Система инертных газов с оборудованием автоматизации
Для защиты грузовых танков от взрыва, а именно для поддержания в них атмосферы с низким содержанием кислорода и снижения концентрации углеводородного газа до безопасных пределов, на танкере-нефтевозе «Azov Sea» используется система инертного газа голландской фирмы SMIT SINUS с автономной газогенераторной установкой.
Система инертного газа состоит из следующего оборудования:
1) Два центробежных вентилятора (каждый обеспечивает 100%-ое подачу воздуха), каждый оборудован панелью управления и станцией пускателей.
2) Генератор инертного газа:
- камера сгорания со скруббером;
- форсунка;
- местная панель управления и станция пускателя электродвигателя топливного насоса;
- анализатор кислорода;
- система клапанов и измерительных приборов и датчиков;
3) Топливный насос со станцией магнитного пускателя (имеет резервный не подсоединённый насос).
4) Клапана на главной линии:
- клапан контроля давления в камере сгорания;
- клапан доставки инертного газа на палубу (delivery valve);
- клапан сброса инертного газа в атмосферу;
- клапан сброса излишнего давления (bleed valve);
5) Панель в ПУГО:
- самописец давления в палубной магистрали и содержания кислорода в инертном газе;
- различные сигнализации и индикаторы;
6) Прерыватель давления/вакуума.
7) Палубно-водяной затвор.
8) Панель на мостике.
Получение инертного газа достигается путём сжигания топлива и воздуха в камере сгорания генератора инертного газа.
Газогенераторная установка автономного типа содержит центробежные вентиляторы, которые повышают технико-экономические показатели, благодаря значительному снижению гидравлического сопротивления на всасывании и надёжность из-за подачи воздуха, а не инертного газа. Структурная схема системы инертного газа приведена на рисунках 98-99. На этой схеме воздух из атмосферы подаётся одним из вентиляторов в топочное устройство для обеспечения процесса горения. Расход воздуха регулируется через специальные отверстия на входе в камеру сгорания так, чтобы содержание кислорода в газе было в нужных пределах. Вентиляторы имеют запорные клапана на выходе, которые содержат конечные выключатели и блокируют запуск СИГ, если пускается вентилятор с закрытым клапаном. Форсунка установлена в специальной пушке, которая может перемещаться вперёд или назад. Этим достигается изменение величины пазов в распыляющем кольце вокруг головки форсунки. Пушка также имеет связь с клапаном на топливном трубопроводе. Поэтому расход воздуха и топлива регулируется одновременно и соотношение между ними неизменно. Перемещением пушки достигается изменение производительности генератора.
При розжиге генератора инертного газа сначала подаётся топливо на форсунку розжига. Пламя загорается с помощью трансформатора розжига и свечи. Пламя форсунки контролируется датчиком пламени форсунки розжига.
Главная форсунка разжигается от пламени форсунки розжига, а наличие пламени также контролируется датчиком пламени главной форсунки. Топливо главной форсунки распыляется в две стадии. Сначала оно распыляется через сопло форсунки, а затем закручивается потоком воздуха, проходящего через пазы распыляющего кольца вокруг головки форсунки.
Камера сгорания имеет зарубашечное пространство, в котором циркулирует охлаждающая забортная вода. Горячие газы выходят через скруббер, в котором они охлаждаются и очищаются распылённой забортной водой и осушаются от влаги. Пары воды конденсируются на полипропиленовом фильтре и стекают вниз. Грязная вода стекает в сточный трубопровод, который представляет собой гидрозатвор, выведенный за борт. В этом трубопроводе всегда находится определённый уровень воды. Расположение скруббера рассчитано так, чтобы уровень воды при полной загрузке судна, не вызывал снижения производительности газогенератора. В результате создаётся водный затвор, предотвращающий выход газов через трубопровод.
Для лучшего сгорания при постоянной подаче воздуха, давление в камере сгорания должно поддерживаться на уровне 0,15 бар. Давление поддерживается с помощью клапана контроля давления, который контролирует давление по следующему принципу. Давление в камере сгорания измеряется датчиком и преобразуется в сигнал уровня 4-20mА с помощью преобразователя. Выходной сигнал сравнивается с уставкой, соответствующей давлению 150 mбар. В соответствии с отклонением измеряемого давления от уставки, вырабатывается управляющий сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм клапана, который отрабатывает так, чтобы уменьшить отклонение. При пуске СИГ клапан открыт, а система управления клапаном активируется через 95 секунд после запуска генератора. Трубопровод доставки инертного газа имеет пневматический клапан остановки, который называется клапан доставки.
Палубный водяной затвор и механический невозвратный клапан, вместе взятые, представляют собой устройства, автоматически препятствующие оттоку газов, выделяемых грузом, из грузовых танков в машинное отделение, в котором размещен газогенератор. Это устройство является основным препятствием для противотока газа. С помощью водяного затвора осуществляется подача инертного газа в палубную магистраль и предотвращается любой противоток выделяемого грузом газа даже тогда, когда газогенератор отключён.
Рис.100 Газогенератор системы инертных газов
Необходимо постоянно поддерживать определённый уровень воды в затворе. Предусмотрены сигнализации о предельно низком уровне воды в палубном затворе и о низком давлении в питательном трубопроводе. Тревожные сигналы подаются в ПУГО и ЦПУ. Насос палубного водяного затвора постоянно осуществляет подачу воды, которая сливается за борт через верхнее сливное отверстие и тем самым осуществляется поддержание постоянного уровня воды в затворе. В случае неисправности насоса затвора, имеется возможность подключения системы охлаждения забортной воды к питающему трубопроводу с помощью системы клапанов. Палубный водяной затвор неосушаемого типа. Во время работы газогенератора газы проходят через воду, перекрывающую погружной выпускной трубопровод инертного газа, но если давление в танки превышает давление в линии выпуска инертного газа, то эта вода вдавливается во впускной трубопровод и, таким образом, предотвращает противоток газа. Недостаток водяного затвора заключается в том, что вместе с потоком инертного газа выносятся водяные капли и при этом может усилиться процесс коррозии в танках. Поэтому в целях снижения влажности инертного газа в затворе установлена антиконденсатная подушка.
В качестве дополнительной меры по предотвращению оттока газа из грузовых танков и жидкости, которая может поступить в магистраль инертного газа в случае перелива грузовых танков, после палубного водяного затвора и механического невозвратного клапана устанавливается секущий клапан, который предназначен для отсечения грузовых танков от системы инертных газов при ремонтных работах в танках.
Пневматический клапан на трубопроводе выхлопа инертного газа в атмосферу называется клапаном сброса. Он находится перед клапаном доставки газа на палубу, в МО. При пуске СИГ он открыт (при этом клапан доставки закрыт). Его назначение – контроль давления в трубопроводе доставки инертного газа. В ПУГО с пульта задают требуемое давление в танках, тем самым, задавая уставку в виде давления рабочего воздуха. Датчик на трубопроводе после прерывателя давления/вакуума измеряет значение давления в танках. Если производительность генератора больше, чем производительность грузовых насосов, то часть газов сбрасывается в атмосферу. Производительность генератора может быть в этом случае настроена вручную на минимальную производительность в целях экономии топлива и меньшего загрязнения окружающей среды. Установка контроля давления в трубопроводе главной палубы фирмы SMIT SINUS состоит из двух датчиков давления и индикатора давления. Сигнал от датчика давления используется для управления клапаном сброса инертного газа в атмосферу во время инертизации танков, для индикации давления, записи на самописец в ПУГО, а также для обеспечения сигнализации о высоком и низком давлении в танках. Сигнализация об уровне давления в танках возможна даже при отключенном газогенераторе. При срабатывании сигнализации о высоком давлении, полностью откроется клапан сброса газа в атмосферу. Сигнализация о низком давлении является предупредительной. В случае её срабатывания необходимо запустить генератор или увеличить его производительность.
Сигнализация о предельно низком давлении в танках обеспечивается датчиком, срабатывающим по максимально-допустимому низкому давлению. Его нормально-открытые контакты обеспечивают остановку грузовых насосов. Но генератор продолжает работать.
Защита от высокого и низкого давлений в магистрали главной палубы также осуществляется прерывателем вакуума/давления открытого типа фирмы SMIT SINUS. В случае предельного низкого давления в танках, жидкость, находящаяся внутри прерывателя всасывается в танки и они сообщаются с атмосферой. В случае предельного высокого давления – жидкость вытекает наружу и танки также сообщаются с атмосферой. Эта защита срабатывает в том случае, если все другие отказали. В случае срабатывания прерывателя, он наполняется вручную смесью дистилированой воды с гликолем.
Итак, грузовые танки имеют 4 степени защиты по давлению:
1) Предварительная сигнализация о ненормальном давлении в танках с помощью системы SAAB и установленных датчиков давления в каждом танке.
2) Сигнализация о предельно-низком давлении в танках с остановкой грузовых насосов.
3) Срабатывание клапанов вакуума (-350 бар) и высокого давления (1200 бар), установленных на ракетах.
4) Срабатывание прерывателя вакуума/давления.
Приведённые сигнализации срабатывают в приведённом порядке, в случае отказа предыдущих.
Анализатор содержания кислорода OM 10 STD фирмы OXITRON постоянно измеряет содержание кислорода в инертном газе и обеспечивает сигнализацию в случае низкого или высокого содержания. Максимальная величина составляет 4%, а минимальная 0,5%. В случае срабатывания сигнализации газогенератор останавливается. Это позволяет оператору произвести необходимые настройки системы и проверить работу газогенератора. Калибровка датчика производится путём смещения показаний датчика при подключении его измерительного канала к баллону, который содержит газ с определённым низким содержанием кислорода. При подключении измерительного канала к системе сжатого воздуха усилением устанавливается известная величина содержания кислорода в воздухе (20,9%).
Система инертного газа имеет различные панели управления:
- местная панель управления (LCP) – является главной панелью управления газогенератором;
- панель управления в ПУГО – с этой панели возможно управление клапаном доставки инертного газа в палубную магистраль, а также осуществляется контроль за давлением в главной палубной магистрали;
- панель на мостике – небольшая панель, показывающая давление в магистрали, а также некоторые элементарные функции, требуемые классификационным сообществом;
- другие панели – такое оборудование СИГ как вентиляторы, топливный насос оборудуется панелью станции магнитных пускателей, на которой находится переключатель и основные индикаторы.
Ввиду того, что техническое состояние оборудования зависит от периодичности его технического обслуживания, то его необходимо проводить регулярно. В случае долгого простоя, систему необходимо включать в работу, во избежание коррозии, заклинивания клапанов и т.д. Включение производят не реже 1 раза в месяц на период 30 минут.
Необходимо также периодически проверять состояние головки главной форсунки (в случае укорочения длины пламени или появлении воздушных ям, её необходимо заменить).
Перед каждым пуском необходимо:
- проверять калибровку анализатора кислорода;
- дважды провернуть рукоятку топливного фильтра;
- прочистить фильтр в измерительной линии анализатора кислорода;
- почистить фильтра в системе контроля давления воздуха и в линии анализатора кислорода.
Через каждые 250 часов работы необходимо:
- снять форсунку розжига и прочистить топливный и воздушный распылитель;
- проверить состояние зажигательной свечи (при необходимости произвести чистку);
- снять главную форсунку и прочистить топливный и воздушный распылитель, проверить сопло на повреждение (если необходимо, то заменить);
- осушить и прочистить отстойник топливного фильтра;
- разобрать и прочистить воздушный фильтр;
- почистить фильтры регулятора давления;
Каждый год необходимо:
- снять смотровую крышку скруббера и произвести его чистку растворителем;
- произвести чистку антиконденсатной подушки;
- осмотреть трубы и водные распылители и если необходимо, то почистить;
- проверить калибровку датчиков температуры и давления;
- замена батарейки PLC;
- проверить настройку и работу устройств безопасности.
Необходимо также по мере необходимости производить смазку подшипников электродвигателей вентиляторов, топливного насоса.
Фекальная система
Устройство очистки фекальных и санитарных (гигиенических) вод BRODOPUR BP-25 предназначено для очистки судовых вод и рассчитано на экипаж не более 34 человек.
Фекальные воды стекают из душевых, туалетов, шпигатов, камбуза и прачечной. В соответствии с требованиями фекальные воды должны проходить полную биологическую очистку и процесс дезинфекции, а санитарные воды только дезинфекцию. В связи с этим система может очищать в сутки 2, 38 куб.м. фекальных вод и 7,82 куб.м. санитарных вод.
Устройство очистки фекальных и санитарных вод BRODOPUR BP-25 имеет форму контейнера, предназначено для установки на судах и подсоединяется непосредственно к сточному трубопроводу и собирает сточные воды из туалетов отдельно от санитарных вод. Сточные воды поступают в устройство самотёком.
Фекальные воды проходят биологическую очистку в аэрационном бассейне, куда принудительно, с помощью компрессора, подают воздух. При наличии воздуха и воды (часть санитарных вод самотёком попадает в фекальную цистерну) происходит процесс саморазложения фекальных вод (биологическая очистка). После этого очищенные фекальные воды попадают в цистерну с санитарными водами, перемешиваются и проходят стадию дезинфекции. Дезинфекция происходит с помощью дезинфицирующего устройства, которое состоит из бочки с хлоркой (NaHCl) и дозирующего насоса. Уровень в дезинфекционном танке контролируется с помощью трёхпозиционного поплавкового реле.
Автоматизация процесса заключается в следующем. При достижении поплавковым реле верхнего уровня, замыкаются контакты цепи управления ЭД откачивающего насоса и чистые воды откачиваются за борт. При достижении поплавком нижнего положения откачивающий насос отключается и включается дозирующий насос, который работает в течение 36 секунд и за это время перекачивает 50 миллилитров раствора, которого хватает для дезинфекции 200 литров санитарных вод. 100 литров раствора хватает на 40 дней. При достижении водой верхнего уровня опять срабатывает реле и начинается процесс откачки воды за борт.
Фекальная система также имеет панель управления типа КО-ВР, которая включается главным переключателем. Панель питается переменным трёхфазным напряжением 440 В, 60 Гц. Перед включением панели необходимо все переключатели поставить в нулевое положение. Кроме главного переключателя S1 имеются переключатели режимов работы откачивающего насоса (S2), компрессора (S3) и дозирующего насоса (S4). Переключением этих переключателей можно установить автоматический или ручной режим работы устройств, а также отключить их.
Время работы дозирующего насоса можно изменять путём изменения настройки реле времени (24-480 секунд), находящегося внутри панели управления.
После включения потребителей в работу, на панели управления загораются зелёные сигнальные лампы, свидетельствующие о работе, а также запускаются счётчики наработки механизмов. Проверка работоспособности ламп может быть осуществлена нажатием кнопки тестирования.
При срабатывании защиты от перегрузки, которая осуществляется тепловыми реле, загораются соответствующие красные сигнальные лампу на панели управления. Также в случаях неисправности компрессора и достижения предельного уровня в дезинфекционной цистерне, срабатывает звуковая сигнализация.
Обслуживание установки производится регулярно и состоит в следующем. Чистка внутреннего пространства осуществляется один раз в год. Последовательность действий:
- закрыть клапана на сточных трубопроводах санитарных и фекальных вод;
- клапана сброса воды оставить открытыми;
- отключить компрессор, насос и устройство дезинфекции;
- открыть смотровую крышку;
- открыть клапана на трубопроводах стока моечной воды;
- запустить насос вручную и осушить аэрационную и всасывающую камеры, а затем остановить насос; НЕ ДОПУСКАТЬ РАБОТЫ НАСОСА ВХОЛОСТУЮ!
- слить оставшуюся воду путём открытия осушительных клапанов;
- после полной осушки камер можно открыть боковые смотровые крышки для осмотра и чистки;
- во время осмотра необходимо снять сетку и промыть под сильной струёй воды вместе с аэроциционным устройством;
- во время осмотра проверить состояние внутренних окрашенных поверхностей и всех соединений;
- осмотреть реле уровня и соединения внутри всасывающей камеры;
- после осмотра все резиновые уплотнения должны быть покрыты слоем герметика, а крышки поставлены на место.
Также необходимо регулярно смазывать подшипники электродвигателей и заменять смазочное масло дозирующего насоса каждые 5000 часов работы.
Котельная установка
На танкере-нефтевозе «Azov Sea» установлен утиль-котёл типа KIP / PSK производительностью 1600 кг в час при давлении пара 10 бар.
Утиль-котёл является водотрубным с принудительной циркуляцией воды, которая проходит через теплообменник. Выхлопные газы от главного двигателя имеют высокую температуру порядка 300-400ºС. Эти газы также проходят через теплообменник и нагревают трубки с водой.
Утиль-котёл работает параллельно со вспомогательным котлом, который также выполняет функции парового бассейна и обеспечивает место для парового разделения. Поэтому вспомогательный котёл всегда находится в режиме готовности к пуску и включается в работу только в том случае, если упало давление пара.
Вода поступает в утиль-котёл с помощью насосов, которые берут её от вспомогательного котла. Пароводяная смесь, произведённая в утиль-котле, поступает обратно в барабан вспомогательного котла для разделения.
Вспомогательная котельная установка обладает рядом особенностей, по сравнению с главными котельными установками паросиловых СЭУ. Расход топлива вспомогательного котла сравнительно мал, поэтому регулирование соотношения топливо-воздух для него не имеет существенного значения. Уровень воды и давление пара изменяются довольно медленно. Однако нагрузка изменяется в широком диапазоне от нуля до максимальной, что усложняет схему автоматического регулирования. Малая аккумуляция тепла вспомогательным котлом и ограниченная глубина регулирования форсунки осложняет подачу топлива.
Вспомогательный котёл не имеет пароперегревателя и вырабатывает насыщенный пар давлением 9 бар, необходимый для обеспечения хозяйственно-бытовых нужд, подогрева танков, тяжёлого топлива, смазочного масла. Вспомогательный котёл является водотрубным с естественной циркуляцией при паропроизводительности 19000 кг/ч. Весь цикл работы котла, т.е. розжиг топлива, регулирование давления пара, уровня воды и температуры подогрева топлива, а также остановка котла и сигнализация при аварийных значениях регулируемых параметров происходит по заданной программе без помощи обслуживающего персонала. При этом потребители обеспечиваются необходимым количеством пара при заданных параметрах, что осуществляется воздействием на три основных тракта котла: питательный, топливный, воздушный.
Система автоматического управления вспомогательным котлом в соответствии с изменением нагрузки обеспечивает подачу воды, топлива и воздуха в количестве, необходимом для надёжной и экономичной работы. Система работает по электромеханическому принципу.
Регулятор котла двухимпульсный, работающий по комбинированному принципу, т.е. по отклонению регулируемой величины и по возмущению (нагрузке), или по уровню воды и расходу пара. В регуляторе используется ПД закон регулирования.
Регулирование подачи топлива в топку котла осуществляется двухпозиционным регулятором; регулируемой величиной является давление пара на выходе из котла. Система автоматически поддерживает заданное давление, периодически прекращая подачу топлива.
Подача тяжёлого топлива регулируется электромагнитным клапаном на топливном трубопроводе. В диапазоне малых нагрузок схема работает как двухпозиционная, при остальных нагрузках – по принципу пропорционального регулирования.
Соотношение между топливом и воздухом устанавливается зависимостью, определяемой опытным путём.
Уровень воды в котле регулируется двухпозиционным регулятором. При уменьшении уровня ниже установленного нижнего уровня Нн=0 мм. открывается клапан на трубопроводе питательного насоса, который закрывается при достижении верхнего уровня Нв=50 мм. Котёл имеет защиту по верхнему предельно допустимому значению Нмах.в=100мм и нижнему Нмin.н=-75 мм значениям уровней, которую обеспечивает регулятор питания. При срабатывании защиты по верхнему предельно допустимому значению отключается питательный насос.
Регулирование процесса горения в топке котла осуществляется при помощи реле нормального давления, настроенного на определённый диапазон давления (7,5кг<P<9,5кг). При возрастании давления в котле выше 9,5 реле подаёт сигнал на закрытие клапана подачи топлива. Подача топлива прекращается, но продолжается подача воздуха в топку для её продувки. Через 28 секунд отключаются двигатели вентилятора.
При понижении давления в топке до нижнего значения 7,5 реле давления включает электродвигатели вентилятора и через 28 секунд, после вентиляции топки котла, включается трансформатор зажигания и электромагнитный клапан на трубопроводе дизельного топлива форсунки розжига. Топливовоздушная смесь зажигается возникающей между концами электродов электрической дугой. При зажигании факела фотоэлемент отключает трансформатор зажигания и подаёт сигнал на открытие клапана на трубопроводе тяжёлого топлива. После того как загорелся факел, второй фотоэлемент прекращает подачу дизельного топлива на форсунку розжига, путём закрытия клапана на трубопроводе.
Защита по максимальному давлению Рмах=10кг в котле осуществляется с помощью реле давления, которое прекращает процесс горения. Одновременно включается световая и звуковая сигнализации. Автоматика обеспечивает вентилирование топки до зажигания факела во избежание возможного взрыва в топке или газоходе.
Защиту факела от срыва обеспечивают два фотоэлемента (основной форсунки и форсунки розжига) со своими фотореле. При срыве факела закрывается электромагнитный клапан подачи топлива и осуществляется продувка топки котла, а также включается соответствующая сигнализация.
На танкере-химовозе «Azov Sea» вспомогательный котёл управляется автоматическим блоком управления LEC1/8868, который предназначен для контроля и полного автоматического управления пуском вспомогательных котлов, имеющего топливную форсунку с принудительным дутьём. Программное управление обеспечивается за счёт кулачков с определённым профилем, объединённых на одном валу. Блок управления работает совместно с блоком контроля пламени LAE10 с фоторезисторным датчиком RAR7. Блоки съёмные и предназначены для установки в щите управления. Переключающим механизмом блока управляет синхронный двигатель, а реле блока, так же как и все другие выключатели, управляющие элементы и элементы регулирования смонтированы на компактной печатной плате. Вращающиеся на валу кулачки замыкают и размыкают соответствующие контакты цепей управления, обеспечивая выполнение алгоритма работы.
Процесс розжига котла может начаться только в том случае, если будут выполнены следующие условия:
- переключающий механизм блока управления установлен в начальное положение;
- блок управления не блокирован;
- все контакты системы управления и системы защиты находятся в соответствующих положениях.
При выполнении этих условий и получения команды «Пуск» запускается ЭД вентилятора котла. Как только заслонка полностью откроется, запускается механизм программного управления (начинается отсчёт времени продувки топки котла). За время 10 секунд должно установиться минимальное давление в топке. Если этого не произойдёт, то сработает блокировка запуска и не поступит сигнал на пуск форсунки.
После продувки топки воздушная заслонка получает команду на установку в положение минимального угла открытия. Во время прикрытия заслонки механизм программного управления остаётся неподвижным. Как только исполнительный механизм (заслонка) достиг требуемого угла открытия, переключающий механизм запускается снова и теперь управляет программной последовательностью включения механизмов в следующей последовательности:
- включение трансформатора предварительного розжига;
- открытие первого топливного клапана (топливо подаётся на форсунку розжига);
- включение уставки времени для определения наличия пламени (если за время выдержки не появится пламя, то запуск блокируется);
- через 11 секунд после открытия первого клапана открывается второй (топливо подаётся на основную форсунку);
- отключается форсунка розжига;
- через 12 секунд включается в работу регулятор.
После включения в работу регулятора форсунка выводится на рабочую нагрузку.
Сигнализация котла, связь его со шкафом автоматики и программа обработки аварийных сигналов обеспечиваются микропроцессорным блоком фирмы INELTEH типа RTH-875. Блок выполнен по модульной структуре и включает в себя микропроцессорный модуль, блок ПЗУ и модули ввода/вывода.
Производительность котла регулируется с помощью компаунд-регулятора фирмы Honeywell типа М6284. Регулятор представляет собой двигатель постоянного тока с двумя обмотками (реверсивные обмотки) и редуктор, соединённый с ним. Всё вместе это является одним блоком. Выходной вал редуктора механически связан с топливным клапаном и воздушной заслонкой. При изменении подачи топлива и воздуха соотношение воздух-топливо остаётся постоянным. Это соотношение можно изменить механической регулировкой рычажной системы. Сам двигатель имеет защиту по угловому перемещению вала в виде двух конечных выключателей.