Конструктивные особенности специальных систем и оборудования танкеров

---

Конструктивные особенности специальных систем и оборудования танкеров.

Специализированные суда для перевозки наливом сырой нефти и нефтепродуктов называются танкерами (нефтеналивными судами).

Интенсивное развитие российского нефтеналивного флота начинается в предвоенный период (танкеры типа "Майкоп", "Баку", "Москва" и др.). В первые десятилетия (послевоенные) построены танкеры "Казбек", "Егорьевск", "Баскунчак", "Мангышлак". За ними последовали серии паротурбинных танкеров "Прага". "София", "Крым", дизельные танкеры "Великий Октябрь", "Николай Рогов". Заграничные верфи по заказу СССР построили несколько серий дизельных танкеров ("Лисичанск", "Сплит", "Леонардо да Винчи").

В последнее десятилетие строительство танкеров значительно сократилось и только "Программа возрождения транспортного флота России" способна (при ее реализации) возродить отечественный танкерный флот.

2.1. Конструктивные особенности корпуса танкеров.

Эти особенности обусловливаются, прежде всего, тем, что наличие свободных поверхностей жидкости в танках сильно влияет на остойчивость танкера. При этом, поскольку ширина отсека влияет на поперечную остойчивость значительно сильнее, чем длина, то на танкере устанавливаются продольные переборки (одна или две), проходящие через все судно (рис. 2.1).

Для уменьшения силы ударов жидкого груза, при перемещении во время килевой качки, корпус танкера разделен поперечными переборками количество которых зависит от длины танкера.

Системы набора выбираются из условия достижения наименьшей массы корпуса. В последние годы крупнотоннажные танкеры строились с продольной системой набора (исключая оконечности судна и второе дно в МКО, где применен поперечный набор). Поперечные переборки выполняются плоскими с вертикальным расположением стоек и подкреплены горизонтальными швеллерами сварного таврового профиля. Однако в последнее время все чаще строят танкеры с гофрированными переборками, что значительно снижает трудоемкость их изготовления, уменьшает их массу и существенно упрощает очистку танков.

Рис.2.1. Влияние продольных переборок на уменьшение опрокидывающего момента.

Многие танкеры имеют бульбовую форму носовой оконечности, что позволяет увеличить скорость судна на 0,5-0,8 миль/час при той же мощности энергетической установки.

Если раньше строили танкеры трехостровными (бак, средняя надстройка, ют), то сейчас, в основном, двухостровными (без средней надстройки). Переходной мостик на верхней палубе служит для коммуникации трубопроводов и электрических кабелей. В последние годы большая часть трубопроводов и электрокабелей, размещается в специальных тоннелях.

Необходимость борьбы с загрязнением моря, специальные требования Конвенций СОЛАС, МАРПОЛ повлияли на конструкцию танкеров, Так, все больше строится танкеров с изолированными танками чистого балласта (Б см.рис.2.2), как с бортовым, так и днищевым расположением. Это экономически оправдано, т.к. при этом сокращается стояночное время за счет совмещения грузовых и балластных операций, уменьшается время мойки танков.

Например, построенный в 1997 г. танкер "Пермь" дедвейтом 15978 т., имеет 7 грузовых танков без продольной переборки, но окруженный бортовыми и междудонными балластными цистернами (10 танков вместимостью 6011 м³), обслуживаемыми двумя балластными насосами и зачистным эжектором. Поперечные переборки выполнены гофрированными.

Рис.2.2. Схемы размещения грузовых и балластных танков

Кроме того, при использовании танков чистого балласта отпадает необходимость в отстойных танках, усиливается прочность корпуса за счет включения в набор дополнительных, конструктивных связей, которые в грузовых танках затрудняют очистку. Применение двойного дна, в котором размещаются танки чистого балласта и туннели направлено, прежде всего, на предотвращение загрязнения моря. Наклонное двойное дно облегчает грузовые и зачистные операции (сокращение количества зачистных насосов). В туннелях размещаются все коммуникации, что освобождает палубу и обеспечивает сохранность коммуникаций (рис.2.2).

Грузовые танки обычно объединяют в несколько групп, каждая из которых используется для перевозки разных грузов, обладая определенной степенью автономности в связях с общей грузовой системой, которая в этом случае значительно сложнее, чем при перевозке одного груза.

В заключение отметим, что устройство танков чистого балласта потребовало применения автономной балластной системы со своими насосами, что является недостатком таких технических решений.

2.2. Расположение и устройство танков.

Грузовые танки занимают до 70% общей длины танкера и разделены продольными и поперечными переборками (чаще всего гофрированными – гофры на продольных переборках расположены горизонтально, на поперечных – вертикально).

На днищевом наборе расположен грузовой и зачистной трубопроводы, ниже набора у самого днища – змеевик подогрева груза. В танках установлены:

- трубы пенотушения,

- газоотвода,

- подвода инертных газов,

- датчик дистанционного замера груза,

- замерная трубка,

- двухпрутковые трапы с решетчатым промежуточными площадками.

В каждом грузовом танке имеется горловина круглой или овальной формы, выходящая на верхнюю палубу и имеющая коммингс высотой не менее 800 мм с крышкой, задраиваемой барашками и имеющей специальное уплотнение и глазок.

Помимо горловины в палубном перекрытии имеются отверстия для мойки каждого танка с коммингсами высотой 100 мм и крышками на задрайках.

В каждом танке для ручного замера уровня груза имеется замерная трубка (идущая от палубы до днища), закрываемая бронзовыми пробками с помощью торцового ключа.

От носовых помещений грузовые танки отделены коффердамами, заполняемыми водой. В корме танки примыкают к насосному отделению (иногда называемому помповыми).

2.3. Насосное отделение.

Это важнейшее помещение танкера, в котором размещены грузовые и зачистные насосы, трубопроводы с арматурой (более 2-х десятков клапанов и клинкетов).

Расположение насосного отделения в корму от грузовых танков имеет то преимущество, что при использовании центробежных насосов дифферент на корму (до 4-5 м) положительно влияет на всасывающую способность насосов. Кроме того, при этом можно размещать приводные двигатели грузовых насосов в машинном отделении в его носовой переборке.

На крупных танкерах зачистные насосы также центробежные, на остальных – обычно поршневые.

В насосных отделениях устанавливают также оборудование системы мойки танков (подогреватели забортной воды, моечный насос и, иногда, небольшую цистерну для отсепарированных нефтепродуктов).

В насосном отделении ЗАПРЕЩАЕТСЯ установка любых приборов и устройств, при работе которых возможно искрообразование.

Светильники – специальные взрывобезопасные, имеющие блокировку при разгерметизации осветительной аппаратуры.

Расположение основного оборудования насосного отделения (один из вариантов) показано на рис. 2.3.

Рис.2.3 схема расположения оборудования в насосном отделении.

2.4. Грузовая и зачистная системы.

2.4.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГРУЗОВОЙ И ЗАЧИСТНОЙ СИСТЕМЫ.

Для приема и выгрузки груза на танкерах предусматриваются грузовые системы, принимающие и распределяющие груз по танкам.

В состав грузовой и зачистной системы входят:

- Грузовые и зачистные насосы с приемными и отливными трубопроводами, арматурой и КИП;

- Трубопроводы, расположенные в грузовых танках, с приемными воронками (храпками), клинкетами с приводами, компенсаторами, переборочными соединениями;

- Манифольды (приемные патрубки на палубе).

Остатки груза из танков откачиваются по зачистным системам, (по устройству аналогичных грузовым), но меньшей производительности, с трубопроводами меньших диаметров.

Грузовые системы предусматривают прием и выдачу груза с любого борта с помощью приёмно-отливных патрубков (манифольдов).

Груз подается на судно с помощью гибких шлангов, соединяющих приемно-отливные патрубки танкера с береговыми устройствами с помощью фланцевых и быстроразъемных соединений международного образца. Крепеж шлангов и манифольдов, а также инструменты должны изготовляться из материалов, исключающих возможность искрообразования.

Применяют несколько типов грузовых систем:

- линейная, с переборочными перепускными клинкетами и с погружными насосами.

- кольцевая,

Линейная система является основной для большинства современных танкеров, применяется на судах с кормовым насосным отделением. Линейная система значительно проще кольцевой, дешевле при изготовлении и эксплуатации. Однако живучесть этой системы ниже.

Рис.2.4.схема линейной грузовой системы

На рис.2.4 приведена схема линейной грузовой системы с тремя грузовыми насосами. На схеме даны надписи, позволяющие изучить принцип работы линейной системы.

Линейные системы позволяют объединять грузовые танки в 2-4 группы, каждая из которых соединена со своим грузовым насосом отдельной магистралью. От каждого грузового насоса отходит напорный трубопровод к самостоятельному палубному трубопроводу (манифольду). При этом предусматривается возможность соединения каждого из насосов с любой другой группой танков.

Кольцевые системы грузового и зачистного трубопровода обычно применяют на танкерах с расположением насосного отделения в середине судна (суда небольшой вместимости, предназначенные для перевозки нескольких сортов грузов).

Кольцевая система обладает высокой маневренностью и живучестью, но конструктивно достаточно сложна (следовательно, высокая стоимость и трудоемкость обслуживания). На рис.2.5 приведена кольцевая система с тремя стояками. Дополнительных пояснений не требуется.

Рис.2.5.Схема кольцевой грузовой системы.

В системе с перепускными переборочными клинкетами используется перетекание через них груза к танкам, связанным с грузовыми насосами. Система состоит из относительно простых и коротких всасывающих трубопроводов (суммарная длина их примерно на 20-30% меньше, чем у, линейной грузовой системы), которые служат для откачки груза насосами только из кормовых центральных танков каждой из групп. Специальные переборочные клинкеты расположены в нижней части переборок (для этого требуется почти в 2 раза больше запорной арматуры, чем в линейных системах). На танкерах с такой грузовой системой зачистную и балластную системы для большей гибкости выполняют независимыми, по линейной схеме.

На рис.2.7 приведена принципиальная схема системы с переборочными перепускными клинкетами.

Рис.2.7. Схема грузовой системы с переборочными клапанами.

Грузовые системы с погружными насосами применяют на танкерах для перевозки нескольких сортов нефтепродуктов, а также для продуктовозов (в том числе нефтепродуктов). Принципиальная схема системы показана на рис.2.8.

Рис.2.8 Погружной грузовой насос с гидроприводом.

2.4.2. ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ КЛАПАНАМИ ГРУЗОВЫХ СИСТЕМ.

Распространены пневматические и гидравлические системы управления, состоящие из:

- распределительных устройств, служащих для управления сервомоторами и расположенных в ЦПУ;

- предохранительных и редукционных клапанов и регуляторов давления рабочих сред;

- блокировочных устройств, для сохранения регулирующих органов клапанов в заданном положении;

- сервомоторов и устройств обратной связи;

- насосной станции и трубопроводов, соединяющих узлы и устройства.

В ПУГО (Пост Управления Грузовыми Операциями) устанавливается отдельное распределительное устройство, которое в зависимости от системы может иметь ручной, гидравлический, пневматический или электрический привод. В зависимости от количества трубопроводов, подходящих к каждой клинкетной задвижке, применяют одно- и двухпроводные схемы.

При однопроводной схеме число трубопроводов уменьшается, так как каждую задвижку с пультом соединяет всего одна трубка, а другая подводится к общей магистрали. При такой схеме также возможно одновременное воздействие на несколько задвижек, но только при одной операции («открыто», «закрыто»), что обычно не создает непреодолимых трудностей.

Преимуществом двухпроводной схемы является возможность одновременного воздействия на несколько задвижек при разных операциях («открыто», «закрыто»). Ее недостатки: большое число трубопроводов.

Принципиальные схемы современных систем управления грузовыми операциями (клапанами) приведены на рис.2.9.

Рис.2.9. а) Схема двухпроводной системы управления клапанами

б) Насосная установка системы.

а) "Баттерфляй" (танкер "Пермь"). б) Традиционный с гидроприводом. в) Прямоугольный переборочный.

Рис.2.10. Клинкеты грузовой системы танкера

Конструкции клинкетов грузовой системы отличаются многообразием (рис.2.10). Однако наиболее широко применяются задвижки с поршневыми сервомоторами.

За рубежом часто применяются клапаны грузовой системы типа «Баттерфляй» (рис.2.10,а).

В качестве переборочных клинкетов применяют круглые или прямоугольные задвижки с одним фланцем (рис.2.10,в). Первые из них отличаются высокой надежностью, но имеют высокий порог, что затрудняет перетекание груза. У прямоугольной задвижки порог низкий, но ниже и надежность.

На приемном трубопроводе грузовой системы устанавливаются фильтры.

2.4.3. СИСТЕМЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ГРУЗОВЫХ СИСТЕМ.

Грузовые операции (прием и выгрузка груза) невозможны без эффективного контроля количества груза в танках. Поэтому регулирование количества груза производится по результатам измерения уровня, в танках с последующим пересчетом по специальным калибровочным таблицам.

Наиболее общими требованиями, предъявляемыми к системе измерения уровня груза в танках, относятся:

• обеспечение пожарной безопасности;

• надежность действия измерительных систем;

• обеспечение требуемой точности замеров;

• удобство пользования приборами.

На современных танкерах применяются различные способы определения уровня в танках – от ручного до электронного. Распространены:

- пневмеркаторный,

- поплавковый,

- гидростатический,

- электронный с емкостными датчиками способы измерения.

Все эти способы подразделяются по признаку фиксации и передачи результатов измерений на:

- способ с местным или дистанционным указателем;

- способ с устройством сигнализации достижения заданного уровня;

- способ со встроенными датчиками для автоматического управления грузовыми операциями.

Однако, несмотря на совершенствование всех этих систем, на всех танкерах предусматривается ручной способ контроля уровня (как резервный).

Сущность ручного способа измерения: уровень груза замеряют футштоком (метрштоком) или рулеткой, на которых нанесен слой пасты или водочувствительной ленты. Поэтому одновременно измеряются уровень груза и уровень "подтоварной воды". С помощью грузовых таблиц по этим измерениям определяют объемы груза и воды и пересчитывают их на массу груза.

Кроме уровня груза в танках (и, следовательно, массы всего груза) необходимо измерять осадку судна, что производится с помощью специальных приборов.

Пневмеркаторный способ широко распространен на современных танкерах, чему способствуют простой принцип действия, высокая надежность и достаточная точность. Как недостаток этого способа отмечают наличие большего количества трубок для дистанционной передачи результатов измерения.

Принцип действия дистанционного указателя уровня основан на передаче давления жидкостного столба груза на мембрану с помощью сжатого воздуха (рис.2.11). В танк опускают измерительную трубу (диаметром около 10 мм), не доходящую до дна, верхний конец которой соединен с внутренней полостью мембраны. Сжатый воздух (специальным насосом) подается по измерительной трубе в танк и одновременно к указателю. Если в танке имеется груз, то измерительная трубка тоже заполнена жидкостью. Для ее вытеснения необходимо определенное давление воздуха, которое и фиксируется указателем. Таким образом, в системе "измерительная трубка – мембрана" создается давление, равное весу столба жидкости определенной плотности.

Так как в герметичных танках давление изменяется (при погрузке – повышается, при выгрузке – понижается), то для нейтрализации этих колебаний давления устанавливается компенсационная трубка, соединяющая танк и показывающий прибор (см.рис.2.11). Таким образом, изменение давления жидкости над поверхностью груза учитывается с помощью компенсационной трубы, и прибор показывает только давление, создаваемое столбом жидкости в измерительной трубе.

а) Пневмеркаторный способ дистанционного измерения уровня в танке.

б)

Электронный датчик с мембранным измерителем

Рис.2.11. СХЕМЫ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ В ТАНКАХ.

Поплавковые измерители уровня обычно применяются для местного контроля без вскрытия люков, что повышает безопасность измерений. В начале погрузки уровень груза сильно пульсирует и поплавок не дает нормальных показаний (может произойти даже обрыв поплавка). Поэтому поплавок в этот момент поднимают и фиксируют до успокоения уровня, а затем производят измерения с достаточной точностью. Дистанционная передача результатов измерений производится с помощью электрической схемы. Известны поплавковые датчики УДУ-7, TNM-3 шведской фирмы "Джангнер Инструмент" и др.

Мембранные и ультразвуковые системы контроля уровня.

Принцип действия мембранной системы основан на измерении гидростатического столба жидкости в танке с помощью мембраны. Перемещения мембраны передаются сердечнику индукционной катушки показывающего прибора. В электронном усилителе обрабатывается выходной сигнал прибора и передается дистанционно на пульт, где он может быть включен в систему сигнализации уровня (рис.2.11,6).

Принцип действия ультразвуковой системы. Два ультразвуковых прибора (вибратор и приемник) размещаются выше уровня в танке. Измеряется время возврата отраженного уровнем груза сигнала, шкала прибора приемника отградуирована в метрах высоты уровня. Приборы компактны, пожаробезопасны, достаточно точны и надежны.

Радиометрические системы контроля уровня основаны на контроле прохождения луча радиорадара между антенной в верхней части танка и уровнем груза и применяются для измерения уровней сыпучих и жидких грузов. Достоинства системы:

¨ независимость измерений от плотности среды (как это наблюдается в ультразвуковых);

¨ независимость от прозрачности среды (что присуще оптическим системам).

Известны различные системы этого типа, например, прибор SUM-12 фирмы "Марин электроник", обработка сигналов в котором осуществляется с помощью электроники.

Дистанционный контроль осадки, крена и дифферента необходим для получения информации, используемой при расчетах остойчивости и напряжений в корпусе. Главным требованием, предъявляемым к этой системе, является точность измерений, поскольку изменение водоизмещения судна в 1 см осадки выражается у крупных танкеров десятками и сотнями тонн.

В настоящее время преимущественно используются 2 способа:

1. измерение гидростатического давления под килем судна (в носу, в корме, по бортам в районе миделя);

1. измерение углов крена и дифферента.

Измерение гидростатического давления производится пневмомеркаторным и мембранным способами, принципы действия которых, рассмотрены выше, хотя техническая их реализация значительно сложнее, чем для танков. Точность измерений ±1 см.

2.4.4. СОВРЕМННЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ УСТАНОВКИ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ГРУЗООБРАБОТКИ ТАНКЕРА.

Для иллюстрации современного уровня развития средств контроля параметров, систем грузообработки танкера приведены основные характеристики оборудования, используемого на новом танкере "Пермь". На данном судне контролируются:

• давление на всасывании и нагнетании насосов;

• температура груза в танках;

• давление инертных газов;

• уровень груза в танках;

• осадка, крен и дифферент судна;

• давление насыщенных паров в газоотводной системе.

Получение этой информации автоматизировано, а обработка и представление осуществляется с помощью электронных устройств и микрокомпьютеров.

Первые пять позиций указанного перечня объединены в одну систему контроля типа GL-90, принципиальная схема, которой приведена на рис.2.12. Известно, что эффективность любой системы контроля полностью определяется надежностью датчиков.

Для измерения давлений и температур применяются давно отработанные и надежные датчики и здесь не рассматриваются.

В качестве датчиков контроля уровня груза в танках применяются микроволновые датчики, генерирующие луч электромагнитных излучений. Они измеряют мощность и время таких отраженных излучений (датчики типа GLA-90, Аутроника GL -90). С помощью датчика GL-90 контролируется изменение уровня в танке в процессе налива. Кроме этого, в конце налива, когда уровень в танке достигнет 95%, включается двухпозиционный датчик GL-7 и выдает сигналы о достижении нижнего допустимого уровня. Этот же датчик выдает сигнал на остановку грузовых насосов при достижении верхнего допустимого уровня 98% и одновременно зажигается сигнальная лампа и включается звуковой сигнал (ревун). Принцип действия датчика GL-90 основывается на замыкании жидким грузом цепи между внутренним и внешним кольцевыми электродами (см.рис.2.13).

Рис.2.12. Схема системы контроля GL-90. Рис.2.13. Система контроля "Autro Vep" и GL-7.

Датчики GL-7 комбинируются с системой "Autro Vep", контролирующей давление насыщенных паров нефтепродуктов магистрали, газоотводной системы танкера. Принципиальные схемы установки датчиков GL-7 и системы "Autro Vep" приведены на рис.2.13.

В заключение следует добавить, что GL-90, 4GL-7 и датчики температуры установлены в каждом грузовом танке, что отмечено на схеме грузовой системы (см.рис.2.6).

2.4.5. ГРУЗОВЫЕ НАСОСЫ.

С возрастанием грузоподъемности танкеров потребовалось увеличение подачи грузовых насосов. Поэтому на современных крупнотоннажных танкерах применяются главным образом центробежные насосы, хотя они и обладают некоторыми недостатками:

• изменяются характеристики насосов при понижении уровня груза в танках;

• насосы несамовсасывающие, что обусловливает остаток груза в танке;

• возможность срыва подачи при запаривании насоса от повышения давления паров нефтепродуктов в танке;

• необходимость поддерживать достаточно низкую вязкость груза посредством его подогрева.

Конструктивные особенности и принцип действия центробежных насосов можно найти в любом учебном пособии по вспомогательным механизмам, а инструкции по эксплуатации имеются на каждом судне.

В последнее время на танкерах (особенно для перевозки высоковязких нефтепродуктов) в качестве грузовых насосов используются винтовые насосы. Однако из-за относительно малой подачи их применение ограничивается танкерами дедвейтом менее 15-20 тыс. т. Например, на танкере "Пермь" (постройки 1997г.) установлены три грузовых винтовых насоса и один зачистной винтовой насос. Достоинства винтовых насосов (перекачка высоковязких грузов, малая чувствительность к механическим примесям, высокая надежность, высокие КПД и небольшие габариты) таковы, что они постепенно вытесняют поршневые насосы, которые оставались до последнего времени основным типом зачистных насосов. Общий вид винтового насоса представлен на рис.2.14, насосы этого типа одобрены ИМО и рекомендованы для использования на танкерах и химовозах.

Рис.2.14. Горизонтальный грузовой винтовой насос.

2.5. Газоотводная система танкера.

Нормальная эксплуатация танкера без исправно действующей системы газоотвода принципиально невозможна. Несмотря на конструктивное многообразие оборудования, принцип действия систем газоотвода одинаков. Обеспечить газообмен между танками и атмосферой при любых условиях плавания и погрузо-разгрузочных работ, т.к. над свободной поверхностью груза происходит испарение легких фракций груза, что вызывает изменение давления в танках. Поэтому все танки оборудуются специальной системой газоотводных труб, обеспечивающих:

- "большие дыхания" – вытеснение воздуха и паров нефтепродуктов из танков в атмосферу во время налива груза и замещения атмосферным воздухом освобождающиеся объемы танка при сливе

- "малые дыхания" – газообмен, возникающий от периодического изменения давления паров нефтепродуктов в свободном пространстве заполненного танка).

Газоотводная система состоит из отростков труб, по которым отводятся пары из верхних точек отдельных танков, оборудованных дыхательными клапанами и огневыми предохранителями, соединяющиеся в газоотводную магистраль, выведенную вверх вдоль мачт или грузовых колонн. На газоотводной магистрали в районе мачты или колонны устанавливаются автоматические мановакууметрические уравнительные клапаны, ограничивающие давление паров в танках. Газоотводные системы бывают двух типов:

1. отдельная, для каждого грузового танка,

2. групповая, для обслуживания группы танков.

Газоотводные трубы выводят на регламентируемую Регистром высоту над палубой и размещают, как можно дальше от дымовых труб и других источников появления открытого огня.

Дыхательный клапан служит, для поддержания в грузовом танке заданного давления при газообмене с атмосферой. При образовании вакуума в танках во время выгрузки дыхательный клапан должен открываться на впуск в танк воздуха.

Давление в грузовом танке должно быть выше атмосферного не менее, чем 0,01 МПа, чтобы уменьшить потери паров нефтепродуктов.

Для выполнения своих функций дыхательный клапан имеет два клапана: верхний и нижний. Первый автоматически открывается при образовании вакуума, второй – при повышении давления сверх атмосферного (рис. 2.15).

Огневые предохранители служат для разобщения отсеков на случай пожара, чтобы не допустить проникновение пламени по газоотводной магистрали из одного отсека в другой. Огневой ленточный предохранитель состоит из концевых конических патрубков (рис.2.16) и корпуса с кассетой, представляющей собой рулон из латунной перфорированной ленты.

Рис.2.15. Дыхательный клапан (танкер "София"). Рис.2.16 Ленточный огневой предохранитель.

На каждой магистральной трубе должен устанавливаться предохранительный переливной клапан. Должно быть обеспечено его открытие при подъеме уровня груза или балласта в газоотводной магистрали до 2,5 м над палубой грузовых отсеков. В клапане предусмотрен съемный огневой ленточный предохранитель, устанавливаемый в отверстии перелива на палубу.

На магистральных газоотводных трубах предусматриваются паропровод для пропаривания газоотводной системы, компенсаторы, дренажные клапаны. Мановакууметры и другие измерительные устройства для измерения давления в танках устанавливаются на газоотводных трубах каждого танка и выводятся на ПУГО.

Обслуживание газоотводной системы заключается в периодических осмотрах и очистках дыхательных клапанов и огневых предохранителей.

Огневые предохранители осматривают не реже 1 раза в 6 месяцев, а при переливе – сразу же после грузовых операций.

При грузовых и балластных операциях ("большое дыхание") дыхательные клапаны должны быть открыты, чтобы при возможном повышении давления в танках не разрушились диафрагмы системы пенотушения и не деформировались корпусные конструкции, а при выгрузке – не снизилась подача грузовых и зачистных насосов. При "малом дыхании" – дыхательные клапаны закрыты (на автоматической работе).

2.6. Система инертных газов.

Так как удаление паров нефтепродуктов, плотность которых больше плотности воздуха, через газоотводную систему не всегда эффективно, то появляется реальная опасность взрывов и пожаров. Поэтому борьба за живучесть предопределила появление системы инертных газов, основное назначение которой уменьшить концентрацию кислорода и создать невзрывоопасную атмосферу в грузовых танках. Инертный газ подается:

- для заполнения освобождающихся объемов танков при выгрузке;

- в грузовом переходе для поддержания в свободных объемах избыточного давления и инертной среды;

- при мойке танков для поддержания инертной среды;

- перед погрузкой для создания в танках инертной среды.

Системы инертных газов бывают 3-х типов:

1. использующие уходящие газы котлов;
2. использующие специальные газогенераторы, отапливаемые топливом;
3. использующие инертные азот N₂ или углекислый газ СО₂ из автономных установок, состоящих из баллонов или специальных генераторов.

В настоящее время на танкерах используется в основном первый тип систем (второй и третий типы чаще встречаются на газовозах и химовозах).

Типовая схема системы инертных газов, использующей уходящие газы котла, приведена на рис.2.17.

Дымовые газы из дымохода котла с помощью клапана с дистанционным управлением (ДУ) попадают в скруббер. В скруббере (газоочистительной колонне), куда сверху подается забортная вода, происходит охлаждение и очистка дымовых газов (главным образом, от сернистого ангидрида). Влагоотделитель, установленный на выходе из скруббера, возвращает влагу в колонну. Подсушенный газ проходит по одной из ветвей через дроссельную заслонку (ДЗ) и фильтр (Ф) к вентилятору (ЭB₁). Вентилятор обеспечивает транспортировку газа через скруббер за счет разрежения и подачу газа в систему за счет создаваемого напора. Через отсечные клапаны и регулирующий клапан газ подается на палубу к водяному затвору (рис.2.18) и далее к коллектору инертного газа, откуда он поступает в соответствующие танки.

Рис.2.17. Система инертных газов Рис.2.18. Схема палубного водяного затвора.

фирмы "Бритиш Петролеум Компани".

Для танкеров серии "Крым" разработан малогабаритный циклонно-пенный охладитель, используемый в системе инертного газа вместо скруббера. Принципиальная схема цкклокно- пенного аппарата приведена на рис.2.19.

Дымовые газы на выходе из тангенциально расположенного патрубка 1 приобретают вращательное движение и поступают во внутренний цилиндр 2. Струей воды, поступающей через патрубок 3, вращающийся поток газов, движущийся вниз, разбивается на множество струек, где и происходит охлаждение и очистка газов.

Рис.2.19. Схема циклонно-пенного охладителя.

Очищенные газы через брызгоотбойник выходят во внешний цилиндр и поднимаются к выходу из аппарата. Состав инертных газов в системах, показанных на рис.3.18 примерно следующий:

§ кислород – 5-6% (автоматически отключается система при достижении 8% О₂),

§ углекислый газ СО₂ – 13-14%,

§ азот N₂ – 75-80%,

§ пары воды – остальное.

Такой состав инертного газа позволяет обеспечить атмосферу в танках с содержанием кислорода около 11%, что выводит смесь паров нефтепродуктов за пределы взрывоопасной области (см. диаграмму).

Вместо циклонно-пенного охладителя на танкерах типа "Крым" использован циклонно-пенный абсорбер, в котором вместо воды подается раствор хлористого лития, являющийся активным влагопоглотителем (обеспечивает понижение относительной влажности до 15-20%).

На схеме (рис.2.20) приведена принципиальная схема системы инертных газов танкера "Крым", основной режим работы, которой автоматический при помощи комплекса "Виктория М". Этот комплекс обеспечивает управление охлаждением и осушением газов, заполнением ими танков, а также сигнализацию и защиту при отклонении параметров системы от номинальных значений. Информация по составу инертизированной атмосферы в танках (содержание О₂ и углеводородов С_х, Н_х) поступает от судовой системы анализа газовоздушной среды "Салвико" шведской фирмы "Сален и Викандер". Принцип действия анализатора кислорода основан на парамагнитных свойствах О₂, а анализатор по С_х Н_х работает на инфракрасных лучах.

Рис.2.20. Схема системы инертных газов танкера "Крым".

Рассматриваемая система инертных газов обеспечивает также деинертизацию танков (т.е. удаление инертных газов), если это необходимо по условиям эксплуатации.

2.7. Система вентиляции танков.

Вентиляция служит для очистки танков от газов, при выполнении в них различных работ. Основные схемы систем вентиляции:

1. Стационарная с использованием трубопроводов грузовой системы, как для напорной, так и для вытяжной вентиляции. В первом случае воздух нагнетается в танки вентилятором по трубопроводам грузовой системы, а вытесняемые пары выходят через газоотводную систему. Во втором случае процесс идет в обратном порядке. Недостатки: большое общее гидравлическое сопротивление и, главное, воздух поступает в танк сверху, прижимая пары нефтепродуктов (они тяжелее воздуха) к днищу и резко снижая эффективность вентиляции. В этой системе применяются центробежные или пароструйные насосы.

2. Переносная вентиляция с помощью эжекторов, монтируемых в палубных горловинах грузовых танков. При этом вентиляция более эффективна при вытяжке паров с помощью эжектора.

При вентиляции производится анализ воздуха и при содержании опасных веществ в воздухе более 3 мг/л любые работы в танках запрещены без защитной одежды и дыхательных приборов.

Норма допустимой концентрации взрывоопасных паров в воздухе не более 0,1 нижнего предела взрываемости (НПВ).

При выполнении любых работ в танке должна осуществляться непрерывная вентиляция, а за работами должны наблюдать лично старший помощник и вахтенный помощник. Принципиальные схемы вентиляции танков приведены на рис.2.21.

Система вентиляции танкера „Пермь". Схема вентиляции грузового танка с

помощью переносного эжектора.

Рис.2.21. Схемы вентиляции грузовых танков.

2.8. Система орошения.

В летнее время при нагревании корпуса (и особенно верхней палубы) происходит интенсивное испарение нефтепродуктов. Чтобы снизить интенсивность испарения производят орошение палубы водой. Под переходным мостиком проложен трубопровод с отростками на оба борта, к которому от пожарной магистрали подводится вода и разбрызгивается через распылители. При испарении вода отбирает тепло от металла палубы и тем самым снижает температуру паров в танке и, следовательно, интенсивность испарения.

Но включение орошения не всегда возможно даже при очень высокой температуре воздуха и забортной воды. Например:

Перевозимая нефть имеет пределы взрываемости паров 2-26°С. Танкер находится в районе с t_возд.=33°С и t_заб.в.=29°С. Включать орошение нельзя, т.к. в этом случае температура паров в танке может стать ниже верхнего предела взрываемости (26°С, см. выше) и смесь паров с воздухом попадает во взрывоопасную область.

2.9. Система подогрева груза.

Грузовые танки для перевозки высоковязких нефтепродуктов с высокой температурой застывания должны оборудоваться специальной системой подогрева груза. Вязкие нефтепродукты всегда грузят в подогретом состоянии (не выше 70°С). Во избежание застывания в танках на переходах их приходится подогревать. При этом учитывают условия плавания судна, температуру окружающей среды (воздуха и забортной воды), объем танков и вид груза. В качестве источников тепла для подогрева груза служат:

1. водяной насыщенный пар давлением 0.5-0,7 Мпа (но не более 1 Мпа);

2. органические теплоносители (ОТ);

3. электрические нагреватели.

Самое широкое распространение в качестве теплоносителя получил водяной насыщенный пар, отдающий теплоту через змеевики нагревательных элементов, расположенных горизонтально на расстоянии 10-15 см от днища. Вертикальное расположение змеевиков невыгодно с теплотехнической точки зрения. Схема парового подогрева весьма проста по устройству и наименее опасна в пожарном отношении (рис.2.22).

Основными недостатками этой системы являются:

Ä Высокие стоимость и трудоемкость технического обслуживания трубопроводов из-за необходимости каждые 3-5 лет заменять змеевики в танках вследствие разрушения от коррозии и механических повреждений;

Ä Возможность размораживания системы в зимнее время.

Органические теплоносители (ОТ) отличаются от водяного пара тем, что они безопасны в зимнее время и низкоагрессивны с точки зрения коррозии. Поэтому системы с ОТ отличаются высокой надежностью и долговечностью, низкой стоимостью и трудоемкостью обслуживания, простотой автоматики и малыми габаритами.

Рис.2.22. Принципиальная схема системы обогрева груза в танках.

Существует два способа подогрева груза с помощью систем с органическим теплоносителем:

1. прямой способ, когда ОТ нагревается в котлах и по замкнутой системе циркулирует в системе обогрева;

2. непрямой способ, когда ОТ нагревается паром от вспомогательного котла в паровом подогревателе и подается в закрытую систему обогрева танков.

Несмотря на существенные достоинства этих систем, использование ОТ на танкерах ограничено, т.к. органические теплоносители пожароопасны (особенно при прямом способе подогрева).

Паровые системы и системы с ОТ называют системами с промежуточным теплоносителем.

К системам обогрева без промежуточного теплоносителя относятся системы с электронагревателями и с горячеструйным способом обогрева.

В системах с горячеструйным обогревом теплоносителем является сам груз. Часть груза из танка нагревается в подогревателе и возвращается в танк в виде горячей струи, которая за счет механического и конвективного воздействия на массу груза перемешивает его. В качестве греющей среды в подогревателях используются выхлопные газы ДВС или автономные форсуночные устройства. Главные достоинства этого способа обогрева следующие:

- в связи с уменьшением количества внутританковых устройств улучшается зачистка танков и снижается трудоемкость технического обслуживания;

- подогрев груза в танках может осуществляться практически до конца выгрузки.

К недостаткам этого способа обогрева относится снижение эффективности обогрева с ростом грузоподъемности танкера и возрастание стоимости оборудования. Поэтому такой обогрев применяется на малых танкерах.

В системах с электронагревателями подогрев осуществляется либо «голыми шинами» (прямой контакт с грузом), либо специальными нагревателями (весьма сложными и дорогими). Достоинства этого способа: простота в управлении, регулирование мощности, высокая долговечность и низкая стоимость оборудования. Недостатки: высокая стоимость электроэнергии, вырабатываемой на судне, чрезмерная пожароопасность (особенно при оголении шин в процессе выгрузки), недостаточная исследованность процесса подогрева.

Поэтому применение этого способа возможно только на небольших танкерах после дополнительных исследований.

В последнее время остро встала проблема подогрева груза на комбинированных судах (нефтерудовозах и др.), что обусловлено повреждением нагревательных элементов твердыми грузами, если они не имеют специальной защиты. Поэтому существуют предложения устанавливать нагревательные элементы в двойных переборках, в двойном днище, в специальных треугольных выгородках на переборках и днищах. Вероятно, наилучшим решением для комбинированных судов будет использование горячеструйного способа обогрева, если удастся решить проблему обогрева части груза в подогревателях.

На танкерах при перевозке высоковязких мазутов самым, сложным вопросом является задача определения времени подогрева груза, т.к. оно зависит от множества факторов: температуры и вязкости грузов, района плавания, условий окружающей среды и т.п. До настоящего времени расчетных методик времени начала подогрева груза перед выгрузкой не существует. Его определяют на основе накопленного опыта.

Температура тяжелых сортов груза перед выгрузкой должна быть на 12-15°С ниже температуры вспышки.

Легкие нефтепродукты I разряда с t_всп.≤28°C не подогреваются за исключением отдельных сортов высоковязких нефтей.

В рейсе рекомендуется допускать снижение температуры груза не ниже, чем t_заст.+5° С.

При оценке времени подогрева следует учитывать, что преждевременный подогрев обусловливает дополнительный перерасход топлива, а запоздалый – вызывает простои танкера под выгрузкой.

Обычно груз подогревают по группам танков (2-4 танка), т.к. на все танки сразу не хватит пара. Поэтому устанавливают очередность подогрева по группам (чаще всего с 8-ми часовым периодом).

В качестве опорных цифр, для расчетов можно принимать, что за 1 час нормального подогрева температура груза поднимается: летом на 1°С в бортовых и 0,5-0,7°С в центральных танках, а зимой – на 0,6-0,7°С и 0,4-0,5°С соответственно.

Пример: Температура подогретого груза (в конце подогрева) задается грузополучателем t_кон.=35°С летом и 40°С зимой, а начальная температура груза зависит от времени года: летом t_нач.=24°С, зимой t_нач.=15°С.

Расчет: Летом t_кон. - t_нач.=35-24=11°С.

Обогреваются 3 группы танков (по 8 часов). Для поднятия температуры груза на 11°С, при условии 1°С/час получим время подогрева 1·11·3=33 часа.

Зимой t_кон. - t_нач.=40-15=25°С, а время подогрева при 0,6°С/час будет 0,6·25·3=45 часов.

2.10. Система мойки танков.

Назначение мойки танков зависит от того, какова конечная цель, которую ставит перед собой экипаж для обеспечения взрывобезопасной среды в танках:

1. на балластный переход и приема чистого балласта;

2. возможности доступа людей в грузовые танки для проведения профилактических работ (без огневых работ);

3. возможности доступа в танки людей для выполнения огневых работ;

4. возможности доступа людей для зачистки танков под пищевые продукты.

Существуют различные технологии мойки танков, но самыми распространенными являются:

¨ мойка горячей или холодной водой;

¨ мойка водой со спец. растворителями;

¨ мойка сырой нефтью.

Мойка танков водой может производиться по замкнутому и не замкнутому циклу. При мойке и дегазации танка на балластный переход и прием чистого балласта выполняют следующие работы:

o мойку грузового трубопровода;

o мойку танков моечными машинками (обычно, холодной водой);

o вентиляция танков.

Эта последовательность работ сохраняется во всех 4-х случаях (см. выше), но отличается только тщательностью вентиляции танков после мойки и качеством выборки ржавчины и тяжелых осадков нефтепродуктов.

Ориентиром для доступа людей в танки без защитных средств и производства огневых работ является ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ паров нефтепродуктов в воздухе не более 0,3 мг/л.

Промывку грузовых трубопроводов начинают с палубных магистралей и стояков, а воду сливают в грузовой танк. Затем промывают трубопровод и приемные устройства (храпки) в танках. Каждая магистраль промывается своим насосом, вода остается в танках, если туда принимается балласт до мойки, или перекачивается в отстойные танки и танки, куда намечено принимать балласт.

Мерительные трубки и газоотводные трубы промывают горячей водой (струей).

Зачистные магистрали промывают в процессе мойки танков при зачистке эмульсии от мойки.

Мойка танков обычно производится горячей водой по замкнутому циклу или со сливом отстоя (за борт) через два отстойных каскада. Мойку начинают как можно раньше после выгрузки, чтобы не дать застыть битумным продуктам.

Перед мойкой принимают (в период выгрузки) балласт в чистые танки, а затем дополнительно в центральные танки. Последовательность мойки танков соответствует заранее разработанному плану на каждом судне.

Моечные машинки подвешивают на тросах (по несколько штук на один трос) по высоте на трех- четырех уровнях.

Обычно моют танки сначала одного борта, затем другого, а потом центральные танки. После мойки крышки люков и горловин оставляют открытыми для быстрого остывания и проветривания.

Химико-механизированная мойка, обеспечивающая: сокращение времени, снижение стоимости, улучшение условий труда и предотвращение загрязнения моря является сейчас основным способом мойки. Система мойки этим способом закрытая. Существует 3 варианта этой системы:

1. со специальными цистернами для моющего раствора, сбора и хранения отмытых нефтепродуктов;

2. без специальных емкостей с использованием грузовых танков для приготовления раствора и отстоя;

3. без специальной моечной системы (с использованием гибких шлангов для образования замкнутого цикла).

Принцип действия и устройство системы со специальными цистернами (1 вариант) хорошо видны на рис.2.23. Эмульсия из танка 7 зачистным насосом 4 сливается в цистерну моющего раствора 9, откуда, отстоявшаяся эмульсия самотеком поступает в отстойную цистерну 10 (в верхнюю часть). Отстоявшийся в цистерне 10 раствор насосом 2 подается к подогревателю 1 и далее на моечные машинки 6. Через сливное устройство 8 из цистерны 9 отстоявшиеся нефтепродукты сливаются или перекачиваются насосом 3 в цистерну сбора нефтепродуктов 11. После мойки чистый раствор из цистерны 10 сливается за борт, а нефтепродукты – в цистерну 11. После мойки цистерн 9 и 11 они могут использоваться для приема груза (дополнительно) светлых нефтепродуктов.

На танкерах, оборудованных системой мойки (2 вариант) (рис.2.24), специальной цистерны для приготовления раствора нет, и его готовят в отстойном танке 1, куда затем подается эмульсия из моющегося танка 2 насосом 3. Отстоявшийся в танке раствор 1 насосом 6 (в качестве которого может использоваться грузовой или зачистной насос) подается через подогреватель 4 к моечным машинкам 5 (в качестве трубопровода для подачи моющего раствора может использоваться палубная магистраль грузового трубопровода).

Мойка танков (3 вариант) является вынужденной и может рассматриваться как временная мера.

Рис.2.23. Схема мойки танков со специальными Рис.2.24. Схема мойки танков с использованием

цистернами для раствора и сбора остатков. грузовых танков для раствора и сбора остатков.

Мойка сырой нефтью представляет собой новый способ, пропагандируемый ИМО («Система мойки сырой нефтью», ИМО, рез.617Е). Согласно Правилу 13В этой резолюции каждый танкер, оборудованный Системой Мойки Сырой Нефтью (СМСН), должен иметь «Руководство по оборудованию и эксплуатации системы мойки .сырой нефтью», где дается технология мойки, разработанная специально для данного танкера.

СМСН оборудуется стационарными моечными устройствами, непосредственно связанными с грузовой системой. Использование сырой нефти в качестве моющего средства, имеет два главных достоинства:

1. сырая нефть хорошо отмывает остатки нефтепродуктов, являясь наилучшим растворителем для тяжелых фракций;

2. отмытые остатки используются вместе с грузом сырой нефти, не загрязняя море.

Однако использование СМСН связано с рядом трудностей как технического, так и организационного порядка.

Организационные трудности обусловлены жесткими требованиями ИМО к порядку ее использования и, прежде всего необходимостью испрашивать разрешение портовых властей на проведение мойки этим методом, которые могут не разрешить ее использование в порту. Кроме того, при использовании СМСН необходимо соблюдать особые меры предосторожности, т.к. в танках могут образоваться чрезмерные электростатические заряды.

Схема зачистных трубопроводов танкера "Пермь"

После применения мойки сырой нефтью танки необходимо сразу же заполнить инертным газом (по инструкции, разработанной для данного танкера).

В качестве примера можно привести новый танкер «Пермь», на котором в системе мойки танков предусмотрена возможность подключать стационарные моечные машины к грузовой системе (рис.2.25) для использования сырой нефти в качестве моющей среды.

В заключение следует отметить, что после мойки и дегазации танков при подготовке их к огневым работам или к приему пищевых продуктов должна производиться выборка ржавчины и твердых остатков с последующей ручной домывкой горячей водой (40-45ºС), обращая внимание на чистоту нижней части полок днищевого набора, куда не попадают струи воды от моечных машинок.