книги из ГПНТБ / Рабей И.Л. Грузовые операции на нефтеналивных судах

Бычок устанавливается на основании из каменной наброски или на свайных опорах (рис. 47), в теле бычка находится насосная установка. Общая длина причального фронта — 100—120 м. Размеры бычка в плане 17X12 м, высота около 9 м. Внутренние его размеры определяются составом оборудования и его

габаритами, а также необходимостью размещения вспомогательных и бытовых помещений. В плоскости причального фронта бычок имеет нишу и три площадки для производства операций по шланговке. Из внутреннего помещения на эти пло­ щадки выведены приемные патрубки насосов, оборудованные соответствующими соединительными устройствами. На перекрывающих бычок железобетонных пли­ тах находятся кран, трубы, шланги и прочее оборудование.

На некоторых причалах (например, на Астраханской нефтебазе) вместо быч­ ка устроена ниша, где располагается плавучая нефтеперекачивающая станция. Это позволяет нефтеналивному судну перемещаться вместе с плавучей станцией в соответствии с колебаниями уровня воды в реке. В межнавигационный период такую станцию можно вывести из ниши и отбуксировать в затон для профилак­ тики и ремонта.

Отбойно-швартовные палы рассчитаны на горизонтальные усилия 25 г, что необходимо для преодоления инерции судна грузоподъемностью 12 тыс. т во

время швартовки. Хранилища нефтебазы соединяются с причалом стационарны­ ми или плавучими переходами и насыпными дамбами, используемыми для пере­ хода персонала, находящегося на причале, на берег и являющимися несущими конструкциями (по ним прокладываются трубопроводы).

Технико-экономические расчеты показывают, что причал с плавучей нефте­ перекачивающей станцией — самый экономичный.

Плавучий причал

Для плавучего причала, к которому должна непосредственно примыкать эстакада с береговым трубопроводом, обычно используются баржи устаревшей конструкции, вышедшие из эксплуатации, специальные железобетонные дебарка­ деры и крупные понтоны. Плавучесть причала обусловливает некоторые преиму­ щества при эксплуатации в условиях колебания уровня воды в реке. Причалбаржа обеспечивает швартовку плавучих нефтеперекачивающих станций и нефте­ наливных судов, а также стыковку их с береговыми трубопроводами.

В межнавигационный период баржа отсоединяется от береговой эстакады и отводится в затон или в безопасные места для предохранения от повреждений при ледоходе.

Серийное изготовление железобетонных плавучих дебаркадеров, оборудован­ ных соответствующими нефтеналивными устройствами, обходится значительно дешевле стационарных береговых нефтепричалов. Такие причалы можно исполь­ зовать на самых различных участках приречной нефтебазы, если по тем или иным причинам меняется место хранения нефтепродуктов. При расширении и

Нефтепричалы в виде эстакад

Береговое нефтехранилище с нефтеналивным судном связывают простейшие береговые эстакады или барабаны с трубопроводами. При использовании танке­ ров, оборудованных собственными перекачивающими средствами, операция вы­ грузки нефтепродуктов наиболее проста и дешева, а при использовании несамо­ ходного флота необходимо иметь либо плавучую нефтестанцию, либо береговую насосную установку.

На каждом нефтепричале должно находиться определенное количество тру­ бопроводов и шлангов соответствующих диаметров для погрузки и выгрузки всех видов нефтепродуктов, а также комплект трубопроводной арматуры для стыковки судна с учетом изменения его положения на плаву в период грузовых операций. Трубопроводы обычно классифицируются по роду перекачиваемых гру­ зов. Все трубопроводы окрашиваются в специальные цвета и покрываются за-

1 1 7

щитной рубашкой, исключающей искрообразование и предохраняющей от больших тепловых потерь при перекачке вязких нефтепродуктов. Крупные нефтепричалы оборудуются, кроме того, паропроводами, при помощи которых подается в нефте­ наливные суда пар для подогрева нефтепродуктов. Причалы должны иметь средства противопожарной безопасности, сигнализации, связи, источники освеще­ ния, средства защиты от грозы, изоляции от электрических токов.

До начала грузовых операций суда швартуют у причалов и соединяют бере­ говой трубопровод с трубопроводами судна (производится шланговка). Опера­ ции на швартовку и шланговку занимают около 20% времени выгрузки и явля­ ются наиболее тяжелыми и трудоемкими. Автоматизация этих операций — один из резервов повышения рентабельности нефтеперевозок на водном транспорте.

Наиболее благоприятны условия для швартовки и шланговки на стационар­ ных береговых нефтепричалах. На хорошо оборудованном плавучем причалебарже эти операции также не вызывают особых осложнений и проводятся при­ мерно в те же сроки, что и на стационарном причале. Наихудшие условия для швартовки и шланговки — на причалах-эстакадах упрощенных конструкций. Время на указанные операции увеличивается здесь примерно в 2—3 раза и, кроме того, они выполняются в небезопасных Для обслуживающего персонала усло­ виях. Особенно усложняются швартовка и шланговка в ночное время, при силь­ ных ветрах, волнении и сильном течении; обычно на таких операциях бывает занят почти весь персонал судна и берега.

Не менее тяжелой операцией является подсоединение береговых трубопро­ водов к плавучим перекачивающим станциям и приемным устройствам нефте­ наливных судов. Чаще всего шланговка производится при помощи гибких про­

ками, соединительными планками, болтами, специальными фланцами и пр. Иногда

лебедки.

В СССР и за рубежом ведутся поиски рациональных конструкций для соеди­ нения береговых и судовых трубопроводов. Так, в настоящее время уже созданы специальные шлангоподъемники башенного и портального типа с ручным, элек­ трическим, гидравлическим и пневматическим приводами. Шлангоподъемники снабжены кранами и стрелами, при помощи которых шланги, шарниры и отдель­ ные участки трубопроводов подаются на борт нефтеналивного судна. Шланго­ подъемники обычно приспосабливают к определенной конструкции причала. Раз­ личаются они по размерам и грузоподъемности.

В Советском Союзе разработаны оригинальные конструкции специального устройства для шланговки, работающего по принципу гидроуправляемых захва­ тов. При помощи этого устройства трубы состыковывают и удерживают под дей­ ствием гидравлического давления.

Г л а в а IX

УПРАВЛЕНИЕ ГРУЗОВЫМИ ОПЕРАЦИЯМИ

Основные принципы дистанционного и автоматического управления грузовыми операциями

При выполнении грузовых операций соблюдается определенная последова­ тельность. В каждой операции имеются свои объекты регулирования: дифферент, крен, осадка судна, уровень и температура груза в танках, степень открытия клинкетных задвижек, параметры работы насосов. При ручном управлении на

118

регулировании занято довольно большое число обслуживающего персонала, на­ ходящегося в самых различных местах судна, и собрать в этих условиях точную информацию о ходе загрузки или разгрузки практически невозможно. Это в большинстве случаев отрицательно сказывается на грузовых операциях.

Правильность выполнения грузовых операций определяется результативными параметрами: 1) осадкой корпуса по сравнению с заданной; 2) количеством принятого груза; 3) количеством остатка груза; 4) продолжительностью опе­ рации.

При клинкетной грузовой системе для регулирования загрузки или разгрузки открывают и закрывают переборочные клинкеты, т. е. воздействуют на условия перетекания груза в корпусе; при трубопроводной грузовой системе — открывают и закрывают задвижки на самом трубопроводе.

Порядок проведения и регулирования операции при ручном управлении рег­ ламентируется инструкциями, разрабатываемыми для каждого типа судна.

На нефтеналивных судах к настоящему времени получило наибольшее рас­ пространение дистанционное управление грузовыми операциями. Дистанционное управление грузовыми операциями связано с необходимостью дистанционного контроля за осадкой судна, уровнями нефтепродукта в танках, за режимом ра­ боты грузовых насосов.

Наряду с применением дистанционного управления грузовыми операциями при проектировании танкеров предусматриваются мероприятия по упрощению грузовых систем в целях упрощения операций комплексного управления всеми системами и механизмами, участвующими в работе при грузовых операциях. В частности, стремятся уменьшить количество регулируемых клинкетов, совме­ стить грузовые и зачистные трубопроводы.

Примером такого решения может служить грузовая система баржи грузо­ подъемностью 9200 т (проект Р43). Здесь 16 грузовых танков разбиты на 4 груп­

пы при загрузке и разгрузке (см. рис. 56). Загрузка производится через палубные манифольды в танки № 23, 32, 34 и 43. Для управления загрузкой используются только четыре задвижки. Разгрузка через шахту (танк 411 на рис. 56), располо­ женную таким образом, чтобы обеспечивалось ее непосредственное сообщение с каждой группой танков, позволяет управлять операцией разгрузки с помощью

всего девяти переборочных клинкетов.

При автоматическом регулировании контроль и управление процессом загруз­ ки-разгрузки обусловлены соответствующей технологией. Соблюдение параметров должно автоматически выдерживаться в пределах заданных величин с требуемой степенью точности.

Существуют различные системы автоматики. Основные из них системы с при­ менением ЭВМ, т. е. счетно-решающих устройств системы; с применением про­

перечисленные системы. Характеризуют их определенные параметры, в том числе коэффициент надежности работы. Самый высокий коэффициент надежности у счетно-решающих устройств. Однако они сложны в изготовлении и обслужива­ нии, имеют высокую стоимость.

Системы с ограниченным числом регулируемых величин в бесконтактном или контактном исполнении наиболее просты и дешевы. Хотя по качеству выпол­ нения заданных команд они и уступают указанным выше двум системам, но ряд преимуществ делает их наиболее распространенным видом автоматизированных систем. Основные достоинства этих устройств следующие: простота конструкции, малая стоимость, достаточный для практических целей коэффициент надежно­ сти работы.

Для автоматизации управления грузовыми операциями прежде всего необхо­ димо иметь информацию о ходе процесса, его режиме, положении судна, о мо­ менте окончания операции (особенно загрузки). Для получения информации при дистанционном управлении на судне должны быть установлены контрольно-из­ мерительные приборы (КИП).

При ручном регулировании решение по управлению на основе полученной информации принимает оператор (штурман, шкипер), ответственный за проведе­ ние грузовых операций. Он организует ход операции и выполняет в уме мини­ мальный объем математических и логических операций.

119

При автоматическом регулировании решение по управлению принимается автоматическими устройствами с той или иной программой и в виде тех или иных сигналов передается от пунктов управления к исполнительным механизмам.

Для внедрения автоматического управления и выбора соответствующих тех­ нических средств необходимо математически описать задачу автоматизации, т. е. составить алгоритм управления процессом.

Под алгоритмом управления понимается последовательность математических и логических операций, выполняемых системой управления в соответствии с по­ лучаемой информацией и результатами промежуточных вычислений для опреде­ ления параметров управляющих воздействий, обеспечивающих ведение операций в режиме, близком к заданному (оптимальному).

Любая операция или технологический процесс могут протекать с максималь­ ным экономическим эффектом только при условии соблюдения оптимального режима. При переменных режимах иногда требуется применение систем автома­ тического регулирования, сводящих к минимуму отклонения от заданного режи­ ма, возникающие под действием различных причин.

Оборудование для управления грузовыми и вспомогательными операциями

Арматура грузовой системы. Основными элементами арматуры грузовой си­ стемы нефтеналивного судна являются задвижки. Количество и расположение задвижек должно обеспечивать возможность управления всеми операциями. Не­ обходимо иметь в виду, что арматура представляет существенную часть общего гидравлического сопротивления системы и потому количество ее должно быть минимальным. В частности, при разработке схемы обвязки насосов в насосном отделении нужно обеспечить широкое маневрирование работой насосов (парал­ лельная и последовательная работа, дублирование в обслуживании отдельных групп танков и т. д.) при минимальном количестве задвижек.

Клинкеты следует располагать возможно ниже, так как образуемый ими по­ рог влияет на величину остатка в танке при перетекании груза.

В качестве переборочных клинкетов применяются круглые клинкетные пере­ пускные задвижки с одним фланцем, которым они крепятся к переборке. Такие задвижки отличаются высокой непроницаемостью. Их недостаток — сравнительно

высокий порог.

Прямоугольный переборочный клинкет имеет низкий порог благодаря особо­ му расположению крепящих болтов в нижней части рамки клинкета. В отличие от круглой задвижки полезно используемое сечение у прямоугольного клинкета прямо пропорционально степени его открытия или высоте слоя перетекающего нефтепродукта. Недостаток конструкции — большая вероятность нарушения не­ проницаемости.

Гидропривод. Наиболее распространенным средством дистанционного управ­ ления задвижками грузовой системы является гидравлический привод. Принци­ пиальная схема такого привода состоит в том, что жидкость (масло), подавае­ мая насосом, оборудованным пневмобаком для поддержания постоянного давле­ ния, воздействует на гидродвигатели, расположенные непосредственно у задвижек.

Системой управляют с центрального пульта при помощи клапанов и кранов манипуляторов.

Основные достоинства гидропривода:

простота осуществления прямолинейных движений; возможность получения больших усилий при малых размерах и весе механизмов;

отсутствие сложных громоздких механических передач; простота и удобство управления; бесшумность работы; высокая надежность.

120

К недостаткам гидроприводов следует отнести:

большие потери на трение жидкости в трубопроводах и преодоление мест­ ных сопротивлений в гидроаппаратуре. Эти потери резко возрастают при увели­ чении скорости движения, что вызывает ограничение скорости — не более

10 м/сек;

внутренние и наружные утечки жидкости, ухудшающие характеристики ра­

боты гидросистемы; ухудшение работы гидропривода при повышении температуры рабочей

жидкости; необходимость обеспечения очень малых зазоров в сопряженных деталях (зо­

лотники, клапаны, исполнительные механизмы).

Перечисленные недостатки гидропривода в значительной степени компенси­ руются рациональным выбором схемы системы гидропривода и конструкции

узлов.

В качестве исполнительного механизма могут применяться гидродвигатели различной конструкции. Одна из наиболее простых — гидроцилиндр с поршнем, непосредственно связанным со штоком задвижки. Изменяя с помощью гидроси­ стемы давление в цилиндре по обе стороны поршня, перемещают последний в требуемом направлении, а вместе с ним и запорный орган задвижки. Роторные гидродвигатели применяют, если запорный орган задвижки перемещается врй-

щающимся штоком.

Существуют различные схемы гидравлического управления грузовыми кла­

панами.

Типичная установка системы управления на танкерах представляет собой резервуар, в который вмонтированы насосы, непосредственно соединенные с элек­ трическими двигателями. Чтобы направить поток жидкости в тот или иной гидро­ аккумулятор, устанавливают переключатели давления. Обычно один аккумулятор заряжают и оставляют в резервуаре на случай аварии электрооборудования или

насоса.

Включают и выключают электрический двигатель, как правило, с пульта, на­ ходящегося в помещении поста управления грузовыми операциями; предупреди­ тельные световые сигналы и показания манометра указывают, какой насос рабо­

тает в данный момент.

Возможны и другие варианты системы управления. Например, насосы могут быть устроены так, что они будут включаться и выключаться автоматически по мере необходимости.

На танкерах, оборудованных запорной арматурой с гидравлическими приво­ дами и постом централизованного управления, загрузкой или разгрузкой может управлять один человек.

Энергоносителем в гидравлических системах служит рабочая жидкость — масла различных составов, спиртно-глицериновые смеси, водомасляные эмуль­ сии. В качестве рабочей жидкости большей частью используются минеральные масла.

Надежность работы гидроприводов в значительной степени зависит от фи­ зико-механических свойств применяемой рабочей жидкости.

Рабочая жидкость должна иметь хорошие смазывающие свойства, малое изменение вязкости в широком диапазоне температур, малую упругость насыщен­ ных паров, химическую нейтральность, нетоксичность, недефицитность и невысо­

кую стоимость.

Основные физико-механические характеристики некоторых рабочих жидко­

стей приведены в табл. 26.

Из приведенных в таблице масел наиболее качественными являются АМГ-0 (ГОСТ 6794—53), ГМЦ-2 (ТУ 23750), веретенное АУ (ГОСТ 1642—50). Эти мас­ ла наиболее стойки против окисления и длительное время сохраняют свои свой­ ства.

замены (примерно один раз в шесть месяцев).

121

Удельный вес, г/см3 . . 0,876— 0,88—0,90 0,88—0,92 0,88—0,90 0,85

0,89

Вязкость кинематиче­ ская, сст:

Пневмоприводы. В связи с внедрением на судах в системе управления глав­ ными двигателями систем автоматического управления из элементов промышлен­ ной пневмоавтоматики (УСЭППА) возможно в перспективе распространение пневматических приборов и на задвижках и клинкетах грузовых систем.

Пневматические приводы имеют ряд преимуществ перед гидроприводом и электроприводом:

более безопасны по сравнению с электрическими в пожарном отношении; по сравнению с гидросистемами потери напора на трение в трубах значи­

тельно меньше, поэтому допускаются большие скорости воздуха (10—15 м/сек) и

пневматическая система имеет меньший вес; более просты по конструкции;

к пневмосистемам предъявляются -меньшие требования в отношении герме­ тичности;

получение сжатого воздуха, как правило, дешевле, чем жидкостей высокого давления.

Исполнительные устройства, предназначенные для преобразования энергии сжатого воздуха в механическую энергию движений рабочих органов привода, выполняются поршневыми, мембранными и роторными. Первые два типа осуще­ ствляют возвратно поступательное движение, третий — вращательное.

Пневмоприборы бывают двустороннего действия, в которых сжатый воздух попадает в обе полости, и одностороннего действия, в которых сжатый воздух подается только в одну полость.

В исходное положение рабочие органы возвращаются пружиной или силой тяжести.

Распределительные устройства соединяют рабочую полость пневматического исполнительного устройства с магистралью, а выхлопную полость с атмосферой. Распределители могут иметь различное управление: ручное, механическое, элек­ трическое, пневматическое.

Положительные качества пневматического и гидравлического приводов соче­ таются в пневмогидравлическом приводе, плавность и равномерность движения

1 2 2

которого достигается установкой гидроцилиндра на одной оси с пневмоцилинд­

ром.

Для пневматического автоматического управления грузовой системой Ленинградским институтом водного транспорта (ЛИВТ) разработан пневмопри­ вод пакетно-мембранного типа. Привод состоит из трех пакетов мембран, ход которых относится как 1 : 2 : 4. Полный ход привода 350 мм, причем с помощью

трехрядного имфратора задвижку можно установить в любое положение через

50 мм.

Закрытие задвижки происходит под действием веса.

Электроприводы. Так как электроэнергия на судне — основной и самый рас­ пространенный вид энергии для работы устройств и систем, то удобно применение

электропривода на грузовых задвижках и клинкетах.

Электропривод обычно состоит из электродвигателя и редуктора, снижаю­ щего частоту вращения вала и увеличивающего крутящий момент. Невозмож­ ность эпизодического кратковременного развития существенно большего крутя­ щего момента (например, при заедании привода задвижки) — причина низкой

надежности электропривода.

Достоинство электропривода — простота системы управления задвижкой и контроля за ее положением. Кнопки управления электроприводом могут быть установлены в нескольких местах: у задвижки, в центральном посту управления и т. д. Электроприводы для задвижек во взрывобезопасном исполнении широко применяются на предприятиях нефтяной и газовой промышленности.

Имеется некоторый опыт эксплуатации электроприводов на речных танкерах, перекачивающих, бункеровочных и зачистных станциях, в различных специаль­

ных нефтяных системах.

Электроприводы ЭПВ выпускаются нескольких типоразмеров. Основные тех­ нические характеристики их приведены в табл. 27.

Для ограничения крутящего момента, развиваемого электроприводом при за­ крытии задвижки, предусмотрено устройство, с помощью которого происходит срабатывание муфты при перегрузке от 50 до 100% номинального.

Для автоматической остановки задвижки в конечных и промежуточных поло­ жениях, а также для сигнализации этих положений на электроприводе установ­ лен путевой выключатель с местным указателем положения задвижки. Преду­

1 2 3

смотрено ручное управление на случай временного отсутствия электроэнергии или неисправности электрической части привода.

С помощью электропривода могут осуществляться следующие операции: дистанционное управление задвижкой с пульта управления путем нажатия

пусковых кнопок («Закрыто» и «Открыто») и остановка задвижки в любом прш межуточном положении при помощи кнопки «Стоп»;

автоматическая остановка задвижки при достижении верхнего и нижнего крайних положений;

автоматическая остановка при заклинивании задвижки в случае превышения крутящего момента сверх отрегулированного;

дистанционная световая сигнализация крайних положений задвижки и ука­ зание положения задвижки с помощью местного указателя;

переход на ручной привод задвижки; электрическая блокировка электропривода с работой других механизмов и

агрегатов (в системах автоматики). Управляют электроприводом с поста управления.

Рекомендации по расчету и выбору основных элементов привода. Основной характеристикой привода является максимальное тяговое усилие (для прямоли­ нейных приводов) и максимальный крутящий момент (для приводов вращения), которые могут развить приводы в случае «заедания» задвижки и клинкета..

Усилие при выходе дисков задвижки из посадочного гнезда следует брать в 1>5 2 раза больше, чем для посадки дисков в гнездо при закрытии за­ движки.

На перемещение дисков задвижки затрачивается усилие, в 3—4 раза меньше, чем на выход из посадочного гнезда. Однако необходимые усилия для передви­ жения могут резко возрасти в случае «заклинивания» задвижки в посадочном гнезде в промежуточном положении, при перекосе и заедании деталей в при­ воде. Поэтому для надежности привод должен развить тяговое усилие (хотя бы

По величине необходимого максимального усилия, которое должен развить привод, рассчитывают его основные параметры и элементы. Электропривод вы­ бирают по расчетному крутящему моменту. Расчет поршневых гидроприводов и пневмоприводов заключается в определении размеров цилиндра, трубопро­

водов расхода рабочей жидкости или воздуха, в подборе арматуры и аппара­ туры.

При расчете необходимо исходить из следующих соображений.

Величина наибольшего рабочего давления масла ограничивается технической возможностью обеспечения плотности системы. В судовых гидросистемах наи­ большее рабочее давление колеблется в пределах 25—100 кг/см2. Необходимо

отметить, что обеспечение плотности системы при рабочем давлении более 50 кг/'См2 затруднительно и требует применения специальных уплотнительных

устройств для соединения трубопроводов и уплотнения подвижных деталей меха­ низмов. В то же время, высокое рабочее давление позволяет уменьшить габари­ ты гидромеханизмов и гидроаппаратуры.

Время открытия или закрытия задвижки рекомендуется назначать не более 30 сек.

Количество одновременно включенных приводов определяется условиями грузовых операций. Желательно, чтобы производительность масляного на­

соса обеспечивала одновременные манипуляции не менее чем с 2—3 гидроприво­ дами.

Емкость масляного бака и количество масла в нем и трубах гидросистемы при работе масляного насоса в течение всего периода переключений задвижек должно обеспечить работу системы при нагреве масла не выше 40—50° С.

Длительность беспрерывной работы масляного насоса определяется техноло­ гией грузовых операций. Наиболее продолжительна работа масляного насоса в начале и в конце выгрузки.

Таким образом при расчете гидросистемы необходимо задать; схему трубо­ проводов; требуемые усилия гидроприводов и скорости их передвижения; допу­ стимое давление масла в системе; количество одновременно включенных гидро­ приводов.

124

Рекомендуемые скорости движения масла по трубам: во всасывающем тру­ бопроводе— 0,5—1 м/сек; в сливных трубопроводах — 2 м/сек; в нагнетательных

нагревание масла и агрегатов системы и отводится в окружающий воздух чере.? поверхность охлаждения.

в окружающую среду через наружную поверхность бака и трубопроводов; при естественной конвекции £ = 13 ккал/{м2 ■ ч ■ гр) С; при искусственной вентиляции £=20 ккал/(м2 ■ ч ■ град С).

Рис. 48. Шарнирный трубопровод, соединяющий баржу и перекачивающую станцию

Трубопровод должен иметь устройство для осушения его перед разборкой, исключающее разлив груза. Присоединительное звено трубопровода снабжается

устройством, позволяющим присоединить его к фланцу во время сборки за 1 мин.

Общее время на проведение операции шланговки или расшланговки должно быть не более 10 мин (при участии в работе двух человек).

За последние годы созданы и разрабатываются шлангующие устройства и* шарнирных труб с механизмами для перемещения и сборки. Одно из них — уста­ новка АСН 6А — одиночное наливное устройство, выполненное в виде шарнир­ ного трубопровода с шестью степенями свободы и управляемое с помощью гидро­ цилиндров с пульта управления, расположенного рядом с устройством. Грубая наводка шарнирного трубопровода танкера осуществляется оператором с пульта управления. Окончательная центровка сопряжения и скрепления трубопроводов

125