льяльных и нефтесодержащих вод,
печами для сжигания бытового мусора и другим конвенционным
оборудованием. Однако даже танкеры с двойными бортами не являются гарантией
от катастроф. Такие суда значительно снижают вероятность разлива
нефти, но возникает другая проблема: вероятность возникновения между
402

стенками корпуса высокой концентрации газа и, как следствие,
повышение взрывоопасности судна. Поэтому они обязательно оборудуются
различными надёжными системами противопожарной безопасности и
дополнительной конструктивной защиты.
Необходимо также отметить, что только тщательное изучение судо-
Ьых систем и особенностей их технической эксплуатации позволит
обеспечить надёжность, экономичность и экологическую безопасность работы
Транспортного флота.
403

Библиографический список
Отечественные издания
Азаров А. Промышленные вихревые трубы: производство, применение,
развитие // Техномир, промышленный журнал. - 2007. - № 1. - С. 20 - 22.
Алмазов Г. К. [и др.]. Элементы оборудования систем / Г.К. Алмазов,'
В.В. Степанов, М.Г. Гуськов, 1982. I
Антонов II.Н., Карасев НА. О применении современных инженерных
решений при компенсации температурных деформаций трубопроводов
тепловых сетей // Теплоэнергоэффективные технологии. - 2007. - № 3 - 4. -
С. 64-65.
Артёмов Г.А. [и др.]. Системы судовых энергетических установок /
Г.А. Артёмов, В.П. Волошин, А.Я. Шквар, В.П. Шостак. - СПб.:
Судостроение, 1990.
Бараненко А.В. [и др.]. Холодильные машины / А.В. Бараненко, Н.Н.
Бухарин, В.И. Пекарев и др. - СПб.: Политехника, 2006.
Баранов В.И. [и др.]. Средства борьбы с загрязнением моря отходами
с судов / В.И. Баранов, Ю.М. Брусельницкий, Б.В. Подсевалов, В.Н. Яценко
// Судостроение за рубежом. - 1976. -№2A0). - С. 3-21.
Баскаков СП Подготовка грузовых танков на химовозах: учеб.
пособие. - СПб.: ГМА им. адм. СО. Макарова, 2001.
Баскаков СП. Системы газоотвода: учеб. пособие. - СПб., 2002.
Буренин В.В. Современные конструкции центробежных насосов для
нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств //
Нефтепереработка и нефтехимия. - 2005. - № 4. - С. 32 - 39.
Гор А.Ю. Качественная герметизация: основные принципы подбора
и установки уплотнений // Теплоэнергоэффективные технологии. - 2007. -
№ 3.-4.-С. 66-69.
Епифанов Б.С Судовые системы: учебник. -Л.: Судостроение, 1980.
Кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих химические
вещества наливом. - London: IMO, 2000.
Колесников ОТ. Судовые вспомогательные механизмы. - Л.: Транспорт,
1971.
404

Костылев И.И., Денисенко Н.И., Петухов В. А. Безопасность
эксплуатации технологического комплекса танкера: учеб.-справ, пособие. - СПб.:
Элмор, 2001.
Костылев И.И., Петухов В.А., Подволоикий ИМ. Безопасность и
эксплуатация такеров-химовозов: учеб.-справ, пособие. - СПб.: Белл, 2006.
Костылев И.И., Киязевский К.Ю., Петухов В.А. Судовая энергетическая
установка атомного ледокола «Таймыр»: учеб.-справ, пособие. - СПб.: Белл,
Р004.
! Куценко В.Н., Исаев СИ., Шишлов A.M. Судовое вспомогательное
энергетическое оборудование. - СПб., 2002.
Международная Конвенция МАРПОЛ 73/78: консолидир. изд. - 2002.
Международная Конвенция СОЛАС 74 с поправками: консолидир. изд.
-2001.
Международное руководство по безопасности для нефтяных танкеров
и терминалов. - СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2002.
Международное руководство по безопасности для нефтяных танкеров
и терминалов. - 4-е изд. - СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ», 2004.
Международный кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих
опасные химические грузы наливом. - СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ», 1997.
Мельник B.C., Сурин СМ. Технология обработки сточных вод морских
судов. - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1986.
Никитин A.M. Управление технической эксплуатацией судов: учебник.
- СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2006.
Нунунаров СМ., Бегагоен Т.Н. Грузовые и специальные системы
танкеров. - М.: Транспорт, 1969.
Общие и специальные правила перевозки наливных грузов. - М., 1997.
Овсянников М.К., Петухов В.А. Дизель в пропульсивном комплексе
морских судов: справочник. - СПб.: Судостроение, 1987.
Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые дизельные установки:
справочник. - СПб.: Судостроение, 1986.
Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые автоматизированные
энергетические установки: учебник. - М.: Транспорт, 1989.
Овчинников И.Н., Овчинников Е.И. Судовые системы и трубопроводы. -
Л.: Судостроение, 1983.
Петров ЮС. Вентиляция и кондиционирование воздуха: учебник. - Л.:
Судостроение, 1984.
17-2078 405

Петухов В. А. Безопасность и эксплуатация газовозов: учеб.-справ,
пособие. - СПб.: Элмор, 1999.
Правила регистрации операций с нефтью, нефтепродуктами и другими
веществами, вредными для здоровья людей или для живых ресурсов моря,,
и их смесями, производимыми на судах и других плавучих средствах:/
РД 31.04.17-97.
Правила Российского морского регистра судоходства. - СПб., 2009.
Применко Н.В., Заматаев М.В. Новые технологии иротивоаварийно^
защиты трубопроводов // Нефть. Газ. Промышленность. - 2007. - № 2 C0). -
С. 50-52.
РД 31.04.23-97. Наставление по предотвращению загрязнения с судов.
Свистунов В.М., Пушняков И. К. Отопление, вентиляция и
кондиционирование воздуха. - 2-е изд. - СПб.: Политехника, 2006.
Семена М.Г., Гершуни А.И., Зарипов В.К. Тепловые трубы с металлово-
локнистыми капиллярными структурами. - Киев: Вища школа, 1984.
Системы инертного газа. СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ»,1996.
Тематический каталог группы предприятий «Метран» // Уровнемеры,
датчики давления. - 2008. - № 5. - Вып. 1 и 2.
Хайдуков О.П., Трусов А.С, Кузнецов Е.В. Системы инертных газов на
танкерах и их эксплуатация: учеб. пособие. - Новороссийск: НГМА, 2000.
Харин В.М. [и др.]. Судовые вспомогательные механизмы и системы /
В.М. Харин, Б.Г. Декин, О.Н. Занько, В.Т. Писклов. - М.:, Транспорт, 1992.
Швецов Г.М., Ладин И.В. Судовые холодильные установки. - М:
Транспорт, 1986.
Зарубежные издания
Clean seas guide for oil tankers. - London: OC1MF, 2002.
Dr. Verwey. Tank Cleaning Guide, 1998.
Cargo Operating Manual. LNGC Excalibur (H 2206). - EXMAR, 2003.
Medical first aids guide for use in accidents involving dangerous goods. -
London: IMO, 2002.
Tanker safety guide (Chemical carriers & liquefied gases). - London: ICS,
2002.
Chemicals and Tank Cleaning Guide. - UN1TOR, 1997.
406

Приложение 1
Параметры типовых современных танкеров
Наммсно-
\\ ванис
У параметра
I
Классификация
1 К. уз
! Экипаж,
1 чел.
| Л, м
1 #,м
1 //л, м
Осадка, м
Дедвейт, т
Тин ГД
Nc, кВт:
/7, ОО/МИН
ДГ, кол-во;
\Ne, кВт
Вс п. котлы
(кол-во);
Л, т/ч
К-,,лл, T, M-'
Грузовые
балл.насосы
(кол-во)
а.. м3/ч
Танкер

арктический
PC КМ
ЛУ51AI
15,4
24
147,2
24,5
13,4
9,8
20 000
6S50-
МС-С
8580;
127
3
850
2
8
22 950
8 090
4 х 600,
2x600
Танкср-
химовоз
FURBNO
RD
15,4
И
143,97
21,82
12,5
9,146
15 999
сод
6180
3
828
Тсрмо-
масл. 2
2907 кВт
18 828
7032
12x350,
2x500,
2x125
Тапкер-
химовоз
PC КМ
ЛУ41А1
15
20
99,99
16,5
8,3
6,1
4660/5600
6L42MC
3840;145
2
640,1500
-
6000
2400
20x100,

погружной с

гидроприводом
Танкср-
химовоз
PC KM ЛУ4
1А1
14,2
22
109
18,6
9,5
7
7 000
6ДКРН35/
105-1 1,БМЗ
3360;200
3
500
2
КАВ 6,3/7,
КАВ 2,5/7
3145
10x200,
погружной
с
гидроприводом
Танкер-
химовоз
PC КМ
ЛУ41А1
14,6
27
178,9
25,3
18
11,35
28 400
6L60MC,
БМЗ
7940,4; 111
3
880
2
8
36300
13144
10x450,
4x250,
2x1000
Танкер
арктический
PC KM ЛУ4
А1
15
20
296
48
21
15
140 000
МОД
21735
4
2850
-
164760
53160
12x550,
12x200,
2x75,
2x900
Тапкср-
химовоз
PC КМ
ЛУ4 1А1
15
27
182,9
32,2
18
11,1
48 300 1
5S60MC-C,
БМЗ 1
11275;127
3
1315 1
2
КАВ 16,
КАВ 5/1,4 |
54500
19000
12x550,
2x900
В Российском флоте находятся в эксплуатации суда большинства основных
типоразмеров. Так, например, только в «Совкомфлоте» около 160 танкеров, среди
которых в качестве представителей отдельных групп можно выделить следующие
современные высокоавтоматизированные суда дедвейтом: «Тамань - 40817 т,
«Троицкий мост» 47200 т, «Василий Динков» - 71254 т, «Юрий Сенкевич» -
100869 т, «Москва» - 106553 т, «Арктика» - 111107 т, «Алтай» - 159168 т, «Кавказ»
159173 т.
27*
407

Приложение 2
Схемы системы газификации грузовых танков
Рис. 1. Схема системы газификации грузовых танков с использованием жидкого груза
с берега: / - вентиляционная магистраль; 2, 14 - магистраль ИГ; 3 - линия возвратного
конденсата; 4, 13, 15 - линия паров груза; 5, 72, 16 - линия жидкого груза; 6 -
подогреватель LPG; 7- испаритель LPG; 8 - реконденсационная установка;
9 - генератор ИГ; 10 - компрессор паров груза; 11 - воздушный
вентилятор; 17 - грузовой танк; 18 - грузовой насос
408

Рис. 2. Схема системы газификации грузовых танков с использованием паров
с берега (вытеснение воздуха): / - вентиляционная магистраль; 2 - магистраль ИГ;
3 - линия возвратного конденсата; </, 13, 14 - линия паров груза;
5, /2, 15 - линия жидкого груза; 6 - подогреватель LPG; 7- испаритель LPG;
8 - реконденсационная установка; 9 - генератор ИГ; 10- компрессор паров
груза; // - воздушный вентилятор; 16 - грузовой насос; 17- грузовой танк
409

Приложение
Схема системы захолаживания грузового танка с использованием
жидкого груза с берега и возвратом паров на берег
.мпш
Условные обозначения: 1 - вентиляционная магистраль; 2 - магистраль ИГ;
3 - линия возвратного конденсата; 4, 13, 14 - линия паров груза; 5, /2, 15 - линия
жидкого груза; 6 - подогреватель LPG; 7- испаритель LPG; 8 - реконденсационная
установка; 9 - генератор ИГ; 10 - компрессор паров груза; 11 - воздушный
вентилятор; 16 - грузовой танк; 17 - грузовой насос

Варианты схем погрузки груза
Приложение 4
Н
-СХК
11
Рис. 1. Схема системы погрузки с возвратом паров на берег: 1 - вентиляционная
магистраль; 2 - магистраль ИГ; 3 - линия возвратного конденсата; 4, 13, 14 - линия паров
груза; 5, /2, 15 - линия жидкого груза; 6 - подогреватель LPG;
7 - испаритель LPG; 8 - реконденсационная установка; 9 - генератор ИГ;
10 - компрессор паров груза; 11 - воздушный вентилятор;
16 - грузовой танк, 17 - грузовой насос
411

Рис. 2. Схема системы погрузки без возврата паров груза на берег:
/ - вентиляционная магистраль; 2 - магистраль ИГ; 3 - линия возвратного
конденсата; 4, 13, 14 - линия паров груза; 5, 12, 15 - линия жидкого груза;
6 - подогреватель LPG; 7 - испаритель LPG; 9 - генератор ИГ; 11 - воздушный
вентилятор; 8 - реконденсационная установка; 10 - компрессор паров груза;
16 - грузовой танк; 17 - грузовой насос
412

Приложение 5
Варианты схем выгрузки груза
Рис. 1. Схема системы выгрузки без возврата паров груза на берег:
1 вентиляционная магистраль; 2 - магистраль ИГ; 3 - линия возвратного
конденсата; 4, 13, 14 - линия паров груза; 5, 12, 15 - линия жидкого груза;
б - подогреватель LPG; 7- испаритель LPG; 8 - реконденсационная
установка; 9 - генератор ИГ; 10- компрессор паров груза;
11- воздушный вентилятор
413

Рис. 2. Схема системы выгрузки с возвратом паров груза:
1 - вентиляционная магистраль; 2 - магистраль ИГ; 3 - линия возвратного конденсата;
4, 13, 14 - линия паров груза; 5, 12, 15 - линия жидкого груза;
6 - подогреватель LPG; 7 испаритель LPG; 9- генератор ИГ; // - воздушный
вентилятор; 8 - реконденсационная установка; 10 ~ конденсатор паров груза
414

Приложение 6
Схема системы инертизации грузовых танков на газовозах
Условные обозначения: 1, 2, 3,4, 5 - магистрали, соответственно: вентиляционная, ИГ,
возвратного конденсата, паров груза, жидкого груза; 6 - подогреватель LPG; 7-
испаритель LPG; 8 рсконденсационная установка; 9 - генератор ИГ; 10- компрессор
паров груза; 11 - воздушный вентилятор; 12, 14 - паровая магистраль LPG;
13 магистраль инертного газа; 15 - магистраль жидкого груза; 16- грузовой танк;
17 ~ грузовой насос
415

ON
Приложение 7
Схема системы аэрации грузовых танков
Вентиляционная линия Линия инертного газа
х-п %а

Приложение 8
Схема скруббера с элементами автоматики и КИП
Вход управляющего воздуха
-^ 1 1 '-Z.
,*?•}! Ы)
417

^адательста0 ^
ГМА им. адм. СО. Макарова
JU.
Предлагаем Вашему вниманию новые книги
Афанасьев, В.В., Маринич, А.И., Припоптюк, А.В., Устинов, Ю.М. Судовые
радиолокационные системы: учебник. - СПб.: Веленара, 2009. - 366 с.
ISBN 978-5-904726-05-8
Рассмотрен принцип построения основных узлов и устройств PJ1C, влияние осадков в
виде дождя, снега и волнения моря на характеристики S, X и К-РЛС, работа РЛС/САРП
в режиме Overlay. Большое количество примеров и контрольные вопросы позволяют
читателю быстро усвоить главные вопросы теории.
Авербах, Н.В., Антонов, В.И., Клименко, В.Д., Кузьмин, В.Е. Практикум по
навигации: учеб. пособие. - Вып. 2. - Изд. 2-е, испр. и доп. - СПб.: Изд-во ГМА им. адм.
СО. Макарова, 2010. - 110 с.
Пособие содержит основные практические вопросы курса «Навигация и лоция».
Приведены данные о морских навигационных картах, на которых ведется навигационная
прокладка, правила и методические указания по различным аспектам графического и
аналитического счисления и визуальным способам определения места судна.
Кожухов, И.В. Основы экологической безопасности: учеб. пособие. - СПб.: Изд-во
ГМА им. адм. СО. Макарова, 2010. - 216 с.
ISBN 978-5-9509-0053-2
Рассмотрены вопросы экологического направления, в частности учение о биосфере и ее
свойствах, основные законы экологии, а также особенности экологических факторов на-
земно-воздушной и водной среды обитания. Большое внимание уделено вопросам,
касающимся безопасности работы на море, и проблемам вредного антропогенного
воздействия на окружающую природу Земли и, в первую очередь, морей.
Костылев, И.И., Овсянников, М.К. Морская транспортировка сжиженного газа:
учеб.-теорет. изд. - СПб.: Изд-во ГМА им. адм. СО. Макарова, 2009. - 304 с.
ISBN 978-5-9509-0048-8
Содержит основные теоретические положения, необходимые для комплексного
понимания задач, стоящих перед персоналом судна, обслуживающим груз в виде
сжиженного газа, принимаемого в судовые танки. Приведены физико-химические свойства
сжиженных газов, их зависимость от температуры и давления, схемы обслуживания груза в
рейсе и на терминалах. Изложен принцип действия реконденсационных установок на
действующих газовозах. Рассмотрены вопросы организации и управления
перегрузочными процессами, контроля за грузом в рейсе в соответствии с требованиями Газового
кодекса ИМО и положениями МАКО, а также токсические свойства грузов, их пожаро-
и взрывоопасность, меры предупреждения недопустимого воздействия груза на людей.
Рисунки и схемы позволяют более предметно представить агрегаты и системы
современных газовозов, а также процессы, происходящие в них. Имеющиеся в издании
приложения содержат необходимые справочные материалы.

Г/ухов, В.Г. [и др.]. Морская метеорология: учеб. пособие. - Изд. 2-е, перераб.
и доп. - СПб.: Изд-во ГМА им. адм. СО. Макарова, 2009. - 136 с.
ISBN 978-5-9509-0051-8
Рассмотрены основные понятия и определения, принятые в настоящее время в
метеорологии, изложены цели и задачи морской метеорологии, возможные области
применения, генезис, структура и трансформация таких макромасштабных атмосферных
объектов, как циклоны и антициклоны, воздушные массы, атмосферные фронты,
проанализированы основные факторы погодо- и климатообразования.
Смирнов, ЕЛ. [и др.]. Гироскопические компасы класса «Стандарт»: учеб.
пособие- Изд. 2-е - СПб.: Изд-во ГМА им. адм. СО. Макарова, 2009. - 84 с.
Приводятся сведения, необходимые для правильного навигационного использования
большого класса гирокомпасов фирмы «Anschutz» (Германия), имеющих широкое
распространение на мировом флоте.
Григорьев, А.В., Петухов, В.А. Современные и перспективные судовые валогенера-
торные установки: монография. - СПб.: Изд-во ГМА им. адм. СО. Макарова, 2009.
- 176 с.
ISBN 978-5-9509-0038-9
Рассмотрены современные и перспективные валогенераторные установки, их состав,
конструкция, принцип действия, особенности технической эксплуатации. Приведена
классификация современных валогенераторных установок. Выполнен сравнительный
анализ схемных решений, отмечены технические и конструкционные особенности.
В достаточном объеме изложены основные теоретические положения, позволяющие
понять принцип действия и раскрыть сущность физических процессов в
валогенераторных установках. На основе теоретических и экспериментальных исследований
рассматриваются вопросы совершенствования валогенераторных установок с целью
оптимизации режимов их эксплуатации. Предлагаются варианты построения перспективных
валогенераторных установок с использованием современных полупроводниковых
преобразователей.
Лемин, Л.А., Пруссаков, А.В., Григорьев, А.В. Эксплуатация судовых систем
электроснабжения: учеб. пособие. - Изд. 3-е, испр. - СПб.: Изд-во ГМА им. адм. СО.
Макарова, 2009. - 180 с.
Основное внимание уделено вопросам эксплуатации судовых систем электроснабжения.
Рассмотрены системы возбуждения и автоматического регулирования напряжения
синхронных генераторов, включая характерные отказы и особенности технического
обслуживания генераторов, синхронизацию генераторов, распределение нагрузки при
параллельной работе, защиту генераторов и распределительных сетей. Изложены
особенности использования валогенераторных установок и полупроводниковых
преобразователей на морских судах, технического обслуживания судовых электрических сетей.
Предназначено для курсантов и студентов судомеханической и электромеханической
специальностей морских учебных заведений. Может быть полезно персоналу,
обеспечивающему техническую эксплуатацию судовых электроэнергетических установок.
Воронов, В.В., Яловеико, А.В. Индукционный лаг «ЛИ 2-1»: программированное
учеб. пособие. - СПб.: Изд-во ГМА им. адм. СО. Макарова, 2009. - 96 с.
Рассмотрен состав комплекта нового отечественного лага ЛИ 2-1 с описанием его
технических характеристик, приведено подробное описание всех приборов, входящих
в комплект лага. Особое внимание уделено навигационному использованию лага.

Костылев Иван Иванович,
д-р техн. наук, проф.,
Петухов Валерий Александрович,
д-р техн. наук, проф.
СУДОВЫЕ СИСТЕМЫ
Учебник
^ТЕЛЬС%
199106, Саикт-Пстсрбург, Косая линия, 15-А
тел./факс 812 -322-33-42, 322-77-26
www.gma.ru
c-mail:izdat@gma.ru
c-mail:rcklama@gma.ru
Ответственный за выпуск
Редактор
Компьютерная верстка
Сатикова Т.Ф.
Карамзина Н.А.
Тюлснсва Е.И.
Подписано в печать 15.10.2010.
Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman.
Усл. печ. л. 26,25. Тираж 1000 экз. Заказ № 2078.
ООО «Великолукская городская типография»
182100, Псковская область, г. Великие Луки, ул. Полиграфистов, 78/12
Тел./факс: (811-53) 3-62-95
E-mail: zakaz@veltip.ru