Геец Сист. наливных судов

6.5. Метод заливки насоса

Как было сказано, основная причина срыва насоса – возникновение воронки у приемника. Глубина ее тем меньше, чем ниже подача насоса. Следовательно, постепенно снижая подачу грузового насоса, мы можем свести до минимума неоткачиваемый остаток груза. Чтобы при этом не увеличивалось время выгрузки танкера, подачу насоса можно восстановить, открывая постепенно всасывающий клапан другого, полного танка. За счет подпора, создаваемого грузом из этого танка, срыва насоса не будет почти до полной зачистки предыдущего танка. Однако, такой метод неудобен из-за невозможности его автоматизации. К тому же, последний в группе танк таким способом невозможно зачистить.

Метод заливки из небольшой вспомогательной цистерны (рис. 15), расположенной выше грузовых насосов, используется в грузовой системе с переборочными клинкетами [1]. Так происходит зачистка кормового танка, в который груз перетекает из других танков.

Рис. 15. Метод заливки грузового насоса при зачистке грузового танка: 1 – зачистной эжектор; 2 – вспомогательная цистерна; 3 – насосное отделение; 4 – грузовой насос; 5 – грузовой танк; 6 – приемный патрубок грузового трубопровода; 7 – приемный патрубок зачистного трубрпровода

Во время зачистки танка эжектор 1, приводимый в действие от грузового насоса 4, подает груз во вспомогательную цистерну 2, поддерживая насос 4 постоянно заполненным.

31

6.6. Балластная система

Наливные суда в большинстве случаев после выгрузки обратные переходы совершают без груза. Для увеличения осадки, улучшения управляемости и устойчивости на курсе, обеспечения полного погружения гребного винта и сведения к минимуму вибрации производится балластировка судна. При этом уделяется серьезное внимание правильному распределению большой массы воды по отсекам танкера чтобы не вызвать высокие напряжения перегиба или прогиба корпуса судна, что недопустимо.

Балластная система современного танкера – это система изолированного балласта. В соответствии с МАРПОЛ 73/78 на танкере может быть еще чистый балласт – принятый в чистые грузовые танки, и грязный балласт – принятый в грязные грузовые танки, что обычно происходит при ухудшении гидрометеорологических условий в рейсе.

Балластная система танкера включает в себя танки изолированного балласта, балластные насосы, магистральные трубопроводы и приемные патрубки, фильтры, кингстоны для приема забортной воды, отливные трубы. Вопросы зачистки балластных танков решаются так же, как и грузовых танков. На танкерах, где грузовая система раздельная, там и в балластной системе используют погружные насосы. Отдельную зачистную систему для балласта обычно не строят, но часто используют для зачистки эжекторы, а иногда даже вакуумные цистерны.

Вместимость танков изолированного балласта и их размещение на танкере длиной более 150 м в соответствии правилом 13 Приложения 1 к МАРПОЛ должны создать условия безопасности в балластном рейсе:

-осадка на миделе, м, равна 2,0+0,02L (L – длина судна);

-дифферент на корму не более 0,015L;

-осадка на корму должна обеспечить полное погружение винта.

В соответствии с существующими правилами нефтяные танкеры дедвейтом 600 тонн и более, поставка которых осуществлена после 6 июня 1996 года, должны иметь защиту грузовых танков балластными по всей длине грузовой зоны.

Общим для всех танкеров является использование форпика как носового танка изолированного балласта. Что касается других танков, то есть существенное различие между однокорпусными и двухкорпусными танкерами. В однокорпусных танкерах под танки изолированного балласта помимо форпика выделяют обычно два симметрично расположенных бортовых танка, расположенных впереди миделя. В двухкорпусных танкерах под танки изолированного балласта используют межбортовое и междудонное пространство. Балластные трубопроводы не должны проходить через грузовые танки. Общее количество забортной воды в балластном переходе составляет от 30 до 65 % от дедвейта в зависимости от гидрометеоусловий.

32

Рис. 16. Схема балластной системы танков изолированного балласта т/к «Марчекан»: 1 – балластный насос; 2 – фильтр; 3 – кингстонная коробка; 4 – балластные трюмные магистрали; 5 – храпки; 6 – ручной привод форпикового клинкета с палубы; 7 – трюмная перемычка; 8 – палубный трубопровод

Балластная система нефтепродуктовоза-химовоза с двойным корпусом приведена на рис. 16. В систему входят шесть пар L-образных изолированных балластных танков, расположенных в двойном дне и двойных бортах танкера. Главные трубопроводы подсоединены каждый к своему балластному центробежному насосу погружного типа, размещенному в балластном танке № 4 соответствующего борта. Обе магистрали соединены между собой перемычкой 7. для приема забортной воды в балластных танках № 4 с каждого борта установлены кингстоны, соединенные с приемными патрубками балластных насосов через фильтры. Оба балластных насоса подсоединены к отливным трубопроводам левого и правого бортов. Кроме того, балластные насосы на уровне верхней палубы выведены к поперечному трубопроводу, соединенному с грузовым и моечным трубопроводами, используемыми: первый – для балластировки грузовых танков (в случае необходимости), второй – для заполнения морской водой отстойных танков в период мойки. Все клинкеты, за исключением палубных, снабжены гидроприводом и управляются дистанционно из ЦПУГО.

Если погодные условия вынуждают принять балласт в грузовые танки, балластировка и дебалластировка их производится грузовыми насосами через грузовые трубопроводы с соблюдением требований МАРПОЛ.

33

6.7. Арматура грузовых, зачистных и балластных систем

На трубопроводах грузовых и балластных систем танкеров применяют в основном в качестве запорной арматуры клинкеты (от слова «клин»), а также поворотные клапаны с названием «Баттерфляй». Первые называют еще клинкетными задвижками. Они закрывают проходное отверстие дисковым затвором. Есть задвижки с двойным уплотняющим дисковым затвором (рис. 17.) и с клиновым затвором (рис. 18).

Задвижка, рис. 17, состоит из корпуса 1, двух параллельных дисковых затворов 4 с бронзовыми уплотнительными кольцами 2, крышки 5 корпуса с сальниковым уплотнителем 6 и нажимной втулкой 7 с болтами 10. Для подъема и опускания затворов служит шток 8 с прямоугольной резьбой, приводимый в движение маховиком 9. При опускании дисков клин 3 плотно прижимает их к посадочным гнездам.

Задвижка, рис. 18, состоит из корпуса 1, клиновой задвижки 2, сальника 3, штока 4, сервомотора 5 и ряда других деталей, аналогичных с рис. 18. Ее действие понятно из рисунка.

Задвижка «Баттерфляй» с поворотной заслонкой (рис.19) имеет широкое применение на современных танкерах. Клапан состоит из корпуса 6 и

34

запорной заслонки 4, изготовленной из алюминиевой бронзы. Заслонка имеет форму выпуклого диска для уменьшения сопротивления потоку жидкости. В клапане имеется уплотнительное кольцо 5 из маслостойкой резины, армированной металлом, приводной шток 3 из нержавеющей стали или алюминиевой бронзы, бронзовых подшипников 2, заполненных графитовой смазкой, и сальником 1. Запорный диск несколько смещен относительно оси штока. Форма края запорного диска обеспечивает клиновой зажим уплотнительному кольцу. Клапаны «Баттерфляй» компактнее клинкетов, однако их сопротивление потоку жидкости несколько выше, а диаметры штоков больше, так как они работают на скручивание.

Клинкеты перепускные переборочные (рис. 20) служат для перепуска нефтепродукта между смежными танками, разделенными герметичными переборками. Клинкет имеет прямоугольную форму и состоит из неподвижной рамки 3 с комингсом у днища 19 мм и подвижной рамки 2, перемещаемой штоком 4. Его длина зависит от расстояния между днищем 1 и палубой 6. Для придания конструкции необходимой жесткости служит кронштейн 5 с опорой для штока. Палубный проход герметизируется втулкой 7 с сальником.

35

6.8. Компенсаторы

На танкере требуется компенсировать не только температурные расширения трубопроводов, но и деформацию корпуса в штормовых условиях и от вибрации. Для этого через определенные участки длины магистральных труб устанавливают компенсаторы (обычно в каждом грузовом танке). По конструкции они делятся на сальниковые, линзовые, П-, Z-, лиро- и кольцеобразные.

Сальниковые компенсаторы (рис. 21), состоят из корпуса 6 с фланцем, упорной 5 и нажимной 3 втулок, выполненных из материалов, не образующих искр при ударе, нажимного фланца 2, стакана 1 и сальника 4. Сальниковая набивка изготавливается из асбестопрографиченного шнура или маслостойкой резины. Вместо сальниковых компенсаторов применяются иногда соединительные муфты-компенсаторы (рис. 22). Они обладают меньшей компенсирующей способностью, чем сальниковые компенсаторы, но рассчитаны на большее давление (до 1,8 МПа).

Рис 23. Компенсаторы: а – линзовый (сильфонный); б – лирообразный; в – кольцеобразный; г - Z-образный; д – П-образный

36

Линзовые (сильфонные) компенсаторы (рис. 23а) состоят из патрубка 1, полулинзы 2, стакана 3, предназначенного для снижения гидравлического сопротивления, фланца 4, и болта 5, служащего для спуска конденсата.

Контрольные вопросы к лекции 3

1.Какими причинами вызывается необходимость зачистки танков?

2.Каким остается уровень груза в танке после срыва центробежного грузового насо-

са?

3.Какими способами достигается практически полное удаление груза центробежным грузовым насосом?

4.Принцип работы клапанов (храпков) с изменяющимся сечением.

5.Принцип работы простейшей вакуумной системы выгрузки с зачисткой грузовым насосом.

6.Принцип работы вакуумной системы выгрузки с зачисткой системы «Каррутерс».

7.Принцип работы вакуумной системы «Вак-Стрип».

8.Метод заливки грузового насоса при зачистке танков.

9.Балластировка танков. Виды балласта. Требования МАРПОЛ к балластировке.

10.Балластная система танкера с двойным корпусом «Марчекан».

11.Устройство клиновых задвижек.

12.Устройство клапана «Баттерфляй» и переборочного клинкета.

13.Устройство сальникового компенсатора.

14.Устройство линзового (сильфонного) компенсатора.

15.Компенсаторы из гнутых труб.

Лекция 4

7.Насосные установки нефтеналивных судов

7.1.Общие требования к насосным установкам

Насосы морских нефтеналивных танкеров предназначены для выгрузки танкера, зачистки танков от остатков груза, балластировки и дебалластировки судна. Этому их назначению соответствуют и названия: грузовые, зачистные, балластные. Располагаются насосы в грузовом насосном отделении (ГНО), которое располагается на современном танкере, не имеющем средней надстройки, между машинным отделением и кормовым танком. На некоторых танкерах имеется дополнительное насосное отделение в носовой части танкера и редко – третье отделение в средней части судна. Однако дополнительные насосные отделения имеют в основном общесудовое назначение.

Кормовое расположение ГНО имеет свои преимущества. Приводной двигатель при этом располагается за непроницаемой переборкой в машинном отделении, дифферент судна на корму во время выгрузки обеспечивает более надежное всасывание центробежных насосов. Основной недостаток

37

кормового расположения состоит в значительной протяженности грузовых магистралей от носовых групп танков, увеличивающей их гидравлическое сопротивление.

На подачу грузового насоса влияет несколько факторов. Кроме гидравлического сопротивления подача зависит от вязкости груза, высоты уровня груза в танке, другими словами – от величины подпора. По мере снижения уровня в танке подпор снижается и в конце работы насоса давление на всасывании становится несколько ниже атмосферного (0,7 – 0,8 Ра). Вязкость груза зависит от его температуры. Повышение температуры снижает вязкость, что, с одной стороны, увеличивает подачу, а с другой – повышает давление насыщенных паров и тем самым ухудшает всасывающую способность насоса. В конце выгрузки начинается прохват воздуха, который резко снижает подачу насоса, а в конце – ее прекращает.

Скорость движения жидкого груза в трубах нефтетанкеров ограничивают 3 – 4 м/с на всасывании и 7 – 8 м/с на нагнетании не только из-за увеличения гидравлического сопротивления в трубах, но и по причине возникновения электростатических зарядов. Это ограничение приводит к увеличению диаметров труб и размеров насосов. Существуют для танкеров ограничения по продолжительности выгрузки в порту. Согласно международным нормам любой танкер должен быть выгружен за время не более 17 часов. Поэтому диаметры магистральных труб при равном количестве грузовых насосов увеличиваются практически пропорционально дедвейту.

Основные параметры грузовых насосов – подача и напор – при равных их количествах при относительно небольших размерах танкеров возрастают пропорционально дедвейту. При дедвейтах более 50000 т эта зависимость становится более пологой. Пределом увеличения напора грузового насоса считается напор 150 м. вод. ст. В больших напорах не возникает необходимости. Что касается подачи, то диапазон ее изменения широк. На танкерах, перевозящих сырую нефть, подача центробежного грузового насоса достигает на танкерах класса VLCC и ULCC 10 = 12 тыс. т/ч. Количество насосов на продуктовозах находится в пределах 3 – 7, но может быть и большим в зависимости от назначения танкера.

На морских танкерах в качестве зачистных устанавливают поршневые, винтовые и струйные насосы. Использование шестеренных насосов возможно только для перекачки грузов, не содержащих твердых загрязнений , что на морских нефтевозах практически нереально. Поэтому шестеренные насосы мы рассматривать не будем.

В системах изолированного балласта устанавливают один, реже два центробежных насоса, подача которого равна подаче грузового насоса. Это позволяет резервировать балластный насос грузовым. Создаваемые ими напоры значительно меньше, чем у грузовых насосов и составляют 20 – 50 м вод. ст. Более высокие значения бывают у крупнотоннажных танкеров вследствие увеличения высоты борта и осадки.

38

7.2. Центробежные насосы

Центробежные насосы начали применять в качестве грузовых в 50-е годы прошлого века. Сначала их агрегатная подача составляла 600 – 700 м3/ч и за 30 лет выросла до 10000 – 12000 м3/ч. Это произошло потому, что этот тип насосов показал свои хорошие эксплуатационные преимущества перед другими типами и, главное, несравнимо лучшие массо-габаритные характеристики перед применявшимся ранее поршневым насосом. Это видно при сравнении графиков на рис. 24 а и 24б.

Рис. 24. Зависимость массы грузовых насосов от их гидравлической мощ-

ности: а – центробежных; б – сдвоенных поршневых прямодействующих

Кроме того, центробежные насосы имеют и ряд других достоинств. Это высокая равномерность подачи, широкая возможность использования для привода паровых и газовых турбин, электродвигателей и дизелей. Центробежные насосы надежно работают при перекачивании жидкостей, содержащих механические включения, характерные особенно для сырой неочищенной нефти.

Как и любой другой насос, центробежный имеет и свои недостатки. На его всасывающую способность, напор, мощность, КПД влияет вязкость груза: при ее увеличении перечисленные характеристики ухудшаются. В конце выгрузки приходится снижать подачу для предотвращения кавитации и срыва работы насоса.

Грузовые центробежные насосы устанавливаются в насосном отделении горизонтально или вертикально. В последнее время предпочтение отдают вертикальным насосам в связи с их преимуществами: занимают меньше места, улучшаются всасывающие свойства (рабочее колесо расположено ниже, чем у горизонтального), уменьшается вероятность нарушения центровки валов насоса и привода из-за продольных деформаций корпуса танкера. Вертикальное расположение вала позволяет в некоторых случаях отказаться от нижнего подшипникового узла.

39

Рис. 25. Горизонтальный грузовой центробежный насос 12ДН-7А: 1 – корпус; 2, 10 – подшипниковые узлы; 3 – роликовый подшипник; 4 – уплотнение; 5 – труба охлаждающей жидкости; 6 – уплотнительные кольца; 7 – крышка; 8 – бронзовое рабочее колесо с двусторонним подводом жидкости; 9 – упругая муфта

У горизонтального насоса тоже есть свои преимущества. Он проще в обслуживании, более удобен при демонтаже и ремонте, может иметь любой привод, даже дизель без углового редуктора.

На рис. 25 показан горизонтальный центробежный насос, устанавливаемый на танкерах для перекачивания нефтепродуктов и морской воды. Его устройство достаточно полно описано в подрисуночной подписи. Всасывающий и напорный патрубки выполнены заодно с нижней частью корпуса насоса и расположены горизонтально под углом 180о один к другому в плоскости, перпендикулярной к оси вала насоса. Это позволяет разбирать и осматривать насос без демонтажа трубопровода. Вал насоса вращается в сферических роликовых подшипниках 3, смазываемых консистентной смазкой. Двусторонний подвод жидкости разгружает подшипники от основных осевых усилий. Случайные осевые усилия воспринимаются подшипником, расположенным на свободном конце вала. Для предотвращения утечек из рабочей полости имеются двойные торцовые уплотнения графитстеллит и уплотнительные кольца 6. В камеру уплотнения подается вода, циркуляция которой в замкнутом контуре камеры обеспечивается импеллером. Вал насоса соединен с промежуточным валом привода посредством

40