Совершенствование систем топливоподготовки


Категория Применение топлив в судовых дизелях

Основные принципы комплектации систем топливоподготовки оборудованием формируются исходя из требования высокой надежности системы при обеспечении необходимой подготовки топлива.

Это требование удовлетворяется в первую очередь путем резервирования оборудования систем топливоподготовки.

В настоящее время традиционным способом резервирования оборудования систем является взаимное дублирование одноименных агрегатов. Например, резервирование сепаратора осуществляется установкой второго сепаратора той же конструкции, производительности и т. д.

Рис. 1. Гомогенизатор вибро-механического принципа действия конструкции ЦНИИМФа

Но резервировать сепаратор можно и фильтрационной установкой, а, например, регулятор — вискозиметром или терморегулятором. При таком принципе резервирования обеспечивается как высокая надежность комплекта сдублированных агрегатов, так и необходимая его многофункциональность.

Действительно, если в системе фильтрационной установки резервным устройством является сепаратор, то это обеспечивает, с одной стороны, взаимное резервирование этих агрегатов, а с другой — позволяет при необходимости производить как фильтрацию для удаления из топлива механических примесей, так и сепарацию для удаления (главным образом) воды.

Подготовка топлива начинается с момента попадания его в запасные танки на судне. В комплекс подготовки входят следующие процессы обработки топлива: хранение в танках; перекачивание из танка в танк; улучшение эксплуатационных свойств перед сжиганием.

Процесс подготовки можно оценивать уравнением баланса, учитывающим потери горючей части топлива в процессе его хранения в танках, сепарации, фильтрации и отстоя в отстойных и расходных цистернах.

Уравнения баланса расхода и потерь позволяют сформулировать основные требования, предъявляемые к комплектации оборудования топливной системы, а также определить оптимальную принципиальную схему топливоподготовки.

I. Запасные танки для маловязких топлив (вида дизельных) обычно не имеют паровых змеевиков для обогрева.

В танках средневязких топлив (вида моторного ДТ) на судах действующего флота предусматривается или общий обогрев танков или местный — в районе приемного патрубка. Здесь необходимо отметить, что один местный обогрев является недостаточным для нормальной эксплуатации теплоходов. В северных широтах в зимнее время в результате резкого охлаждения деки в трюмах происходит застывание средневязких топлив, хотя они и имеют температуру застывания не выше —5 °С.

При использовании высоковязких топлив (вида ДМ или экспортного мазута +10 °С) в танках обычно предусматривается общий обогрев.

Известен еще один способ обогрева топлива в танках — это так называемый струйный разогрев топлива, принцип которого заключается в следующем. Топливо в танке разогревается путем подачи в него топлива, нагретого в подогревателе, установленном в помещении машинного отделения. В результате циркуляции через танк разогретого таким образом топлива осуществляется разогрев всей массы топлива, находящегося в танке.

Опыт применения на судах средне- и высоковязких топлив дает основание сделать следующий вывод:

при использовании топлив с температурой застывания минус 5 °С и выше, чтобы обеспечить нормальное перекачивание, его необходимо подогревать до температуры, при которой оно находится в жидкотекучем состоянии;

в качестве средств подогрева топлива целесообразно применять либо общий обогрев танков путем установки по всему объему танка паровых змеевиков, либо струйный разогрев топлива путем циркуляции через танк топлива, предварительно нагретого в подогревателе. Применение только местного обогрева недопустимо.

При выборе способа разогрева топлива в танках следует иметь в виду достоинства и недостатки каждого из них, рассмотренные ниже.

Подогрев топлива путем использования паровых змеевиков, устанавливаемых в танках, создает условия, при которых в топливе в результате неоднократных подогревов и охлаждений более интенсивно идут процессы осмоления и выпадения полимеризированных компонентов (агломератов смол, асфальтенов, карбенов и карбоидов) в осадок. Этот осадок скапливается на днище танка и превращается в гудронный трудноразрушаемый слой, удалять который приходится, применяя специальные химические средства очистки. К недостаткам этого способа подогрева топлива относится также и быстрое коррозионное разрушение паровых змеевиков обогрева и значительный объем ремонтных работ по их восстановлению.

Струйный разогрев топлива лишен указанных выше недостатков. Поскольку при таком способе разогрева топливо интенсивно циркулирует через танк, асфальто-смолистые вещества вместе с топливом подаются к средствам очистки, где часть этих веществ (карбены, карбоиды и частицы механических примесей неорганического происхождения) переходит в шлам, а часть (смолы и ас-фальтены), как горючая часть топлива, подается к дизелю. Таким образом, использование струйного разогрева сопровождается меньшими потерями горючей части топлива. Кроме того, при этом исключается загрязнение танков.

Значительное преимущество струйного способа — быстрый разогрев топлива, в 2—3 раза превышающий скорость разогрева топлива обычным способом — с помощью паровых змеевиков.

К недостаткам струйного разогрева топлива относится то, что этот способ предусматривает установку в машинном отделении дополнительных топливоперекачивающего насоса и подогревателя топлива.

II. Наиболее важной функцией системы топливоподготовки является обработка топлива с целью улучшить его эксплуатационные свойства. Такая обработка включает: очистку от твердых частиц органического (карбены и карбоиды) и неорганического (ржавчина, песок и прочие примеси) происхождения; очистку от аварийных количеств воды (более 2—3%); химическую обработку топлива (введение композиции присадок) для нейтрализации агрессивных соединений серы и морской воды, диспергирования асфальто-смолистых веществ, улучшения сгорания топлива в цилиндре дизеля; гомогенизацию топлива для обеспечения необходимой однородности его состава.

Из всех перечисленных видов обработки по улучшению эксплуатационных свойств топлив химическая обработка может производиться при изготовлении топлива на заводе, в процессе его хранения и переработки на нефтебазе, а также в процессе использования на судах.

Очистка топлив от частиц механических примесей органического и неорганического происхождения, а также от воды производится с применением получивших широкое распространение способов, к числу которых относится отстаивание в отстойно-расходных цистернах, сепарация и фильтрация.

И, наконец, гомогенизация топлив. Этот процесс направлен на получение однородного состава топлива. Здесь прежде всего ставится задача разрушить асфальтены и смолы, агломерированные в виде сгущений, пленок и других асфальто-смолистых образований, и в мелкодисперсном состоянии равномерно распределить их в основной массе топлива.

Обработка топлива для улучшения его эксплуатационных свойств не может быть достаточно эффективной, если применять какой-либо один из традиционных путей. Наибольшая эффективность обработки может быть достигнута только путем сочетания известных и новых методов. Здесь перспективным может оказаться сочетание гомогенизации с сепарацией и фильтрацией.

Предварительная гомогенизация топлива перед фильтрацией резко сокращает количество осаждаемых на фильтре отходов, в результате чего при фильтрации потери горючей части топлива минимальны, а периоды между чистками фильтрующих элементов значительно увеличиваются.

Предварительная гомогенизация топлива перед сепарацией также уменьшает потери горючей части топлива и увеличивает период между разгрузками сепаратора от шлама.

Использование предварительной гомогенизации является эффективным путем решения задач экономии топлива, уменьшения количества отходов сепарации и фильтрации, а также повышения надежности и моторесурса сепараторов и фильтров.

Первые результаты испытаний, проведенных ЦНИИМФом и Литовским морским пароходством на теплоходе «Нижний Тагил», показали высокую эффективность применения гомогенизации топлива перед его фильтрацией. Для гомогенизации топлива здесь был применен гомогенизатор ОГБ-М. Гомогенизацию топлива проверяли при давлении 100, 200 и 300×98066 Па и при температурах 36, 55 и 85°С.

Микроскопия проб топлива (флотского мазута Ф-5) до и после гомогенизации показала, что оптимальный эффект достигается при давлении 200 кгс/см2 и температуре 85°С. Размеры частиц механических примесей до гомогенизации достигали 30—40 мкм, а после гомогенизации не превышали 10—>14 мкм.

Измерение количества отложений на фильтре показало, что в фильтре Скаматик S-63 при работе на негомогенизированном флотском мазуте Ф-5 скапливалось за 6 ч работы около 350 г отходов. При работе фильтра на гомогенизированном топливе за этот же срок отходов образовывалось такое незначительное количество, что практически их невозможно было определить.

Полученные результаты позволяют по-иному посмотреть и на проблему использования в системах подготовки фильтрационных установок, особенно таких, как установки фирмы Софранс. При наличии гомогенизации нет смысла использовать дорогостоящие сложные фильтрационные установки типа Софранс. В этом случае могут с успехом применяться простые самоочищающиеся фильтры типа Скаматик или обычные фильтры тонкой очистки.

Испытания дизельной установки теплохода «Нижний Тагил» (дизель 9ДКРН 50/110) при обработке флотского мазута Ф-5 с помощью гомогенизатора ОГБ-М и очистке только лишь с помощью фильтра тонкой очистки, установленного перед дизелем, показали полную надежность работы установки. Топливная аппаратура работала без отказов, без зависаний плунжеров насосов и форсуночных игл.

С помощью гомогенизации, как показывают испытания, удается значительно уменьшить размеры частиц механических примесей. Однако эти частицы остаются еще значительными и могут вызывать нарушения в работе, в частности топливной аппаратуры дизелей.

Для того чтобы раздробить частицы механических примесей до размеров, полностью исключающих зависание плунжеров и форсуночных игл, необходимы дополнительные мероприятия по обработке топлива.

Здесь наиболее эффективным может оказаться химическая обработка топлива, в частности введение в топливо присадок с диспергирующими свойствами. Поверхностно-активные вещества этих присадок обладают способностью внедряться в структуру смолистых образований и диспергировать их.

С помощью диспергирующих присадок можно значительно уменьшить образование отложений в танках, цистернах, подогревателях, сократить потери топлива в процессе сепарации и фильтрации. Обычно в топливо вводят многофункциональные присадки, которые улучшают и другие эксплуатационные свойства топлива, такие как, например, способность полностью сгорать в цилиндрах дизеля, не вызывая значительных нагарообразований и износов деталей топливной аппаратуры и деталей ЦПГ.

Из рассмотренного видно, что оптимальная система топливо-подготовки должна предусматривать комплексную обработку высоковязких топлив, включающую химическую обработку (насыщение топлива диспергирующей присадкой), его последующую гомогенизацию и фильтрацию. Для удаления воды при аварийном обводнении высоковязкого топлива целесообразно использовать сепаратор, который в обычных условиях используется только для обработки маловязкого топлива.

III. Обработка топлива с целью улучшения его эксплуатационных свойств продолжается и непосредственно перед подачей в цилиндры дизеля. Особенностью этой обработки является то, что здесь этот процесс должен быть четко увязан с расходом топлива, с изменением расхода в результате изменения режима работы дизеля. Именно это обстоятельство ограничивает комплекс обработки топлива перед подачей его к дизелю такими основными процессами, как регулирование вязкости и контрольная фильтрация.

Вязкость топлива регулируют путем подогрева его до температуры, обеспечивающей ее снижение до значений, необходимых для качественного распыливания топлива форсунками.

Подогрев топлива производится с помощью подогревателей парового или электрического типа. Температура подогрева устанавливается в зависимости от того, какова исходная вязкость топлива, поступающего в подогреватель. Поддержание необходимой температуры осуществляется с помощью термостата или регулятора вязкости. Для того чтобы поддерживать топливо в подогретом состоянии на пути следования от подогревателя к топливному насосу и форсункам, избежать его охлаждения в трубопроводах, при остановках дизеля целесообразно использовать электрические гибкие нагревательные элементы (ГНЭ) с реостатами, которые могут обеспечивать подогрев топлива в трубопроводе в широком диапазоне температур. При отсутствии ГНЭ во избежание снижения температуры топлива перед форсункой ниже допустимого значения, вследствие потерь тепла на участке от подогревателя до форсунок, температуру подогрева топлива подогревателем следует поддерживать на несколько градусов выше, чем она должна быть у форсунок.

Основные направления совершенствования комплектации систем топливоподготовки оборудованием дают возможность предложить оптимальные схемы для следующих вариантов использования топлив дизельными установками: 1-й вариант — главный и вспомогательные дизели работают на маловязком топливе; 2-й вариант — главный дизель работает – на высоко- или средневязком, а вспомогательные — на маловязком топливе; 3-й вариант — главный и вспомогательные дизели работают на высоко- или средне-вязком топливе.

Во 2-м и 3-м вариантах для выполнения пусков и реверсов предусматривается применение маловязкого топлива. Таким образом, применение маловязкого топлива на судах предусматривается независимо от того, какой основной сорт топлива принят для установки.

Соответственно трем вариантам использования топлив в дизельных установках могут быть предложены три варианта систем топливоподготовки.

Системы топливоподготовки показаны на рис. 2. На рис. 2, а топливо из танка запаса I забирается непосредственно насосом и подается в сепаратор на очистку. После очистки в сепараторе топливо поступает в отстойно-расходные цистерны, откуда забирается топливоподкачивающим насосом 4 и через фильтр тонкой очистки направляется к насосам высокого давления и к дизелю (II — трубопровод к вспомогательным дизелям).

К главному дизелю и вспомогательным дизелям топливо может подаваться и самотеком.

Как видно, здесь для очистки топлива принят самоочищающийся сепаратор. Для малозязкого топлива это является наиболее рациональным решением, поскольку тогда топливо с достаточной полнотой и тонкостью очищается от механических примесей и воды. Использование сепаратора для очистки топлива особенно целесообразно еще и потому, что эта система рекомендуется для установок с высокооборотными дизелями, которые более чувствительны к присутствию в топливе воды. К тому же маловязкое топливо характеризуется слабыми смазывающими свойствами, поэтому присутствие в нем воды, ухудшающее эти свойства, может привести к отказам в работе топливной аппаратуры.

В настоящее время дизельные установки чаще всего комплектуются дизелями, причем главные работают на высоко- или сред-невязко.м топливе, а вспомогательные — на маловязком топливе. Система топливоподготовки для дизельной установки с таким вариантом использования топлив приведена на рис. 20, б. Система состоит из двух линий — линии маловязкого топлива и линии высоко- или средневязкого топлива.

На каждой линии предусмотрены топливоперекачивающие насосы. Высоко- или средневязкое топливо из своего танка III подается обычно через гомогенизатор на очистку в фильтрационную установку. При обводнении его пропускают через сепаратор.

В системе предусмотрен подогреватель IV, который используется для подогрева топлива перед очисткой, а также и для подогрева топлива в танках запаса III методом струйного разогрева.

Очистка маловязкого топлива из танка производится только сепаратором. Очищенные топлива направляются в расходные цистерны, откуда через смесительную колонку забираются одним из топливоподкачивающих насосов 9 для подачи к главному дизелю и по трубопроводу II — к вспомогательным дизелям. На пути следования к дизелю топливо проходит через подогреватель и фильтр тонкой очистки. Излишек топлива от топливных насосов высокого давления направляется обратно в смесительную колонку.

В последние годы наряду с применением высоко- и средневязких топлив в главных дизелях решается задача по переводу на эти топлива вспомогательных дизелей. Несмотря на ряд трудностей, связанных с особенностями конструкции и работы вспомогательных дизелей, уже сейчас получен положительный опыт их работы как на средне-, так и на высоковязком топливах.

Рис. 2. Системы топливоподготовки для дизельных установок:
а — работающих на маловязком топливе: б — с,главным дизелем, работающим на высоко-или средневязком топливе, и вспомогательными дизелями, работающими на маловязком топливе; а — с главными и вспомогательными дизелями, работающими на высоко- или средневязком топливах

Для работы главных и вспомогательных дизелей на высоко- и средневязких топливах может быть рекомендована система топливоподготовки, приведенная на рис. 20, в. Эта система по основным своим элементам идентична предыдущей. Отличие состоит только в том, что к магистрали главного дизеля подключен топливопровод вспомогательных дизелей.

Топливоперекачивающие насосы перекачивают топливо из танка в танк. Кроме того, они подают топливо на очистку, а также при необходимости струйного разогрева топлива в танках II обеспечивают циркуляцию топлива, нагреваемого с помощью подогревателя IV. Этот же подогреватель обеспечивает подогрев топлива перед его очисткой. Очистка высоко- или средневязкого топлива из танка III производится с помощью фильтрационной установки с предварительной обработкой в гомогенизаторе. В случае обводнения топлива оно подвергается очистке в сепараторе, который обычно используется как средство очистки маловязкого топлива из танка. В случае образования стойкой водотопливной эмульсии предусматривается предварительная гомогенизация топлива перед тем, как пропустить его через сепаратор и затем через фильтрационную установку. Очищенные топлива поступают в расходные цистерны, откуда через смесительную колонку 8 забираются одним из топливоподкачивающих насосов.

Подогрев высоко- или средневязкого топлива осуществляется подогревателем, после чего оно поступает через фильтры тонкой очистки к топливным насосам высокого давления главного и вспомогательных дизелей. Излишек топлива от насосов возвращается в смесительную колонку.

Ко всем трем вариантам системы топливоподготовки судовых дизельных установок предъявляются следующие общие требования.

1. Объем автоматизации систем топливоподготовки должен соответствовать знаку автоматизации дизельной установки. Технические средства автоматизации должны обеспечивать: последовательность выполнения операций в соответствии с инструкцией по эксплуатации системы; поддержание регулируемого параметра в заданном инструкцией диапазоне.

2. Все средства централизованного и автоматизированного контроля и управления, относящиеся к системе топливоподготовки, должны .быть сосредоточены на местном пульте управления. В центральный пост управления должны быть выведены обобщенные сигналы работы системы топливоподготовки.

3. Конструкция системы топливоподготовки должна обеспечивать: легкий доступ к основным узлам и оборудованию системы; быструю разборку и сборку основных узлов и оборудования на судне силами команды; возможность поузловой и агрегатной замены основных элементов системы. Наиболее рационально комплектовать систему блоками, совместными с системами автоматического регулирования, контроля и сигнализации.

4. Расходные цистерны высоко- или средневязкого топлива должны быть оборудованы: сигнализацией верхнего и нижнего уровней; системой обогрева топлива; системой перелива топлива.

В системах следует предусматривать две расходные цистерны (на рисунках не показаны). При этом емкость каждой цистерны должна обеспечивать работу установки в течение не менее 24 ч.

Грязевые цистерны должны располагаться непосредственно под средствами очистки топлива. Они должны быть оборудованы: устройством по контролю уровня шлама; системой обогрева; вентиляционным трубопроводом с противопожарной сеткой.

В качестве откачивающего средства рекомендуется использовать винтовые негерметичные насосы или систему сжатого воздуха. Шлам из грязевой цистерны должен подаваться либо в емкости для сдачи на береговых базах, либо в утилизационное устройство для сжигания.

5. Подогреватели топлива в системе должны быть оборудованы устройствами, обеспечивающими поддержание необходимой вязкости. Для этой цели в подогревателе, установленном перед дизелем, необходимый подогрев топлива контролируется регулятором вязкости, расположенным в системе топливоподготовки за подогревателем.

Диапазон настройки регулирования подогревателя для струйного подогрева и очистки топлива должен составлять 40—90 °С, неравномерность регулирования не более 8 °С.

В системах рекомендуется устанавливать: два подогревателя для струйного разогрева и очистки топлива (на рисунках показан один); один подогреватель перед дизелем.

Топливопроводы от расходных цистерн до насосов высокого давления могут быть оборудованы обогревающими средствами — электрическими гибкими нагревательными элементами.

Форсуночные трубопроводы должны иметь теплоизоляцию или обогреваться ГНЭ.

Обогревающие устройства открытых систем должны быть снабжены терморегуляторами для поддержания температуры подогрева топлива на 15 °С меньше температуры его вспышки.

6. В системах должно быть предусмотрено устройство для ввода присадок (на рисунках не показано) в топливо до его гомогенизации и очистки — для диспергирования асфальто-смоли-стых веществ, защиты топливной аппаратуры от коррозии и улучшения сгорания топлива в цилиндрах дизеля. Дозатор присадки может быть установлен в системе струйного разогрева топлива или перед гомогенизатором.

Ввод присадок в топлива в судовых условиях может производиться только в том случае, если топлива не содержат заводских присадок.


Читать далее:

Категория Применение топлив в судовых дизелях