книги из ГПНТБ / Хордас, Г. С. Техническое кондиционирование воздуха и инертных газов на судах

«баттерфляй» с резиновым уплотнением и гидравлическим либо пневматическим приводом (рис. 54).

Конструкции, применяемые в системах типа А, достаточно про­ сты, и основные усилия фирм и компаний направлены па надежную защиту оборудования от коррозии и на обеспечение контроля состава газов, поступающих в грузовые цистерны.

§9. СИСТЕМЫ

СДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКОЙ ГАЗОВ,

ОТБИРАЕМЫХ ОТ ДЫМОХОДОВ КОТЛОВ

Вгруппу систем с дополнительной обработкой топочных газов входят системы типов Б и В.

соды).

При орошении газов, содержащих окислы серы раствором Na2C03, происходит реакция с образованием сульфита и сульфата натрия

(Na2S03 и Na2S04):

503 -I- Na2C03-> Na2S04 + C02 1 .

Количество соды, необходимое для поглощения, например 1 м3 двуокиси серы [при 273 К и 101,325 кПа (760 мм рт. ст.)], может быть определено с помощью равенства

цией двуокиси серы 0,1% потребуется около 95 кг/ч карбоната на­

114

трия. За рейс расходуется несколько тонн карбоната натрия. Это обстоятельство сдерживает широкое распространение систем типа Б, тем более что в ряде конструкций скрубберов достигается высокая степень очистки газов от S 0 2 забортной водой (см. § 8). Вместе с тем использование щелочных растворов позволяет избежать за­ грязнений акваторий портов и гаваней, а также вод открытых морей и океанов подкисленной водой с низким pH (см. стр. 46), сливаемой из скрубберов при работе систем инертных газов.

При обработке газов водой имеет место равновесие, обусловли­

С помощью раствора Na2C03 можно добиться нейтрализации кислой среды с образованием безвредных для окружающей среды сульфита и сульфата натрия:

H2S04 4 - Na2C03 — Na2S04 4- C02 j 4 - H20.

Систему инертных газов типа «Поллюшн Фри» 1 с безвредными выбросами за борт разработала и запатентовала японская фирма Мицубиси Какоки Кайся. Схемы систем можно выполнять с вынос­ ными и встроенными баками для щелочного раствора.

В системе с выносным баком (рис. 55, а) в нижней секции скруб­ бера 1 происходит очистка и охлаждение газов водой, подаваемой циркуляционным насосом 5. Часть подкисленной воды направляется в бак со щелочным раствором, откуда после нейтрализации с помощью насоса 4 удаляется за борт. Пополнение количества циркулирующей воды производится с помощью насоса забортной воды 2. Этим же насосом забортная вода подается для охлаждения циркуляционной воды и щелочного раствора в водяных охладителях 6 и 7. Во второй секции скруббера производится дополнительное улавливание окислов серы щелочным раствором. Часть раствора, содержащая сульфит и сульфат натрия, образовавшихся при орошении газов раствором Na2C03, удаляется за борт насосом 4 вместе с частью воды, посту­ пающей из нижней секции скруббера и подвергаемой нейтрализации в баке 3 со щелочным раствором.

Более компактна система с баком, встроенным в скруббер 1 (рис. 55, б). Забортная вода, поступающая от насоса 2, впрыски­ вается в патрубок входа газов, затем через внутреннюю переливную трубу направляется во встроенный бак 3 и после нейтрализации кислой среды насосом 4 выбрасывается за борт. Этот же насос обеспе­ чивает циркуляцию раствора, содержащего как карбонат натрия,

1 Pollution free (англ.) — свободно от загрязнений.

За 5орт

так и сульфит н сульфат натрия и подаваемого па орошение газов. В верхней секции скруббера производится доохлаждение свободных от окислов серы газов забортной водой. Как видим, первая схема системы, хотя и является более громоздкой, но полностью исключает возможность вредных выбросов за борт. И в той, и другой схемах кар­ бонат натрия расходуется как на очистку газов от S 0 2 и S03, так и иа нейтрализацию выбрасываемой за борт воды.

В связи с этим требуется периодическое пополнение бака техни­ ческой содой. Можно ожидать, что в ближайшие годы применение систем, подобных разработанной японскими специалистами системе инертных газов «Поллюшн Фри», станет обязательным при стоянке судов в портах и гаванях и при плавании по внутренним во­ доемам.

Системы т и п а В также не получили столь широкого распро­ странения, как системы типа А. Здесь уместно отметить, что отбор газов от дымоходов котлов предопределяет в большинстве случаев подачу в грузовые цистерны значительных количеств газов.

Для осушения больших количеств газов в поверхностных охла­ дителях требуется установка холодильных машин довольно значи­ тельной холодопроизводительности. Так, для достижения темпера­ туры точки росы 283—285 К у газов после их выхода из скруббера с температурой 308—310 К и относительной влажностью 95— 1 0 0 % требуется отвести около 90 кДж/кг газов тепла (см. гл. V). Следо­ вательно, для супертанкера дедвейтом около 200 00 0 т при произво­

в системе указанной производительности и необходимости достиже­ ния той же температуры точки росы масса сорбента должна быть не менее 3 т при трехчасовом цикле регенерации. Это обусловливает значительный габарит адсорбера (объем до 10 м3).

Системы с осушением газов с помощью жидких сорбентов вклю­ чают в себя дополнительно сложное оборудование (абсорберы, десорберы, теплообменники, насосы и др.). Тем не менее при проек­ тировании первого отечественного крупнотоннажного танкера типа «Крым» дедвейтом 150 000 т было признано целесообразным приме­ нить систему инертных газов с использованием для осушения жидкого сорбента. Такое решение в основном было предопределено работами по созданию циклонно-пенных аппаратов для обработки газовых смесей (см. гл. II).

Предложения об использовании циклонно-пенных аппаратов для осушения инертных газов были сделаны советскими специали­

необходимых данных был получен при испытаниях воздухоосуши­ тельной абсорбционной установки ВАУ-800, в которой осушение воздуха производилось водным раствором хлористого лития в ци­ клонно-пенном аппарате (см. гл. II).

117

Схема системы изображена на рис. 56. Схема предусматривает выполнение следующих функций 173 1:

— охлаждение инертных газов, отбираемых из дымохода паро­ вых котлов, и очистку газов от двуокиси серы и несгоревших твер­ дых частиц;

— осушение инертных газов раствором хлористого лития; ■— дегазацию грузовых цистерн наружным воздухом.

В системе используются отходящие топочные газы главного котла, имеющие следующий объемный состав: 0,57% кислорода, 74% азота, 13,5% двуокиси углерода, 0,06% двуокиси серы, остальное — пары воды.

Газы с температурой 393 К поступают через специальный кла­ пан — поворотный затвор (типа «баттерфляй») — в циклонно-пенный охладитель и очиститель, где охлаждаются до температуры 308 К и очищаются от сернистых соединений.

Примененные в системе клапаны — поворотные затворы с дистан­ ционным управлением — при помощи электропривода предназна­ чены для автоматического открытия и закрытия трубопровода инерт­ ных газов в зависимости от подаваемых сигналов в период пуска системы, аварийных ситуаций и выводе системы из действия.

Конструктивно клапан выполнен в виде фланцевого корпуса с рас­ положенным внутри затвором. Привод находится с внешней стороны корпуса и имеет устройство для ручного закрытия.

Клапан разработан в двух модификациях — с металлическим уплотнением и мягким уплотнением. Клапан с металлическим уплот­ нением предназначен для работы в среде газов с температурой до 403 К. Клапан с мягким уплотнением используют в тех участках трубопровода, где проходят газы с температурой около 313 К; он допускает работу при максимальной температуре газа до 343 К.

Охлаждение и очистка инертных газов в циклонно-пенном аппарате осуществляется забортной водой. Циклонно-пенный аппарат полу­ чил более упрощенное конструктивное оформление. Охладитель и очиститель газов — скруббер представляет собой аппарат, состоящий из полого цилиндра, внутренней центральной трубки, являющейся активной частью аппарата, тангенциального брызгоотбойника, от­

1 Описание конструкции циклонно-пенного скруббера см.: Авторское свиде­ тельство № 339301. С. А. Богатых, В. М. Сидоров, М. П. Уманский. Циклонно­ пенный скруббер. М. Кл. В 01647/02.

118

Степень очистки инертных газов от сернистых соединений со­ ставляет около 99% первоначальной объемной концентрации.

Охлажденные и очищенные инертные газы с температурой 308 К и относительной влажностью 90% поступают в циклонно-пенный осушитель (абсорбер) 3, в котором осуществляется процесс их осу­ шения при контакте газа с раствором хлористого лития в слое пены с активной высотой, равной приблизительно 300 мм.

Для транспортировки газа установлены два нагнетателя 4. Нагнетатель инертных газов разработан на базе выпускаемых оте­ чественной промышленностью газодувок типа ТГ-200-1,25 и пред­ ставляет собой трехступенчатую центробежную машину, ротор которой соединен с электродвигателем посредством упругой муфты. Ротор состоит из вала, рабочих колес сварной конструкции и ди­ станционных втулок. Опорами вала служат подшипники качения. Уплотнение рабочих колес и вала — лабиринтовое.

Нагнетатель имеет следующие характеристики:

Поскольку вредный подогрев газа в высоконапорном нагнетателе достигает 25 К, на напорной магистрали каждого нагнетателя уста­ новлены поверхностные охладители типа ОВП-63. Охлаждение газа в этих охладителях осуществляется забортной водой.

Охладители представляют собой поверхностные ребристо-труб­ ные аппараты и имеют следующие характеристики:

Блок осушения инертных газов состоит из следующих аппаратов и механизмов: циклонно-пенного абсорбера 3, циклонно-пенного десорбера 10 — для регенерации раствора хлористого лития, охла­ дителя 15 раствора, идущего на абсорбцию, подогревателя 14, рас­

телю и очистителю инертных газов. Различие в принципе действия абсорбера от циклонно-пенного охладителя и очистителя заклю­ чается в том, что вместо забортной воды в активное пространство абсорбера подается раствор хлористого лития.

Абсорбер имеет следующие характеристики:

120

Поскольку регенерация раствора хлористого лития осуще­ ствляется при температуре 393 К и температура в баке раствора может со временем повышаться, то перед подачей раствора в абсорбер он проходит через охладитель, прокачиваемый забортной водой.

Конструктивно охладитель выполнен в виде поверхностного кожухотрубного теплообменного аппарата, прокачиваемого заборт­ ной водой.

Основные характеристики охладителя:

Часть раствора хлористого лития, идущая на регенерацию, подо­ гревается в паровом подогревателе типа ПЗВ-2. В междутрубное пространство аппарата подается от судовой системы хозяйствен­ ного пароснабжения насыщенный пар давлением, равным около 0,6 МПа (6 кГс/см2). Корпус подогревателя стальной, крышки брон­ зовые, трубные доски латунные с мельхиоровыми трубками.

121

Основные характеристики подогревателя:

При понижении концентрации раствора до 41% автоматически включается электромагнитный клапан на трубопроводе подачи пара в подогреватель ПЗВ-2 и электровентилятор 40ЦС-17. При достиже­ нии расчетной концентрации раствора хлористого лития (42%) электромагнитный клапан прекращает подачу пара в подогреватель

раствора хлористого лития предусмотрена установка охлаждающих электронасосов забортной воды 20 и 21, работающих последовательно.

Система автоматического управления, контроля и сигнализации выполняет следующие функции: местный и дистанционный пуск в действие системы, поддержание и контроль заданных параметров работы, защиту и сигнализацию при аварийных ситуациях, местный и дистанционный вывод из действия.

При выдаче груза система инертных газов работает непрерывно, создавая постоянное избыточное давление в цистернах. При этом оба нагнетателя работают параллельно, обеспечивая подачу в грузо­ вые цистерны около 18 000 м3/ч инертных газов, что превышает суммарную производительность грузовых насосов, составляющую

15 000 м3/ч.

При ходе судна в грузу или балласте в цистернах автоматически поддерживается избыточное давление, равное 2—9 кПа (200— 900 мм вод. ст.). При падении давления в любой цистерне до 2 кПа автоматически включается один из нагнетателей, открывается соот­ ветствующая дистанционно управляемая арматура и запускаются насосы забортной воды. При достижении во всех цистернах давления 9 кПа нагнетатель, арматура и насосы автоматически отключаются. Одновременно автоматически включается и выключается оборудо­ вание для осушения газов.

При работе системы производится контроль следующих пара­ метров: температуры газов на входе и выходе охладителя, темпера­ туры газов на входе в грузовые помещения, содержания кислорода в инертных газах, относительной влажности газов на входе в ци­ стерны, концентрации раствора хлористого лития на выходе из аб­ сорбера и давления газов на входе в грузовые цистерны.

На пульте управления предусмотрены помимо приборов контроля температуры и влажности газов, содержания кислорода в них и концентрации раствора хлористого лития также сигнализация о ра­ боте нагнетателей, насосов и вентилятора подачи воздуха десорбции. Обобщенный сигнал о нормальной работе системы выведен в ЦПУ.

Нагнетатели инертных газов отключаются при содержании кислорода в инертных газах свыше 5%, падении давления газов

122

в магистрали ниже 1,25 кПа (125 мм вод. ст.) и повышении темпе­ ратуры газов на входе в цистерны свыше 318 К.

При любой из этих аварийных ситуаций в ЦПУ и рулевую рубку подается обобщенный аварийный сигнал.

Циклонно-пенные аппараты, насос раствора хлористого лития, теплообменные аппараты и трубопроводы раствора выполнены из антикоррозионных материалов.

Несмотря на ряд недостатков (высокая строительная стоимость системы, повышенный расход энергии в связи с использованием кон­ тактных аппаратов с высоким аэродинамическим сопротивлением) п трудность получения экономического эффекта от снижения скоро­ сти коррозии (в связи с большими толщинами материалов, применя­ емых в корпусных конструкциях танкеров, см. гл. V), изготовление, монтаж и эксплуатация систем на крупнотоннажных судах типа «Крым» позволят накопить богатый опыт и сделать серьезный шаг к широкому внедрению систем инертных газов на отечественных морских транспортных судах.

§10. СИСТЕМЫ

САВТОНОМНОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ ГАЗОВ

Как видно из приведенной в § 7 классификации, автономная гене­ рация газов может осуществляться в турбогенераторах с одновре­ менным получением электроэнергии (системы типа Г) и в специальных камерах сгорания (системы типов Д и Е). Успешное использование газотурбинных двигателей (ГТД) в авиации, постоянное улучшение их технических характеристик способствовали внедрению их в судо­ строение как в качестве главных, так и вспомогательных дви­ гателей.

Возможность использования ГТД для получения инертных газов с одновременным отбором мощности привлекла внимание специали­ стов разных стран еще в конце 50-х годов. В 1957 г. английской ком­ панией Давид Бурдворч была запатентована система, в которой для получения инертного газа и нагнетания его к месту использования был применен ГТД, расположенный на одном валу с центробежным нагнетателем, подающим выпускной газ от двигателя внутреннего сгорания в камеру сгорания газовой турбины. В камеру сгорания впрыскивается топливо, газ дожигается и направляется на охлажде­ ние. Продукты сгорания охлаждаются в скруббере орошающего типа.

Фирмой Гиббонс Бротчер был разработан переносной генератор инертных газов с использованием газовой турбины. В системе пре­ дусматривается двухступенчатое сгорание топлива. После газовой турбины фирмы Перкенс Марс мощностью около 37 кВт (50 л. с.) горячие отработавшие газы, содержащие излишек воздуха, подаются в камеру дожита, где содержание кислорода снижается до 2%.

Количество генерируемого газа равно 2950 м3/ч при температуре 305 К и давлении 0,1 МПа (1 кгс/см3). При этом расход охлаждаю­

123