Kamkin_-_Expluatatsia_sudovykh_dizeley_-_1990

рования воды и пр., очистка путем отстаивания, фильтрации и сепа­ рирования); подготовка топлива к сжиганию и подача к котлам и двигателям.

В соответствии с перечисленными задачами топливную систе­ му подразделяют на участки: приема, длительного хранения на борту судна и перекачивания топлива; обработки топлива и су­ точного хранения в отстойно-расходных цистернах; подготовки топлива к сжиганию и подачи его к двигателям и котлам; утилиза­ ции нефтяных отходов.

Система топливообработки. Топливо, предназначенное для сжи­ гания в дизеле, должно пройти предварительную обработку: очи­ стку от содержащихся механических примесей и воды и придание ему однородной структуры. Иногда в целях повышения стабильности при хранении, уменьшения нагарообразующей способности, обес­ печения более полного сгорания топливо подвергают химической обработке путем введения присадок.

В традиционной системе обработки топлива (рис. 7.8) отстой­ ная цистерна 6 оборудована змеевиком парового подогрева, тремя реле 5 уровней, вентиляционной трубой 2 , краном спуска отстоя и денсиметром 4. В цистерну топливо закачивается из танков 9 запаса топливоперекачивающим насосом 8 через фильтр 7 грубой очистки. В отстойной цистерне под действием гравитационных сил происходит первичная очистка топлива от механических примесей

Рис. 7.8. Система топливообработки

251

и воды. Последующая очистка осуществляется в центробежных сепараторах 10, в которые топливо поступает, предварительно на­ греваясь в подогревателях И . Первый сепаратор настраивают на работу в режиме пурификации, при котором от топлива отделяют­ ся как механические примеси, так и вода. Однако высоковязких низкокачественных топлив одноступенчатой сепарации для эф­ фективного удаления механических примесей недостаточно. Важ­ но, чтобы из топлива были удалены все частицы, размеры которых соизмеримы с зазорами в прецизионных парах топливной аппара­ туры (15—7 мкм). Эта задача успешно решается путем вторичной сепарации топлива в сепараторе, настроенном на кларификацию — удаление из топлива только механических примесей; второй сепара­ тор в этом случае включается последовательно с первым.

При использовании топлив, вязкость которых не превышает 180 мм2/с и в которых механические примеси не содержат большо­ го количества мелких частиц, необходимость в двухступенчатой сепарации отсутствует. В этом случае сепараторы включают в параллельную работу в режиме пурификации. После сепараторов топливо поступает в расходную цистерну 14, предварительно охла­ дившись в охладителе 13. Расходная цистерна по аналогии с от­ стойной имеет паровой подогрев, кран спуска отстоя, реле 15 мини­ мального и максимального уровней, вентиляционную трубу 2, врезанную в цистерну 1 конденсата. В случае переполнения рас­ ходной цистерны топливо по трубе 3 возвращается в отстойную цистерну. Клапаны 12 обеспечивают постоянство давления перед сепараторами, что в свою очередь обеспечивает постоянство их про­ изводи гельност и.

Вода, попадающая в топливо, отстаивается на дне танков и ци­ стерн или благодаря качке и работе насосов распределяется в мас­ се топлива в виде небольших глобул с образованием стойкой водо­ топливной эмульсии. В этом случае отделение воды от топлива в от­ стойных цистернах ив сепараторах крайне затруднено. Поэтому если ранее при использовании более легких топлив, не образующих с во­ дой стойких эмульсий, требовалось обеспечить максимально воз­ можное удаление воды, и лишь в крайних случаях допускалось ее содержание в топливе не более 1,5—2 %, то при использовании тя­ желых топлив с высоким содержанием асфальтосмолистых состав­ ляющих допускается оставлять воду в топливе до 3 %, если вода морская и содержит крайне нежелательные соединения Na, и до 5 %, если вода пресная.

Система подачи топлива к двигателям и котлам. В задачи си­ стемы входит обеспечить двигатели, котлы требуемыми сортами топлиэ в необходимых количествах и в состоянии, при котором дости­ гается наиболее полное и эффективное их сгорание.

В систему (рис. 7.9) входят расходные цистерны дизельного 5 и тяжелого 4 топлив (/ — ловушка для конденсата; 2 — вентиля­ ционная цистерна; 3 — отстойные цистерны тяжелого топлива).

252

маневрах и для промывки системы топливоподачи при выведении двигателя из действия на длительное время. В связи с возможностью применения топлив с высокой температурой застывания, а также высокой вязкостью в целях подогрева все цистерны оборудованы паровыми змеевиками, а топливные магистрали — паровыми спут­ никами 14 или электрическими подогревателями. Клапан 6, снаб­ женный дистанционным приводом, служит для переключения дви­ гателя с дизельного топлива на тяжелое и наоборот.

На судах постройки до 1980 г., энергетические установки кото­ рых приспособлены для работы на топливах вязкостью до 380 мм2/с (классические мазуты), топливо из расходных цистерн после кла­ пана 6 обычно направляется в бустерную или рециркуляционную цистерну 9\ фильтры 7 и насосы 8 отсутствуют. Эта цистерна пред­ ставляет собой бустерную емкость. Благодаря ее наличию пере­ ключения с легкого топлива на тяжелое и обратно не приводят к резким изменениям температур и вязкости топлива непосредствен-

Рис. 7.9. Система подачи топлива к двигателю

253

но перед двигателем. В цистерне при переключении происходит смешивание топлив — горячего тяжелого и относительно холод­ ного (не подогреваемого) дизельного. Состав смеси по мере выраба­ тывания оставшегося в системе топлива постепенно меняется, и в конце переходного периода система переходит на работу на том топ­ ливе, на которое был осуществлен перевод.

При резком переходе с холодного топлива на горячее не исклю­ чено заклинивание плунжерных пар ТНВД. Наличие в цистерне свободного уровня топлива и ее связь с атмосферой (этой цели обыч­ но служит переливная труба, ведущая в расходную цистерну) обеспечивают вывод из системы растворенного в топливе воздуха и газообразных продуктов его испарения. Наконец, через цистерну 9 осуществляется рециркуляция топлива по контуру цистерна — подо­ греватель—двигатель—цистерна. Это необходимо при существенном сокращении потребления топлива двигателем (переход на малый ход) или прзкрагцении потребления (остановка), так как если в этих условиях тяжелое топливо не подогревать и не прокачивать по системе, то оно, несмотря на наличие паровых спутников, может в трубах застыть и потерять подвижность. Если этого и не произой­ дет, то в любом случае последующий пуск двигателя будет проис­ ходить на топливе, приобретшем благодаря охлаждению более вы­ сокую вязкость. Возможные последствия — ухудшение пусковых свойств, повреждение ТНВД и их привода.

Вдизельных установках судов постройки последних лет в связи

сутяжелением топлив и вызванной этим необходимостью их подогрева до 140—150 °С устанавливают подкачивающие насосы 8, поднимающие давление в рециркуляционной цистерне до 0,4 МПа.

Это объясняется стремлением избежать потерь из рециркуляцион­ ной цистерны, обусловленных испарением его легких фракций при нагреве до столь высоких температур. Пары из цистерны 9 отводят­ ся через редукционный клапан и деаэратор обратно в расходную цистерну 4. В обычном варианте (без насосов 5) в рециркуляцион­ ной цистерне поддерживается атмосферное давление, поэтому обра­ зующиеся в ней газы и воздух отводятся через воздушную трубку в атмосферу. За цистерной 9 установлены циркуляционные насосы 10у задача которых обеспечить циркуляцию топлива в контуре топ­ ливоподачи и создать в нем давление, обычно поддерживаемое с по­ мощью редукционного клапана 15 на уровне 0,3—0,5 МПа, а при сжигании топлива вязкостью 300—700мм2/с давление рекомендует­ ся поднимать до 0,7 МПа. Наличие давления в системе, несмотря на высокую температуру подогрева топлива, способствует уменьшению газообразования. Газообразование, особенно перед ТНВД двига­ теля, может привести к срывам в подаче топлива в цилиндры, не­ стабильности рабочего процесса и самопроизвольной остановке двигателя.

Важным моментом в подготовке топлива к сжиганию является обеспечение необходимой вязкости. Если для дизельных топлив

254

необходимость в подогреве для снижения вязкости отпадает, то для тяжелых топлив предварительный подогрев в паровых или электрических подогревателях 11 является обязательным усло­ вием их подготовки, так как только этим путем можно достигнуть требуемой вязкости. Влияние вязкости и сжимаемости на характе­ ристику впрыска в зависимости от конструкции топливной аппа­ ратуры различно, но во всех случаях оно в той или иной мере отра­ жается на качестве распыливания и последующего сгорания топ­ лива. Вязкость, определяемая силами внутреннего сцепления топ­ лива, и силы его поверхностного натяжения оказывают непосредст­ венное влияние на распад вытекающей из форсунки струи топлива. Эти силы стремятся удлинить сплошную часть струи и тем самым сохранить ее целостность. Поэтому с их увеличением (а это воз­ можно при снижении температуры топлива) длина сплошной части струи растет, а тонкость распыливания снижается.

Опытным путем установлено, что оптимум вязкости топлив для дизелей лежит в пределах 12—20 мм2/с, для форсунок котлов может быть допущена вязкость 20—26 мм2/с. Эти значения вязкости и должны быть обеспечены соответствующим подогревом топлива перед его потребителями. Контроль за заданной вязкостью и управлением подогревателем осуществляет встраиваемый в систему топливо­ подачи автоматический регулятор вязкости — вискозиметр 12. За ним устанавливают фильтры тонкой очистки 13 с тонкостью отсе­ ва 6— 15 мкм. Чтобы предотвратить остывание топлива в системе топливоподачи, все трубы изолированы и снабжены паровыми спут­ никами или обвиты электронагревательными элементами, а цистер­ на 9 снабжена паровым змеевиком. Кроме того, при кратковремен­ ной остановке двигателя насосы 10 должны продолжать работать, поддерживая циркуляцию горячего топлива в замкнутом контуре

куляционные насосы 10 останавливают, но предварительно систе­ ма топливоподачи должна быть освобождена от тяжелого топлива путем предварительного переключения с помощью клапана 6 на работу на дизельном топливе. Однако здесь при смешивании в ре­ циркуляционной цистерне 9 дизельного и тяжелого топлив (а оно неизбежно в первое время после переключения) возможна потеря

дукты крекинг-процессов. Потеря стабильности выражается в рас­ слоении смеси и выпадении асфальтеновых агломератов в шлам. Это может вызвать интенсивное лако- и нагарообразование в топ­ ливной аппаратуре, задир прецизионных элементов, плохое сго­ рание и загрязнение выпускного тракта. Поэтому, чтобы избежать этих явлений, в современных двигателях предусмотрена возмож­ ность работы на тяжелых топливах не только на режимах полного хода, но и на частичных режимах, при пусках и маневрах. Лишь

255

при длительной стоянке, как правило, превышающей 5 сут, или при проведении ремонтных работ рекомендуется переходить на дизельное топливо и останавливать насосы.

Переводить двигатель с топлива одного сорта на другой следу­ ет осторожно, предварительно снизив его нагрузку до 75 % пол­ ной. При переходе с дизельного топлива на тяжелое дизельное топливо необходимо постепенно, со скоростью 2 °С/мин подогреть до 60—80 °С. При этом во избежание заклинивания прецизионных элементов топливовпрыскивающей аппаратуры вязкость топлива не должна упасть ниже 2 мм2/с. Температура тяжелого топлива в расходной цистерне должна снижаться, и к моменту переключения она должна быть не выше температуры дизельного топлива более чем на 25 °С (60—80 °С). При обратном переходе с тяжелого топли­ ва на дизельное необходимо перекрыть пар на подогреватель и, когда температура топлива в нем упадет до значения, превышаю­

В процессе эксплуатации системы топливоподачи нужно сле­ дить за уровнем топлива и температурой в расходных цистернах, периодически спускать из отстойных и расходных цистерн отстой, чтобы не допустить попадания отстоявшейся воды и шлама в систе­ му. Необходимо следить за чистотой фильтров по перепаду давле­ ний в них и за плотностью всех элементов системы, не допуская даже небольших протечек топлива, так как это вызывает потерю топлива, а главное — может явиться причиной пожара.

7.5. Очистка топлива на судне

Подогрев и отстаивание. Отстаивание обычно является первой ступенью в общем комплексе мероприятий по очистке топлив вСЭУ. В отстойные цистерны топливо закачивают из танков запаса (см. рис. 7.8). При отстаивании из топлива под действием силы тяжести отделяются загрязняющие его примеси и вода. Гравитационное поле в отстойной цистерне можно считать однородным с напряженно­

кон Стокса, согласно которому скорость осаждения загрязненных частиц диаметром d и плотностью р3

256

Время, необходимое для осаждения частицы, находившейся на высоте Н ,

Из формулы (7.6) видно, что с увеличением вязкости т|т и плот­ ности рт время осаждения загрязняющих примесей должно увели­ чиваться. Практика это подтверждает, очистка тяжелых топлив путем их отстаивания часто бывает малоэффективной, чему спо­ собствуют также находящиеся в тяжелых топливах в больших ко­ личествах асфальтосмолистые вещества. Последние, обладая высо­ кой поверхностной активностью, обволакивают частицы механиче­ ских примесей и глобулы воды защитной оболочкой, препятствую­ щей их укрупнению и выпадению в осадок. Вода с такими топли­

В увеличении скорости отстаивания положительную роль играет снижение вязкости топлива, которую снижают искусственно, для чего отстойные цистерны обязательно оборудуют паровыми змееви­ ками для подогрева топлива до возможно более высокой температу­ ры. Последняя для открытых емкостей (к которым относится от­

перемешивания топлива в цистерне рекомендуется после заполнения цистерны топливо быстро подогревать, а затем подачу пара либо полностью отключать, либо оставлять в очень небольшом количе­ стве.

Сепарирование. Для очистки от механических примесей и воды топливо сепарируют в центробежных сепараторах. Сепарация осно­ вана на разности создаваемых в сепараторе центробежных сил, в свою очередь определяемой различием в плотности очищаемого нефтепродукта и находящихся в нем примесей. Благодаря высокой эффективности центробежные сепараторы широко применяют на судах в системах обработки топлив и масел.

Топливо, находившееся в отстойном танке и прошедшее топливоподогреватель, поступает в сепаратор сверху через патрубок 1 (рис. 7.10) и далее по центральному каналу движется в низ бараба­ на 10, приводимого во вращение электродвигателем через вал 9. При поступлении в барабан топливо приходит во вращение вме­ сте с ним, и по мере продвижения к отверстиям 8 в распределитель­ ном диске и в узкие щели, образованные между тарелками 6, ско­ рость диска приближается к скорости вращения барабана. В за­ висимости от размеров сепаратора число тарелок составляет 50—

Рис. 7.10. Центробежный сепаратор топлива Альфа-Лаваль

258

выше 40 мм2/с. Для достижения этой вязкости топливо должно быть подогрето до следующих температур: 8 0 °С (если вязкость топлива при 50 °С 80 мм2/с), 90° С (при вязкости 180 мм2/с), 98 °С (при вязкости 380—600 мм2/с).

Подогрев до температуры более 98 °С не допускается, так как это может привести к испарению воды и нарушению водяного за­ твора сепаратора.

Качество сепарации зависит также от продолжительности на­ хождения топлива в сепараторе: чем она больше, тем лучше идет очистка. Продолжительность пребывания топлива в сепараторе за­ висит от скорости движения топлива, а последняя определяется скоростью его поступления в сепаратор или подачей. Подачу сепа­ ратора следует выбирать, руководствуясь рис. 7.11, исходя из вязкости v топлива.

При работе в режиме пурификации в барабане сепаратора под­ держивается водяной затвор 11 (см. рис. 7.10). Граница раздела воды с топливом 12 должна располагаться у внешней кромки рас­ пределительных отверстий и ни в коем случае не проходить по отверстиям или правее их. В первом случае будет наблюдаться торможение потока топлива на входе в тарелки, что приведет к рез­ кому ухудшению сепарации, а во втором — в зону очищенного топлива будет поступать вода.

Эффективность сепарации повышается, когда поверхность раз­ дела отодвигается влево от отверстий, так как увеличивается эф­ фективная поверхность тарелок. Но в этом случае растет опасность исчезновения (разрыва) водяного затвора и, как следствие, утечка

промывки барабана при его разгрузке. Обычно водяной затвор по­ полняется за счет воды, сепарируемой из топлива. Для поддержания равновесного положения между количествами воды, отбираемой из топлива (поступающей в зону гидравлического затвора) и уходящей

из него, на выходе установлен гравитационный диск 5. Поскольку давление на границе раздела топлива с водой, а значит, и положение границы зависят от плотности топлива, размеры диска подбирают в соответствии с ней. Неправильно подобранный диск приведет к смещению поверхности раздела и нарушению эффективности сепара­ ции. Вода отводится непрерывно с помощью напорного диска 4 по каналу 3.

С утяжелением топлив и увеличением их плотности возникла серьезнейшая проблема — как сепарировать воду от топлива, если разность их плотностей стремится к нулю или приобретает отри­ цательное значение (рис. 7.12). Плотность современных и перспек­

морской воды лежит в пределах 1000— 1013 кг/м3. С увеличением температуры плотность нефтепродуктов уменьшается быстрее, чем воды, поэтому разность их плотностей рв — рт возрастает. Опыт

ниже 991 кг/м3, при = 98 сС. Таким образом, рт = 991 кг/м3 представляет собой верхний предел плотности топлив, при котором возможно еще отделение пресной воды от топлива. Сепарация морской воды возможна и от более тяжелых топлив.

В процессе очистки топлива грязь и шлам скапливаются внутри барабана, и по мере его заполнения во избежание нарушения се-

Плотность, к г / м 3

1010

1000

NaCl=2 ,0 %

Ю

100 n o t , с

Рис. 7.12. Зависимость плотности воды (соленой — кривые /, пресной — 2) и топлива (кривые 3) от температуры

260