2.1.2 Топливоподготовка
Топливоподготовка является важнейшей эксплуатационной операцией, улучшающей качество топлива. Применяемые на судах способы обработки топлив делятся на две основные группы: обеспечивающие изменение физического состояния методом тепловой обработки и гомогенизацией, и изменение физико-химического состава топлива очисткой его от механических примесей, воды, химической обработкой, а также вводом присадок.
Тепловая обработка высоковязкого топлива (ВВТ) заключается в его подогреве с целью повышения текучести, лучшей очистки от механических примесей и более эффективного распыла. Наибольшее распространение получили паровые подогреватели кожухотрубного типа и реже - пластинчатые подогреватели фирмы «Альфа Лаваль». Обогрев топливных цистерн осуществляется с помощью паровых или водяных змеевиков, а в последнее время применяют и местный обогрев методом размыва (горячеструйный) - циркуляцией топлива по замкнутому контуру через мощный подогреватель (ПТК-20В или ПТК-10В). Метод позволяет упростить оборудование цистерн, уменьшить их материалоемкость, не снижая эффективности подогрева. Змеевики обогрева изготовляют из стальных труб и размещают в нижней части цистерн. Давление греющего пара принимают 0,4-0,5 МПа. Максимальная температура подогретого топлива в цистернах должна быть ниже температуры вспышки паров топлива не менее чем на 15 С. На протяженных трубопроводах ВВТ обычно устанавливают паровые спутники, представляющие собой паропровод небольшого диаметра, уложенный на топливный трубопровод и вместе с ним заизолированный.
При гомогенизации ВВТ разрушаются желеобразные сгущения и твердые агломераты, исключаются потери горючей массы топлива, механические примеси из топлива не удаляются, а измельчаются.
Фильтрация топлива позволяет улучшить его по тонкости очистки от механических примесей в зависимости от требований эксплуатации. Для очистки топлив применяют соответствующие материалы и конструкции. Конкретные технические требования к топливным фильтрам дизелей изложены в ГОСТ 14146-79. С целью обеспечения непрерывной очистки топлива в системе устанавливают сдвоенные или строенные фильтры, в которых фильтрующие патроны работают попеременно, или применяют автоматические самоочищающиеся обратным потоком фильтрующей жидкости фильтры.
На судах зарубежной постройки широко применяются фильтрационные установки самоочищающегося типа, способные освобождать топливо не только от механических примесей, асфальтосмолистых отложений, но и от воды. Такие установки стали конкурировать с сепараторами. Их достоинство заключается в периодической или непрерывной очистке фильтрующих патронов, применении новых эффективных материалов для них и высокой степени автоматизации. Наибольшее распространение получили фильтрационные установки зарубежных фирм «Винслоу», «Софранс», «Скаматик» и др.
Сепарирование топлива является наиболее распространенным и эффективным способом очистки топлив от механических примесей и воды. Центробежные сепараторы обеспечивают удаление примесей неорганического происхождения с размерами частиц 5 мкм и менее и органического происхождения 7 мкм и менее, а также воды (следы). Потери горючей части топлива вместе с отсепарированной водой и осадком при удалении не превышают 1 % при очистке МВТ и 3 % при очистке мазутов.
Критерием для выбора типа сепаратора считается количество примесей, подлежащих удалению из топлива. Самоочищающиеся сепараторы с поршневыми подвижными затворами (типа РХ, CNS, МАРХ) эффективны при очистке топлив с содержанием примесей 0,03-0,4 %. При содержании примесей 0,05-2 % и более предпочтительнее сепараторы с непрерывным удалением разжиженного шлама (типа «Гравитол»).
Наиболее распространенными и эффективными на судах являются сепараторы фирмы «Альфа Лаваль». Эффективность работы сепараторов снижается с увеличением плотности топлив, которая для обычных сепараторов не должна превышать 990 кг/м3 при 15 С. Максимальная разность плотности топлива и воды наблюдается при 80-90 С. Для очистки топлива большей плотности необходимо применять специальные сепараторы. За рубежом создана специальная система очистки тяжелых сортов топлив предельной плотности 1010 кг/м3 при 15 С - АЛКАП. В нее входят новые сепараторы ФОПКС, не имеющие гравитационных дисков.
В зависимости от способа настройки сепаратор может работать как кларификатор (отделение твердых частиц из топлива) или как пурификатор (сепарация воды и отстоя, причем вода непрерывно удаляется из барабана). При обработке низкосортного тяжелого топлива сепараторы обычно подключаются последовательно: пурификатор за кларификатором, что обеспечивает необходимое качество очистки топлива. Сепарирование ВВТ производят саморазгружающимися сепараторами, а МВТ - саморазгружающимися и несаморазгружающимися сепараторами. Характеристики центробежных сепараторов приведены в таблице 2.
Согласно Правилам Регистра в системе топливоподготовки необходимо установить не менее двух сепараторов для ВВТ и один сепаратор для МВТ. Сепаратор МВТ резервируется одним из сепараторов ВВТ. Схема включения сепараторов в систему топливоподготовки СДУ мощностью 25000 КВТ показана на рисунке 83. Она предусматривает сепарирование мало- и высоковязкого топлива (до 350 мм2/с). В ее состав входят один сепаратор МВТ и три - ВВТ (на рисунке показан один). Сепараторы ВВТ могут подключаться в системе параллельно и последовательно. Один из них является резервным, он же резервирует и сепаратор МВТ.
В цистернах ВВТ предусмотрены змеевики для обогрева. Во время работы системы поддерживается температура топлива в расходных цистернах 70 С, в отстойных - 60 С. Перед сепаратором оно подогревается в штатном подогревателе до 95-98 С, а затем подается в расходные цистерны через охладитель, где температура снижается до 70 С. Трубопровод ВВТ оборудован паровым спутником, они изолированы совместно.
Химическая обработка топлива заключается во введении в него присадок. Она необходима для уменьшения потерь топлива вследствие выпадания из него осадка.
Ванадиевые соединения в ВВТ вызывают высокотемпературную коррозию выпускных клапанов и проточной части газовых турбин. Поэтому ванадий ингибируют добавлением присадки из магниевых соединений. Масса магния должна в три раза превышать массу присутствующего в топливе ванадия. При такой пропорции из пятиокиси ванадия образовываются ванадаты магния, которые имеют достаточно высокую температуру плавления и поэтому не отлагаются на деталях турбины и клапанах и тем самым не вызывают их коррозии.
Рис. 83. Схема включения сепараторов в систему топливоподготовки: 1- цистерны отстойные ВВТ; 2, 3 - цистерны расходные ВВТ, МВТ соответственно; 4 - цистерна МВТ розжига котлоагрегата; 5 - цистерна расходная МВТ ДГ; 6 - цистерна запасно-отстойная МВТ;
7 - осушение цистерны; 8 - охладитель топлива; 9 - цистерны расходные котлоагрегата;
10, 12 - сепаратор ВВТ и МВТ соответственно; 11 - подогреватель топлива; 13 - фонарь смотровой;
14 – в цистерну сбора протечек; 15 - цистерна отходов сепарации топлива и масла (шлама).
В СДУ наиболее чувствительными к физико-химическому составу топлива и его физическому состоянию являются прецизионные пары топливных насосов и распылителей форсунок, от работы которых зависят полнота сгорания топлива и нормальная эксплуатация двигателей.
Для обеспечения надежности топливной аппаратуры снижают общее содержание в топливе механических примесей, удаляют из него частицы, превышающие зазор в прецизионных парах, и повышают дисперсность асфальтосмолистых веществ и глобул воды.
Топливоподготовку рекомендуется проводить комплексно от приема топлива на судно до подачи его в двигатель. Комплексная обработка ВВТ позволяет поддерживать в чистоте емкости для хранения и трубопроводы, исключая образование в них отложений. Система топливоподготовки для СДУ показана на рисунке 84.
Рис. 84. Универсальная система топливоподготовки для судовых дизельных установок:
1 - цистерна маловязкого топлива; 2, 24 - топливоперекачивающие насосы; 3 - сепаратор;
4 - расходные цистерны маловязкого топлива; 5 - эжекционно-смесительное устройство;
6, 13, 20 - подогреватели; 7, 12 - контрольные фильтры; 8 - регуляторы вязкости; 9 - топливный трубопровод в ТНВД вспомогательного дизеля; 10 - приточный трубопровод от ТНВД;
11 - трубопровод к ТНВД ГД; 14 - топливоподкачивающие насосы; 15 - смесительная колонка (емкость); 16 - расходная цистерна высоковязкого топлива; 17 - фильтрационная установка;
18 - гомогенизатор; 19 - ротаметр; 21 - цистерна многофункциональных присадок; 22 - цистерна высоковязкого топлива; 23 - дозатор; 24 - насос ВВТ
Дизелестроительные фирмы производят средне- и малооборотные дизели, приспособленные к использованию сверхвысоковязких топлив (до 700 мм2/с). Для этого фирмы разработали специальные системы топливоподготовки закрытого типа. Их особенность (в отличие от систем топливоподготовки открытого типа) заключается в том, что они дополнительно оборудованы специальным блоком подачи топлива, который позволяет поддерживать повышенное давление во всей топливной системе.
Это предохраняет наступление кипения и образование паров и газов в топливе при температуре 130-150 С, поддерживаемой в системе с целью получения необходимой вязкости низкосортных тяжелых топлив.
Если подогревать топливо до таких температур в открытой системе топливоподготовки, произойдет вскипание легких фракций, что приведет к потерям топлива (до 7 %).