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

Груз, как правило, подогревают в два этапа: предварительно до начала вы­ грузки и в процессе выгрузки. Режим подогрева определяется интенсивностью и продолжительностью отдельных этапов процесса, а также температурой груза перед погрузкой и выгрузкой, т. е. в начале этапа tu, в конце предварительного подогрева tn.п и перед проведением зачистки t3.

Для обеспечения благоприятных условий выгрузки важно, чтобы температура груза была достаточно высокой на завершающем этапе процесса, т. е. перед за­ чисткой. В это время эффективность подогрева значительно снижается вследствие слабой конвекции в небольшом слое груза, а теплообмен через днище и поверх­ ность груза продолжается и темп в условиях охлаждения уменьшающегося коли­ чества груза возрастает. Кроме того, на большинстве судов затруднено перетека­ ние груза в корпусе через отверстия в наборе во время завершающего периода.

Если в этот момент не имеется достаточного запаса тепла (высокой темпера­ туры груза), наблюдается быстрое повышение вязкости груза, что приводит к рез­ кому снижению производительности насосов и увеличению остатка после выгруз­ ки. Следовательно, рекомендуемую для обеспечения нормальной выгрузки темпе­ ратуру груза нужно иметь к началу процесса зачистки. Таким образом в качестве определяющего параметра принимается температура груза в начале зачистки. Этой температурой, точнее соответствующей ей вязкостью, определяются условия стока груза в процессе зачистки, что в свою очередь обусловливает общую про­ должительность операции подогрева и разгрузки.

Уравнение, связывающее общей зависимостью параметры процесса подогрева во время выгрузки, получено интегрированием дифференциального уравнения ба­

где G — количество груза на судне, кг; q — интенсивность ввода тепла, ккал/кг-ч;

ние количества груза в процессе выгрузки; ф — доля груза от общего его количе­

груза) до остатка ßG; (здесь ß —доля груза, подлежащего зачистке); tn.п — тем­

где tap — температура груза к началу операции предварительного подогрева по

прибытии судна.

Температура предварительного подогрева tu.a, разграничивающая операцию

подогрева до и после начала выгрузки, существенно влияет на технологическую схему. При низких значениях этой температуры продолжительность предваритель­ ного подогрева уменьшается, но время выгрузки возрастает. Выбор параметров, дающих лучший результат, может быть сделан по критерию минимума общей продолжительности операции (подогрева и выгрузки) на основе приведенных уравнений. Если учесть при этом стоимостные показатели (стоимость топлива,

46

энергии, содержания судов, оборудования и т. д.), то выбор оптимальных пара­ метров может быть сделан по критерию минимума суммы расходов, связанных с выполнением этих операций. Обычно расходы, непосредственно связанные с продолжительностью операции, составляют основную часть общих расходов, и потому критерий по минимуму продолжительности является основным показате­ лем оптимизации процесса.

Температура груза и производительность выгрузки связаны между собой условиями выгрузки, которые определяются гидравлическими характеристиками насосной установки и береговых трубопроводов. В каждом конкретном случае должна быть определена некоторая номинальная температура *ПОм, при которой данная насосная установка при данном внешнем трубопроводе развивает номи­

рах), то продолжительность его существенно не влияет на общие затраты. По­ этому целесообразнее подогревать груз в пути не ниже номинальной температуры к моменту начала выгрузки. В этом случае, параметром оптимизации процесса будет температура груза к началу предварительного подогрева *пр, поскольку в пути в работу включается система подогрева.

Для процесса предварительного подогрева в пунктах прибытия (баржи) тем­ пературой начала подогрева является температура груза по прибытии судна *пр (включая время ожидания подогрева). В этом случае параметром оптимизации процесса будет, как указывалось ранее, температура предварительного подогрева

*п.п.

Интенсивность теплообмена между грузом и внешней средой (&Д*)Ср зависит от теплоизоляционных свойств судна, температуры груза и внешней среды.

Рост температуры груза в процессе предварительного подогрева обусловли­ вается интенсивностью ввода тепла q и теплообменом с внешней средой, интен­

сивность которого, в свою очередь, связана с интенсивностью подогрева.

Здесь *н и *к означают соответственно температуру начала и конца процесса подогрева.

47

При предварительном подогреве начало процесса характеризуется темпера­ турой прибытия груза, а окончание процесса — температурой предварительного подогрева, т. е. <и = *пр и <к= <п.п.

Для подогрева в процессе выгрузки начало и конец процесса характеризуются

формуле (10) при условии /п — /TO=g;490 C.

Вычисленные на основе РТМ значения температуры груза по мере его осты­ вания (без подогрева) для некоторых типов судов и наиболее часто применяемых параметров приведены в табл. 16, а продолжительность подогрева груза до за­ данной температуры (от t—25° С) для различных типов судов и разной интенсив­

Интенсивность сообщения грузу тепла дгр, ккал/кг-ч, зависит от теплопроиз­ водительности источника энергии, отнесенной к количеству груза qn, ккал/кг-ч, и от способности системы подогрева передать тепло грузу qc, ккал/кг-ч, характери­ зуемое, например, относительной поверхностью подогревателей в танках fn м2/кг. Обычно q c>q п, т. е. система подогрева может передать тепло с более высокой

интенсивностью, чем это обеспечивается мощностью котельной.

48

Т а б л и ц а 17

* Для судов проекта № Р-43 начало отсчета принято 30° С.

Это обусловлено главным образом тем, что расходы по оборудованию систе­ мы подогрева в танках намного ниже расходов по оборудованию котельной. Сле­ довательно, необходимо рационально распределить тепло по танкам, чтобы про­ должительность подогрева и выгрузки была минимальной. Такая задача решается

всоответствии с технологией выгрузки по этапам путем форсирования подогрева

вотдельных группах танков.

Технологическая схема подогрева груза и выгрузки по этапам следующая. Вначале предварительно подогревают груз в 1-й группе танков с форсировкой до максимальной <7і= <7тах=?ст- В это время в остальных группах танков интен­

сивность подогрева будет пониженной и в зависимости от мощности источника тепла

где qост — интенсивность подогрева в остальных танках; qa — удельная мощность источника тепла; a t — доля груза в 1-й группе танков; qi — интенсивность подо­

грева в 1-й группе танков.

На следующем этапе выгружают основной груз из танков 1-й группы при про­ должающемся подогреве. Из условий повышения температуры груза от fn.n до t3

49

(до начала зачистки), определяемых уравнением (4), оптимальное количество

[ ? 1 — / ( * Д 0 с р ] 1 п -

Одновременно с выгрузкой из 1-й группы танков начинают форсированный предварительный подогрев во 2-й группе танков и т. д.

Таким образом, продолжительность предварительного подогрева в каждой последующей группе танков должна быть равна суммарной продолжительности подогрева (предварительного и во время выгрузки) в предыдущей группе тан­ ков, т. е.

танков; т в.п і — продолжительность выгрузки (при продолжающемся подогреве) для данной группы танков.

Например, продолжительность предварительного подогрева во 2-й группе тан­ ков должна быть равна сумме продолжительности предварительного подогрева и подогрева во время выгрузки в І-й группе танков, т. е.

тп .п2 = тп-п1 "Ь 'св,п1*

В то же время следует иметь в виду, что сумма значений интенсивности подо­ грева в группах танков не может превышать среднюю общую интенсивность при подогреве всего груза, определяемую мощность источника энергии, т. е.

няет отыскание оптимальных параметров. Если в корпусе судна имеется, напри­ мер, три группы танков, математическое описание процесса может быть пред­

2. Продолжительность операций по группам 3 и 4 определяет общую про­ должительность для всего судна.

50

Расчеты выполнялись по следующим данным:

Число групп — 4 и доля их грузоподъемности: аі = 0,412, а2 = 0,318, а 3=0,149,

Сравнение с обычной технологией сделано из условий равномерного подогре­ ва груза по всему судну без разбивки на группы. Температура предварительного подогрева в обоих случаях одинакова (^п.п = 43° С).

Из результатов расчетов (табл. 18) следует, что общая производительность операций по технологии с разбивкой на группы, равная продолжительности опе­ рации по 3-й группе (37,9 ч), меньше общей производительности операции по обычной технологии (41,2 ч) при одной и той же располагаемой интенсивности подогрева (0,324 ккал!кг-ч).

Экономическая оценка режимов процесса подогрева

Для экономической оценки оптимального режима подогрева и соответствую­ щей технологии разгрузки в качестве критерия принимается минимум приведен­ ных расходов, связанных с осуществлением этих операций.

Определение минимума затрат и соразмерных ему параметров режима выпол­ няется путем анализа уравнений, описывающих расход по элементам затрат к этапам процессов, непосредственно связанных с осуществлением операции подо­ грева и разгрузки.

Ниже приводятся элементы затрат (Э руб/год) и формулы для их вычисле­

ний.

1. Расходы по пародателю на предварительный подогрев:

на выработку пара

Дпі '— *^п^пр^п О ^сн) ^б^рЧьп'

на зарплату экипажа

Э,

на амортизацию

■Эпз — а п [С п “Ь K v J . C d d n (тп п + твсп)]>

на собственные нужды

ЭПі — Зп&кр^п^снТнав»

сумма расходов

4

(15)

2. Расходы по содержанию баржи:

за время предварительного подогрева

(Тд.п ~і- ~нсц),

51

за время выгрузки

3ga — SfiGfiQtip (тв -{- твсл),

за время ожидания операции подогрева и выгрузки З бз = 5бО/2бПрТож,

Нормативные отчисления по сумме капитальных затрат (для определения приведенных расходов12:

тіо пародателю

5 П5 = £ ( Сп + Cdduy,

по станции

З СТі = Е (Сст + CddCT+ СвВк)',

по баржам

Эбз = ЕС6а \ (тв + тп.п + тож + 2твсп);

1 В данном случае большая часть затрат на выработку энергии для работы насосной установки при разгрузке учтена по элементам, пропорциональным про­ должительности разгрузки. Расходы на топливо и смазку, составляющие незначи­ тельную долю и мало связанные с исследуемыми параметрами, не учтены.

2 Нормативные отчисления по баржам приняты соответственно доле продол­ жительности грузовых операций (подогрева) в общем навигационном периоде.

52

сумма расходов

Общее уравнение расходов получают как сумму затрат по элементам. Сле­ дует отметить, что найденная таким образом сумма затрат не будет полностью отражать расходы на выполнение всего транспортного процесса. Однако это и не требуется для определения параметров оптимального режима подогрева и вы­ грузки. Важно, чтобы в исследуемые уравнения расходов входили затраты, свя­ занные с операциями подогрева и разгрузки груза.

Все величины в формулах, определяющих элементы расхода, распределяются

водительность выгрузки. Первые три величины du\ dCT; /п.п определяются непо­ средственно, а значения тп.п и В ср как функции первых; .

б) аргументы, значение которых варьируется: G — среднее количество груза в одном судне; Q — общий объем перевозок; tn— температура груза при погруз­

ке; Тр — продолжительность рейса с грузом; в) величины, значения которых принимаются постоянными. К ним относятся

все остальные величины, не вошедшие в первые две, но имеющиеся в формулах расходов.

Распределение величин по группам «б» и «в» может изменяться в зависимо­ сти от конкретного содержания задачи.

53

Для определения минимума суммы расходов по общему уравнению при боль­ шом числе варьируемых величин могут быть применены различные математические методы: составление и решение уравнений производной, метод наискорейшего спуска и другие для вычисления с помощью ЭВМ.

Г л а в а V

ГРУЗОВЫЕ ОПЕРАЦИИ

Характеристика грузовых систем и технология размещения груза на судне

Технология грузовых операций в значительной мере определяется примене­ нием двух наиболее распространенных грузовых систем — трубопроводной и клинкетной.

Т р у б о п р о в о д н а я грузовая система используется, как правило, на мор­ ском нефтеналивном флоте.

К л и н к е т н а я грузовая система применяется на речных судах. Танкеры при клинкетной системе загружают закрытым и открытым способами.

Груз поступает в средние отсеки и распределяется по остальным отсекам и танкам, свободно перетекая через переборочные клинкеты.

Разгрузка производится двумя — четырьмя грузовыми насосами через прием­

клинкетной грузовой системой, позволили отказаться от подводки зачистной магистрали к каждому танку и улучшили условия эксплуатации судна. Приемни­ ки грузовых и зачистных насосов на таких танкерах имеются только в централь­ ных кормовых танках.

Грузовая система с перепускными клинкетами (без грузового трубопровода) применяется на отечественных танкерах типа «Ленин» (довоенной постройки) и «Инженер А. Пустошкин», эксплуатируемых на Каспийском море, на иностранных танкерах «Сириус» и «Вега».

От размещения груза по длине и ширине судна зависит распределение напря­ жений в корпусе судна: неправильная загрузка может привести к нарушению прочности корпуса не только во время рейса на волнении, но и при стоянке на закрытой акватории. На нефтеналивном флоте существуют определенные прави­ ла загрузки и разгрузки судов, рассчитанные таким образом, чтобы избежать сверхнормативных деформаций или перенапряжения корпуса.

На морских танкерах, например, типа «Пекин», «Будапешт» обычно осуще­ ствляется скоростная технология загрузки по схеме, показанной на рис. 7. В связи с наличием у порожнего судна небольшого дифферента на корму кормо­

55