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

его непосредственном контакте с сорбентом. Исследования, проведен­ ные в университете г. Толидо (США) на растворах хлористого лития, показали, что в осушенном воздухе содержание микроорганизмов снижается на 97%. Дополнительным преимуществом обработки воз­ духа раствором хлористого лития является его способность абсор­ бировать вредные запахи [31].

В установках «Каргокэйр» используется триэтиленгликоль, или, как его называют, кайрколь, а в установках «Катабар» — раствор хлористого лития под условным названием катен.

Судовые триэтиленгликолевые установки «Каргокэйр» и хло­

воздуха была разработана в конце 50-х годов советскими специа­ листами для танкеров типа «Варшава» грузоподъемностью 27 000 т в целях предотвращения коррозии корпусных конструкций грузовых цистерн [35]. В этой системе воздух, засасываемый нагнетателем, создающим давление около 12 кПа (1200 мм вод. ст.), проходит через воздухоосушительную установку, где осушается и затем по­ дается в магистраль осушенного воздуха, проложенную на верхней палубе, откуда по отросткам поступает в каждую грузовую цистерну.

Воздухоосушительная установка вместе со всем оборудованием и нагнетатель расположены в специальном помещении на верхней палубе в средней надстройке. На магистрали осушенного воздуха и отростках установлены невозвратно-запорные клапаны. Отростки через верхнюю палубу проходят в грузовые цистерны. Внутри каж­ дой цистерны от отростка проходит труба со свободным нижним кон­ цом и прорезями в верхней части, по которой воздух поступает либо одновременно в нижнюю и верхнюю зоны пустой цистерны, либо через прорези только в верхнюю зону, когда она заполнена грузом. Считается, что наиболее интенсивная коррозия наблюдается после мойки цистерн. Поэтому осушенный воздух подается одновременно в верхнюю и нижнюю зоны, что, по мнению проектантов системы, должно способствовать быстрому высыханию корпусных кон­ струкций.

Применение системы технического кондиционирования воздуха привело к некоторым конструктивным изменениям системы газоот­ водных труб, которую стали выполнять раздельно для носовой, средней и кормовой групп цистерн. Сборные магистрали от каждой группы цистерн выведены на высоту более 11 м над верхней палубой. В сборные магистрали врезаются отростки от расширителя каждой цистерны. Дыхательные клапаны специального исполнения уста­ новлены на каждом отростке, а не на общей магистрали, как принято для обычных для того времени систем газоотводных труб. Это позво­ ляет в случае недостаточной герметичности одной из цистерн отклю­ чить от системы технического кондиционирования воздуха только данную цистерну.

Во всех цистернах, кроме заполненных балластом, постоянно поддерживается избыточное давление осушенного воздуха от 3 до

20

(1250 мм вод. ст.) открываются дыхательные клапаны и часть воздуха через систему газоотводных труб стравливается в атмосферу. При не­ обходимости можно произвести смену воздуха в цистерне путем от­ крытия дыхательного клапана вручную на 7— 10 мин.

Воздухоосушительная установка является основной частью си­ стемы. Производительность установки по воздуху 3000 мя/ч выбрана исходя из условия превышения суммарной производительности гру­ зовых насосов, составляющей '—-2250 м3/ч. Это позволяет при выдаче груза освобождающийся обд>ем немедленно заполнить осушенным воз­ духом и, кроме того, поднять давление осушенного воздуха в цистер­ нах для предотвращения попадания влажного наружного воздуха. Воздухоосушительная установка рассчитана на осушение воздуха с температурой 303 К при относительной влажности 85—90% до средней относительной влажности 30% при той же температуре.

В качестве адсорбента в установке используется силикагель марки КСМ.

Воздухоосушительная установка состоит из двух адсорберов, четы­ рехходовых клапанов (верхнего и нижнего), переключающего устрой­ ства, подогревателя и охладителя воздуха и трубопроводов воздуха.

Принципиальная схема воздухоосушительной установки изобра­ жена на рис. 9. Наружный воздух забирается нагнетателем 32 и через полость нижнего четырехходового клапана 31 подается в адсор­ бер 21, работающий в данный момент на фазе адсорбции. Осушенный воздух из адсорбера через полость верхнего четырехходового кла­ пана 13 попадает в магистраль осушенного воздуха. За верхним че­ тырехходовым клапаном установлены охладитель воздуха 12, в ко­ тором воздух, нагревающийся в адсорбере вследствие теплоты ад­ сорбции, охлаждается, и фильтр 11 очистки сухого воздуха от силикагелевой пыли перед поступлением его в цистерны. Вентилято­ ром 20, работающим на десорбцию, наружный воздух забирается через фильтр и подается в подогреватель воздуха 14, где нагревается до температуры 423 К. Через полость верхнего четырехходового кла­ пана подогретый воздух попадает в адсорбер,'работающий в данный момент на фазе десорбции, где поглощает воду из пор силикагеля. Из адсорбера горячий и влажный воздух через полость нижнего че­ тырехходового клапана 31 выбрасывается в атмосферу. После сра­ батывания переключающего устройства 23 заслонки четырехходовых клапанов 13 и 31 поворачиваются на 90°, в результате чего адсорбер, работавший ранее на фазе десорбции, будет работать на фазе адсорб­ ции, а адсорбер, работавший ранее на фазе адсорбции, будет рабо­ тать на фазе десорбции. Переключение четырехходовых клапанов произойдет после того, как силикагель при адсорбции настолько на­ сытится водой, что относительная влажность осушенного воздуха на выходе из установки превысит допустимую, равную 40%.

Время фазы адсорбции больше времени фазы десорбции на 45 мин. Таким образом, адсорбер, работающий на фазе десорбции, всегда будет подготовлен к работе на фазе адсорбции.

21

Адсорбер состоит из двух цилиндров, соединенных вверху и внизу общими крышками. Внутри каждого цилиндра установлены внутренний и наружный каркасы, на которые натянуты сетки. Между каркасами засыпан силикагель. Процесс адсорбции сопро­ вождается выделением теплоты и повышением температуры силика­ геля. После процесса десорбции температура силикагеля также зна­ чительно повышается, так как десорбция производится подогретым воздухом.

Для повышения активности силикагеля и предотвращения попа­ дания влажного воздуха в грузовые цистерны (что возможно, когда силикагель разогрет и почти не поглощает воду из воздуха) в слое силикагеля установлены змеевики охлаждения, по которым проте­ кает забортная вода. Четырехходовой клапан состоит из корпуса и заслонки, вращающейся на шарикоподшипниках. На заслонке имеются пружинные уплотнения для уменьшения перетекания воз­ духа из одной полости в другую. Переключающее устройство состоит из гидравлического сервомотора, вала и тяг с рычагами, связыва­ ющими вал с заслонками четырехходовых клапанов и со штоком сервомотора. Ход поршня гидравлического сервомотора, равный 155 мм, обеспечивает поворот заслонок четырехходовых клапанов на 90°. В качестве рабочей жидкости для сервомотора используется пресная вода от судовой системы.

Работа воздухоосушительной установки полностью автоматизи­ рована. Действие системы автоматического управления работой воз­ духоосушительной установки происходит следующим образом.

Нагнетатель 32, работающий на осушение, включается при давле­ нии в магистрали осушенного воздуха ниже 3,5 кПа (360 мм вод. ст.) и выключается при давлении, равном 8,5 кПа (850 мм вод. ст.), автоматически от реле давлений 1 и 6. С нагнетателем сблокирован электромагнитный клапан 30 подачи забортной воды от насоса в ох­ ладитель воздуха и охлаждающие змеевики адсорберов. С включе­ нием нагнетателя 32 клапан открывается, с выключением нагнета­ теля — закрывается. На схеме левый адсорбер работает на фазе адсорбции, а правый — на фазе десорбции. В этом положении элек­ тромагнитные клапаны 7 и 19 открыты, а клапаны 8 и 18 закрыты.

Охлаждение силикагеля на фазе адсорбции производится заборт­ ной водой непосредственно от охлаждающего насоса холодильной машины системы комфортного кондиционирования воздуха. Сили­ кагель охлаждается после конца фазы десорбции водой, выходящей из конденсатора холодильной установки. Во время десорбции сили­ кагеля электромагнитный клапан 16 закрыт и открывается только после срабатывания датчика температуры 29, фиксирующего конец фазы десорбции. Клапан 16 подачи забортной воды от конденсатора холодильной машины в охлаждающие змеевики адсорбера после конца фазы десорбции сблокирован с электромагнитным клапа­ ном 17 отлива за борт. Когда клапан 16 открыт, клапан 17 закрыт, и наоборот. Открытие и закрытие электромагнитных клапанов 7, 8, 18 и 19 производится в зависимости от замыкания или размыкания контактов на валике переключающего устройства, т. е. зависит

23

от положения заслонок четырехходовых клапанов 13 и 31, опреде­ ляющих работу адсорберов на фазе адсорбции или десорбции.

Смена фаз адсорбция-—десорбция происходит следующим обра­ зом. При повышении относительной влажности выходящего из уста­ новки воздуха более 35% срабатывает датчик относительной влаж­ ности 9, который открывает электромагнитный клапан 15 подачи пара на подогреватель воздуха и соответствующую пару электро­ магнитных клапанов (24 и 27 или 25 и 26) на трубопроводе подвода воды к гидравлическому сервомотору переключающего устройства.

Рис. 10. Схема воздухоосушительной установки типа ВОУ-2000 и ВОУ-ЗООО с твердым сорбентом.

Трубопроводы: ----- осушаемого воздуха;----------воздуха десорбции.

В результате этого поршень сервомотора перемещается вправо или влево, поворачивая вал переключающего устройства, связанный с заслонками четырехходовых клапанов 13 и 31 на 90°. После пово­ рота вала переключающего устройства замыкаются соответствующие контакты и включается вентилятор 20, работающий на регенерацию силикагеля.

По расчету фаза адсорбции длится около 2 ч, а фаза регенерации примерно 1 ч 15 мин; после окончания регенерации силикагель охла­ ждается наружным воздухом и забортной водой в течение приблизи­ тельно 45 мин. Конец фазы регенерации фиксируется датчиком тем­ пературы 29, при срабатывании которого (при температуре при­ мерно 353—363 К) закрывается электромагнитный клапан 15 подачи пара на подогреватель воздуха и открывается клапан 16 подачи за­

Охлаждение силикагеля после конца фазы регенерации до тем­ пературы 333 К производится одновременно наружным воздухом

24

(вентилятор продолжает работать после закрытия клапана 15 по­ дачи пара на подогреватель воздуха) и забортной водой. При тем­ пературе силикагеля 333 К срабатывает датчик температуры 22, выключающий вентилятор. Дальнейшее охлаждение силикагеля производится забортной водой, так как при прохождении через слой силикагеля (имеющего температуру ниже 333 К) наружного влажного воздуха силикагель начнет интенсивно поглощать из него воду.

основным характеристикам (табл. 2) [59].

В установку входят два адсорбера 9 и 12, в которых размещаются кассеты, заполненные силикагелем. В то время как в одном из адсор­ беров производится осушение наружного воздуха, в другом проис­ ходит процесс регенерации использованного силикагеля.

Через фильтр 6 и клапан 11 атмосферный воздух поступает в ад­ сорбер 12. В адсорбере воздух проходит через слой силикагеля тол­ щиной 300 мм. При адсорбции выделяется теплота, приводящая к повышению температуры сорбента и воздуха. Подогретый воздух через клапан 4 направляется в охладитель воздуха 3, где охлаждается

25

забортной водой. Далее двухступенчатым нагнетателем 2 воздух направляется по трубопроводам в обслуживаемые помещения. Через заданное количество времени работы адсорбера 12 автомати­ чески происходит переключение клапанов 4 и 11 я адсорбер 12 пере­ ходит на режим регенерации, а в адсорбере 9 начинается осушение воздуха для подачи его в помещение.

При осушении воздуха в адсорбере 12 вентилятор 7 через фильтр 6 забирает воздух из атмосферы и через паровой подогреватель 5 и клапан 4 направляет его в адсорбер 9. Подогретый воздух (с тем­ пературой около 423 К), проходя через слой увлажненного силика­ геля, высушивает его и далее с парами воды через клапан И направ­ ляется в атмосферу.

На рис. 10 показана схема автоматизации адсорбционной уста­ новки, предназначенной для танкера.

В грузовых цистернах нефтеналивных судов поддерживается избыточное давление в пределах 2,0—8,5 кПа (200—850 мм вод. ст.). Если в одной из цистерн избыточное давление снизится за указанный нижний предел, реле давления 1 подаст сигнал на щит 15, от которого поступит импульс на включение электродвигателя нагнетателя 2 и всей осушительной части установки. При переходе во всех цистер­ нах давления за верхний предел то же реле выключает установку. Электропневматический прибор КЭП-12у программного устройства 14 по истечении 1 ч 50 мин работы адсорбера на осушение включает переключатель 10 клапанов 4 я И и тем переводит работавший адсорбер на регенерацию, а другой адсорбер — на осушение воз­ духа.

При переводе адсорбера на регенерацию автоматически подается питание ко второму прибору КЭП-12у — программному устрой­ ству 13. Программное устройство 13 включает вентилятор 7 и откры­ вает электромагнитный клапан 8, подающий пар на подогреватель воздуха 5. Процесс регенерации длится непрерывно 1 ч 30 мин, после чего устройство 13 подает импульс к клапану 8, который перекры­ вает пар на подогреватель. Вентилятор продолжает работать еще 15 мин, охлаждая горячий силикагель атмосферным воздухом.

По истечении 1 ч 45 мин после начала регенерации адсорбер вновь может быть включен на осушение. Однако адсорбер, осушивший воздух, может работать с перерывами, и поэтому 1ч 50 мин его работы может закончиться значительно позже конца непрерывной регене­ рации другого аппарата.

Следует заметить, что подобная автоматизация процесса в адсорб­ ционной установке в принципе не исключает срыва ее работы из-за пересушивания силикагеля в процессе регенерации. Дело в том, что при осушении воздуха с малым влагосодержанием в течение 1 ч 50 мин увлажнение силикагеля может оказаться далеким от расчетного пре­ дела, и при прогревании силикагеля в течение 1 ч 30 мин во время регенерации он окажется пересушенным и неспособным погло­ щать влагу. Поэтому контроль окончания фазы десорбции по тем­ пературе воздуха, выходящего из адсорбера и проходящего регене­ рацию, является более оправданным.

26

с переключающими устройствами четырехходовых клапанов ра­ ботала нормально.

В 1964 г. было проведено наблюдение за работой установки в рей­ сах Одесса—Джакарта и Сингапур—Одесса. Т/х «Красный Октябрь» принял в январе 1964 г. в портах Черного моря генеральный груз, металл, металлоконструкции и серный колчедан. Температура на­ ружного воздуха при погрузке колебалась от 266 до 272 К. Темпе­ ратура при выгрузке в Джакарте была 305 К. На обратном рейсе транспортировался паркет без упаковки, сырая древесина, имбирь,

Рис. 12. Осушающая способность установки ВОУ-2000.

/ — начальное влагосодержание воздуха; 2 — влагосодержание на выходе из адсорберов.

корица, анисовое семя в мешках, бамбук, ковры и циновки, обшитые рогожей. Погрузка велась в условиях жаркого климата при периоди­ ческих дождях.

Испытания на судах «Красный Октябрь» и «Бежица» показали, что осушение воздуха в грузовых помещениях с помощью установок ВОУ-2000 является эффективным средством сохранности перевози­ мых грузов. Вместе с тем был отмечен ряд конструктивных и произ­ водственных дефектов, основным из которых является низкая тем­ пература воздуха десорбции (что подтверждается и расчетами с по­ мощью диаграмм Id — см. гл. V).

Внастоящее время установки ВОУ-2000 и ВОУ-ЗООО так же, как

иустановки «Каргокэйр» и «Катабар», морально устарели, прак­ тически выведены из строя и не используются, а системы работают

врежиме обычной вентиляции. Однако работы советских специали­ стов по их созданию явились важным этапом в совершенствовании отечественных систем технического кондиционирования воздуха.

Необходимо отметить, что в мировом судостроении в конце 60-х годов наметился спад в развитии этих систем. В условиях острой конкурентной борьбы судовладельцы стремятся сократить затраты на строительство судов и уменьшить расходы на их эксплуа­ тацию за счет сокращения экипажа. Можно ожидать, что с появле-

28

нием автоматизированного оборудования с повышенной производи­ тельностью для тепловлажностной обработки воздуха в техниче­ ских целях развитие систем технического кондиционирования воз­ духа в ближайшие годы достигнет уровня развития современных систем комфортного кондиционирования воздуха.

§ 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НА ТРАНСПОРТНЫХ СУДАХ КОНДИЦИОНИРОВАННЫХ

И Н Е Р Т Н Ы Х -В Ы П У С К Н Ы Х И Т О П О Ч Н Ы Х -Г А З О В

Б последнее десятилетие в мировом судостроении среди транс­ портных судов по суммарному дедвейту преобладали танкеры. К 1970 г. мировой выпуск танкеров примерно в два раза превысил выпуск 1964 г.

Танкерный флот СССР в 1970 г. пополнился новыми отечествен­ ными среднетониажными морскими нефтеналивными судами типа «Великий Октябрь» и «Керчь»,

в частности, сырой нефти самыми дешевым транспортным средством являются крупнотоннажные танкеры. На рис. 13 представлены дан­ ные изменения стоимости перевозок с увеличением размерений

ный флот насчитывал всего 69 судов дедвейтом более 100 000 т, то на верфях мира в этот период находилось в постройке уже 206 тан­ керов дедвейтом 100 000 т и более.

За счет танкеров для нефти и нефтепродуктов средний дедвейт танкеров, находившихся в портфеле заказов в 1969 г. и построенных

29