Геец Сист. наливных судов

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского»

В. М. Геец

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НАЛИВНЫХ СУДОВ

Курс лекций

Рекомендовано научно-методическим советом Морского государственного университета

в качестве учебного пособия для курсантов (студентов) специальности 180405 «Судовые энергетические установки»

Владивосток

2012

УДК 621.181.629.12

Геец, В. М. Специальные системы наливных судов. Курс лекций [Текст] : учеб. пособие / В. М. Геец. – Владивосток : Мор. гос. ун-т, 2012. – 185 с.

Данный курс лекций предназначен для изучения дисциплины с одноименным названием в объеме 32 лекционных часов. Лекции содержат краткое описание устройства танкеров и систем их грузового комплекса, применяемых на наливных судах насосов и их характеристик. Даются основные сведения по экологической, противопожарной и общей безопасности эксплуатации танкеров. Раскрываются основные отличия и конструктивные особенности танкеров различного назначения: нефтевозов, продуктовозов, химовозов, газовозов. Курс лекций предназначен для курсантов и студентов специальности 180405 «Эксплуатация судовых энергетических установок».

Рецензент Л. И. Сень

©В. М. Геец, 2012

©Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского, 2012

Содержание

Введение……………………………………………………………………. 6

1.Классификация наливных судов………………………………………..….8

2.Транспортные характеристики и свойства наливных грузов…………....9

3.Пожароопасность жидких грузов………………………………….……...11

4.Устройство нефтяного танкера…………………………………….……..15

5.Перечень и краткая характеристика специальных систем танкера……18

6.Грузовые, зачистные и балластные системы……………………………20

6.1.Требования к грузовым и зачистным системам…………………..20

6.2.Типы грузовых систем……………………………………………….21

6.3.Способы использования грузовых систем для зачистки танков…26

6.4.Вакуумная выгрузка танков………………………………………...27

6.5.Метод заливки насоса……………………………………………….31

6.6.Балластная система………………………………………………...32

6.7.Арматура грузовых, зачистных и балластных систем…………..34

6.8.Компенсаторы……………………………………………………….36

7.Насосные установки нефтеналивных судов……………………………..37

7.1.Общие требования к насосным установкам…………………….…37

7.2.Центробежные насосы........................................................................39

7.3.Приводы грузовых центробежных насосов и их размещение

на танкерах…………………….……………………………………..….42

7.4.Погружные центробежные насосы………………………………....45

8.Характеристики центробежных насосов………………………………....49

8.1.Параметры и рабочие характеристики центробежных насосов..49

8.2.Пересчет рабочих характеристик с воды на вязкие

жидкости………………….………………………………………………..…51

8.3.Характеристики сети грузового насоса………..………………..…53

8.4.Совместная работа насосов……………………………….………..55

8.5.Регулирование подачи грузового насоса дросселированием……….56

8.6.Регулирование подачи грузового насоса изменением частоты вращения, перепуском расхода среды и изменением статического напора……………………………………………………………………….....57

9.Насосы, используемые в системах зачистки грузовых и балластных танков………………………………………………………………….…….…59

9.1.Поршневые паровые насосы………………………………………….59

9.2.Винтовые насосы……………………………………………………...61

9.3.Струйные насосы……………………………………………………...64

10.Газоотводная система нефтеналивного судна…………………..………..65

11.Системы инертных газов……………………………………………..…....69

11.1.Назначение и сущность инертизации емкостей……….…………69

11.2.Классификация систем инертных газов………………………..…71

11.3.Устройство СИГ, использующих дымовые газы котлов………...72

3

11.4.Устройство элементов СИГ……………………………………….77

11.5.Способы и режимы инертизации танков…………………………80

11.6.СИГ типа Г, Д и Е…………………………………………………..82

11.7.Системы инертных газов на газовозах……………………………87

12.Мойка танков на нефтетанкерах………………………………..………….....90

12.1.Условия проведения и периодичность мойки……………………...91

12.2.Технологии механизированной водной мойки танков…………….92

12.3.Моечные машинки…………………………………………………...96

12.4.Системы мойки танков…………………………………………….98

12.5.Мойка танков сырой нефтью……………………………………...99

12.6.Дегазация танков………………………………………………… 100

13.Системы подогрева груза…………………………………………… ……..102

13.1.Назначение и классификация………………………………… ….102

13.2.Трубчатая система подогрева……………………………..…….103

13.3.Циркуляционная система подогрева…………………………….105

14.Системы измерения и управления грузовыми операциями…………… .107

14.1.Измерители уровня груза………………………………………… 108

14.2.Контроль состояния атмосферы в танках и смежных помещениях………………………………………………………………...110

14.3.Системы измерения концентрации нефти в воде……..….…….110

14.4.Системы дистанционного управления грузовыми операциями...111

15.Химовозы…………………………………………………………..…..….113

15.1.Назначение и классификация химовозов………………………….113

15.2.Грузовые танки химовозов………………………………………...115

15.3.Специальные системы химовозов………………………...….…...117

15.4.Системы вентиляции……………………………..……..………....119

16.Комбинированные суда (КС)……………………………………………......120

17.Газовозы……………………………………………………………………….123

17.1.Документы, регламентирующие перевозку сжиженных

газов (СГ)……………………………………………………………...…..123

17.2.Классификация, некоторые характеристики и способы

перевозки…………………………………………………………………....124

17.3.Классификация газовозов………………………………………….126

17.4.Классификация и устройство грузовых танков газовозов…......128

17.5.Вторичные барьеры, сточные колодцы, теплоизоляция………..134

18.Грузовые, зачистные и газоотводные системы газовозов…………………136

18.1.Грузовые системы……………………………………………...….136

18.2.Зачистка танков……………………………………………...……141

18.3.Системы газоотвода на газовозах………………………..…...…142

19.Установки повторного сжижения испарившихся газов………………...…144

20.Системы утилизации испарившихся газов, совмещенные с УПСГ..……..147

21.Системы вентиляции газовозов и нефтетанкеров………………………….152

22.Системы орошения………………………………………………...………....157

4

23.Предотвращение загрязнения моря с танкеров…………………………..159

23.1.Сброс с нефтяных танкеров…………………………….………159

23.2.Предотвращение загрязнения моря с химовозов…………….…162

24.Противопожарная защита танкера…………………………………………165

25.Меры предосторожности при эксплуатации танкера……………………..172

25.1.Загрузка танкера………………………………………………….172

25.2.Переход танкера с грузом……………………………………......174

25.3.Разгрузка танкера………………………………………………...175

25.4.Основные правила входа в закрытые помещения……… …….177

25.5.Общие меры предосторожности………………………………..179

25.6.Проверка состояния атмосферы в закрытом помещении……..180

25.7.Необходимая маркировка и предупредительные надписи……....181

25.8.Меры предосторожности при нахождении в закрытом помещении………………………………………………………………...182

25.9.Дополнительные меры предосторожности при входе

в помещения с небезопасной атмосферой…………………………..…..182

Список литературы…………………………………………………….………..184

5

Лекция 1

Введение

Наливными судами или танкерами называют суда, предназначенные для транспортировки жидких грузов. К таким грузам относятся главным образом нефть и нефтепродукты, но танкеры могут перевозить также жидкие пищевые продукты, химические органические и неорганические грузы,

зовых устройств. Машинное отделение находилось в корме, средняя надстройка посредине, но ближе к носу. До 1954 г. все строящиеся танкеры имели две надстройки: относительно высокую и короткую среднюю и более низкую и длинную кормовую (рис. 1). Надстройки были соединены друг с другом переходным мостиком с леерами, который обеспечивал сообщение между этими частями судна, так как главная палуба танкера лишь немного возвышается над водой и при бурной погоде затопляется волнами. В 1954 г. был построен шведский танкер «Оцеанус» дедвейтом 24,5 тыс. т, который первым из судов этого типа имел надстройку только в корме.

Одновременно с повышением грузоподъемности увеличивалась длина танкеров; это вызывало все большие трудности при управлении судном из расположенной в корме надстройки, обеспечивавшей лишь ограниченную видимость по курсу судна. Поэтому надстройки становились все выше, а для более длинных судов вновь вернулись к двум надстройкам. Только бла-

6

годаря использованию промышленного телевидения (установке телевизионной камеры на носовой мачте) стало, наконец, возможным перемещение надстройки в корму.

Размеры новых танкеров росли очень быстро. Если в начале 50-х гг. самое большое судно этого типа имело дедвейт 40—50 тыс. т, то в конце 50-х гг. этот параметр уже превысил 100 тыс. т; в середине 60-х гг. был построен танкер дедвейтом более 200 тыс. т; в 1968 г. был преодолен предел 300 тыс. т, а в 1973 г. в эксплуатацию были сданы суда, дедвейт которых был лишь немногим меньше 500 тыс. т (танкеры «Глобтик Лондон», «Глобтик Токио» дедвейтом по 483 тыс. т).

Погрузка нефти и других жидких грузов производится мощными насосами, расположенными в насосных станциях портов. Для разгрузки на танкерах устанавливают насосы производительностью до несколько тысяч тонн в час и прокладывают системы трубопроводов, имеющих клапаны и блокировку.

Во время рейса в грузу, особенно если груз имеет большую плотность, а наружная температура низка, большие массы нефти приходится подогревать, чтобы получить вязкость, позволяющую производить перекачку. Для подогрева используется водяной пар; он течет через трубопроводы, погруженные в танки. Поэтому на танкерах устанавливают паровые котлы иногда очень большой производительности.

Особой проблемой является необходимость максимальной защиты морской окружающей среды при повреждении наружной обшивки танкера. Другой очень важный вопрос эксплуатации - безопасность танкеров. В балластных рейсах танкеры подвергаются особой опасности, так как из остатков нефти в танках образуются летучие газы. Поэтому танки должны тщательно очищаться и дегазироваться.

С апреля 2005 г. Международная морская организация (International Maritime Organisation или IMO) запретила перевозку мазута, дизтоплива и сырой нефти на экологически опасных однокорпусных танкерах. Первым войну старым судам объявил Евросоюз. Это случилось после того, как груженный российским мазутом греческий танкер Prestige развалился надвое близ испанского побережья в ноябре 2002 г. С 21 октября 2003 г. ЕС ввел запрет на перевозку мазута, дизтоплива и некоторых сортов нефти однокорпусными танкерами в своих территориальных водах. Теперь запрет обязателен для портов и судовладельцев всего мира. Однако, процесс выполнения этого запрета не быстрый.

Наливные суда в настоящее время составляют по тоннажу более 40 % мирового флота. Это, как правило, крупнотоннажные суда, оснащенные сложными техническими средствами для перевозки, длительного хранения, перекачки и выгрузки большого количества жидких грузов различного назначения и имеющих различные транспортные характеристики. Эксплуатация этого оборудования требует специальных инженерных знаний. Различ-

7

ные виды и типы наливных судов имеют свои особенности по устройству самого судна, его специальных систем, управления и автоматизации эксплуатационных функций оборудования, обеспечения безопасности для людей и окружающей среды.

В последнее время в составе флотов судоходных компаний растет количество и тоннаж не только нефтевозов, но и специализированных танкеров для перевозки химических грузов, сжиженых газов, а также комбинированных судов, в том числе нефтенавалочников. Их техническое оснащение становится все более сложным. Соответственно растут требования к профессиональной подготовке экипажей наливных судов. В соответствии с международной конвенцией ПДМНВ-75/95 комсостав танкеров должен проходить специальную подготовку для получения соответствующих сертификатов.

Данная дисциплина не претендует на охват всей информации по техническим средствам наливных судов. Она должна подготовить специалиста к пониманию того, с чем он будет работать, придя на наливное судно. Здесь не рассматриваются вопросы устройства и эксплуатации энергетических и движительных установок, общесудовых систем, общие вопросы безопасности и живучести, которые распространяются на все морские суда.

Содержание курса лекций соответствует рабочим программам всех форм обучения инженеров-судомехаников по данной дисциплине для МГУ им. адмирала Г. И. Невельского. Для сокращенных или заочных форм обучения часть изложенного материала должна изучаться во время самостоятельных занятий.

1. Классификация наливных судов

Учитывая огромное разнообразие перевозимых грузов, маршрутов перевозки, возможностей портовых терминалов, потребностей в количестве и номенклатуре грузов они классифицируются по роду грузов, назначению, степени универсальности, дедвейту или грузовместимости и даже по проходимости различных фарватеров. По роду перевозимого груза танкеры подразделяются на нефтевозы, в том числе нефтепродуктовозы, химовозы, газовозы. Иногда продуктовозы выделяют в отдельный класс, подразумевая перевозку этими судами и пищевых продуктов.

Внутри каждого из перечисленных классов суда подразделяются по степени универсальности. Есть танкеры специализированные для перевозки одного вида груза между определенными портами. Есть суда универсальные, не закрепленные за одним видом груза и одной транспортной линией. Такие суда, в отличие от специализированных, могут одновременно перевозить несколько грузов и не всегда обратный переход совершают в балласте. Иногда такие суда выполняют роль снабженческих танкеров. Они доставляют нефтепродукты к рыболовным судам, развозят грузы по побережью, выполняют бункеровку стоящих в портах судов.

8

По дедвейту наливные суда подразделяются на мало-, средне-, крупно- и супертоннажные. Четких границ этого деления нет, но условно считают, что к первой группе относятся суда дедвейтом до 10 тыс. т, ко второй – от 10 до 70 тыс. т, к третьей – от 70 до 120 тыс. т и к четвертой – свыше 120 тыс. т. В международной классификации суда последней группы делят на две подгруппы: Very Large Crude Oil Carriers (VLCC) – очень большие суда для перевозки сырой нефти дедвейтом до 300 тыс. т и Ultra Large Crude Oil Carriers (ULCC) – сверхбольшие суда (свыше 300 тыс. т).

Впоследнее время все более широкое распространение получает классификация по проходимости известных каналов и проливов. Суда дедвейтом 50 – 70 тыс. т относят к подклассу «Панамакс», 70 – 120 тыс. т – «Афрамакс», 120 – 200 тыс. т – «Суэцмакс». Следует заметить, что в настоящее время Панамский канал реконструируется и углубляется. Эта работа рассчитана до 2014 года, после чего пределы дедвейта подкласса «Панамакс», возможно, изменятся.

Впоследние десятилетия резко снизился интерес к строительству супертоннажных танкеров, пик которого относится к 1960-70-м годам. В основе снижения этого интереса лежат экономические причины, хотя свою роль сыграли и произошедшие с некоторыми из них экологические катастрофы.

Приведенные выше классификационные признаки относятся в основном

кнефтетанкерам. При рассмотрении других видов наливных судов будет дана относящаяся к ним классификация.

2. Транспортные характеристики и свойства наливных грузов

Важнейшей характеристикой наливного груза является его плотность. От нее зависит количество перевезенного груза, а следовательно и коммерческие показатели рейса. Плотность – отношение массы вещества к единице объема. Выражают ее, обычно, в кг/м3, но можно встретить и т/м3, и относительные единицы. В последнем случае ее называют относительной или паспортной плотностью, и выражает она отношение массы 1 м3 жидкости при 20 оС к массе 1 м3 дисцилированной воды при 4 оС, которая равна 1000 кг. Плотность жидкого нефтепродукта зависит от его температуры. Если известна плотность нефтепродукта при 20 оС, то всегда можно определить его плотность при другой температуре по формуле:

20 (t 20) ,

где – действительная плотность груза при данной температуре, t – фактическая температура груза,

20– паспортная плотность груза,

–поправка на плотность груза при изменении его температуры на 1оС. Поправка выбирается из таблиц (имеются на каждом судне).

Вязкость – также одно из важнейших свойств груза, так как оно влияет в первую очередь на скорость перекачки груза и затраченную на нее энергию.

9

С увеличением температуры вязкость нефтепродукта снижается, однако увеличиваются опять же затраты энергии. Поэтому выбирают на судне оптимальное, наиболее экономически выгодное соотношение вязкости и температуры груза.

Различают вязкость динамическую и кинематическую. На практике в основном используют кинематическую вязкость, которая выражает отношение динамической вязкости к плотности жидкости. В системе СИ используют единицы измерения кинематической вязкости м2/с или мм2/с. Однако более часто используют внесистемную единицу «сантистокс» (сСт), равную одной сотой части «Стокса» (Ст). 1 сСт = 10-6 м2/с = 1 мм2/с.

Часто вязкость нефтепродуктов выражают в единицах условной вязкости

– градусы Энглера (оЭ), или градусы ВУ (оВУ), что одно и то же.

Температуры плавления, застывания, кипения, конденсации – это темпе-

ратуры при которых происходит переход жидкости из одного агрегатного состояния в другое. Для одних веществ это строго фиксированная для определенного давления температура (например, для дисцилированной воды), для других она носит условный характер и обусловлена принятым методом ее определения (нефтепродукты). Эти температуры обуславливают режимы перекачки и хранения жидких грузов. От температуры застывания, например, зависит выбор тепловой мощности системы подогрева груза при проектировании танкера для определенных видов груза. От температуры кипения сжиженного газа зависит выбор конструкции грузовых цистерн и в целом судна.

Теплоемкость или удельная теплоемкость – параметры, характеризую-

щие затраты теплоты на подогрев груза, а, следовательно, и тепловую мощность котельной установки и величину поверхности подогревателей.

Теплопроводность влияет на скорость распространения теплоты в массе груза, а также на ее потери при транспортировке и хранении груза.

Испаряемость – парообразование со свободной поверхности груза. Процесс испарения сопровождается процессом конденсации, и при достижении давления насыщенных паров наступает динамическое равновесие между количествами испаряющегося и конденсирующегося вещества. Давление насыщенного пара возрастает с ростом температуры. При этом растет плотность пара, но падает плотность жидкости. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто критическое состояние вещества, когда плотности обеих сред сравняются. Но на танкерах давление насыщенного пара не может быть выше того, на которое настроены предохранительные или дыхательные клапаны на грузовых танках. Испаряемость груза существенно влияет на высоту всасывания грузового насоса.

Токсичность – способность веществ оказывать вредное воздействие на организм человека и живых существ окружающей среды. Степень токсичности зависит от концентрации вещества в воздухе или в воде. Допустимое содержание токсичных веществ в воздушной или водной среде определяет-

10