Система инертных газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

З кожним роком більшого значення набувають питання безпеки при перевезені сирої нафти, зріджених газів та іншого подібного вантажу. Цілісне перевезення багатьох вантажів в трюмах транспортних суден, так само як і запобігання обводненню рідкого вантажу в танках суден-газовозів, запобігання корозії огороджувальних поверхонь вантажних відсіків усіх типів суден та утворенню вибухонебезпечних концентрацій летючих компонентів вантажів, утворення сприятливих кондицій вологого повітря в загально суднових пневмосистемах - усі ці питання покликані вирішувати суднові системи технічного кондиціювання повітря (ССКП). [2]

При перевезенні рідких вантажів утворюються вибухонебезпечні концентрації парів рідких вантажів з атмосферним повітрям, особливо при навантажувально - розвантажувальних роботах та баластних переходах. Радіальним вирішенням питань пожежонебезпеки нафтоналивного флоту і суден - газовозів є створення у вантажних відсіках інертного середовища, позбавленого кисню. Це може бути забезпечено за допомогою утворення ефективних суднових систем інертних газів, обладнаних високопродуктивними генераторами газів, що здійснюватимуть подавання кондиційованих випускних і топкових газів у вантажні приміщення.

Вибухи на декількох супертанкерах, в результаті яких були нанесені значні збитки, посилили увагу класифікаційних товариств і міжнародних організацій, страхових, судновласницьких і суднобудівельних фірм і компаній різних країн до проблеми безпеки морських перевезень нафти, нафтопродуктів та зріджених газів. Були розпочаті дослідження по виявленню причин вибухів і розробці ефективних заходів, у тому числі і законодавчих, направлених на підвищення безпеки експлуатації танкерів, газовозів та інших подібних суден.

Після ретельних досліджень все звелося до визначення і вивчення усіх чинників, що обумовлюють можливість займання і вибуху на всіх стадіях експлуатації судна (в період вантажних і зачистних операцій, миття вантажних цистерн, прийому баласту та ін.).

Системи, призначені для кондиціонування випускних і топкових газів з високим ступенем інертності і подальшої подачі їх у вантажні приміщення, отримали в суднобудуванні умовне найменування систем інертних газів, а суміш газів вказаного складу з великим змістом інертних складових і незначним змістом кисню стали називати інертними газами.

Інертне середовище в суднових приміщеннях підтримується або за допомогою інертного газу, що генерується в спеціальних установках, або за допомогою інертного газу, що зберігається в суднових ємкостях. У останньому випадку запаси інертного газу мають бути визначені з розрахунку нормального витрачання не менше чим за 30 діб.

1. ЗАЙМИСТІСТЬ

В процесі горіння пари вуглеводнів взаємодіють з киснем, що міститься в повітрі, утворюють двоокис вуглеводню і воду. В процесі даної реакції проходить виділення такої кількості тепла, якого достатньо для утворення видимого вогню. При цьому відбувається нагрів поверхні рідини і виділення додаткових парів, достатнього для підтримки горіння. В такому разі говорять, що рідина не горить, але горять пари, які вона виділяє.

Займання, яке носить в закритому вантажному приміщенні вибуховий характер, може бути викликане наявністю трьох елементів, які складають так званий «вічний трикутник»: джерело займання, паливо і достатня кількість кисню.

Рисунок 1.1 - Три складових, які обумовлюють виникнення займання

Джерелом займання можуть бути іскра, що виникає при падінні якого-небудь металевого предмету; дизельний ефект; гарячі поверхні парових змійовиків обігріву вантажу і накопичення заряду статичної електрики, зв'язаної, зокрема, з тертям рухомого середовища об стінки трубопроводу. Якщо перші три чинники піддаються певному контролю, то появу розрядів статичної електрики, особливо при митті вантажних цистерн великого об'єму уникнути практично неможливо. Встановлено, що небезпечні розряди статичної електрики виникають, коли вода, що подається відкритим способом, сильно розбризкується на залишки нафти або зрідженого газу, що знаходиться у вантажних цистернах. На всіх стадіях експлуатації танкерів неможливо уникнути присутності у вантажних цистернах і другого елементу, необхідного для займання - палива. В нашому випадку пальна речовина - це є вибухонебезпечна концентрація парів вуглеводнів. Залежно від роду вантажу, його температури і операцій, що проводяться, в незаповненому вантажному просторі цистерни знаходяться та або інша кількість легкозаймистої пари зріджених газів, що є сумішшю летючих фракцій, - окремих вуглеводнів з серії нормальних парафінів (метану, пропану, етану та ін.). Кожний з цих газоподібних вуглеводнів має свої межі займистості.

Характерно, що після миття вантажних цистерн зміст легких вуглеводнів, таких як метан і етан, знижується, і межі займистості (ніжній і верхній) відповідає меншій їх концентрації. [1]

Межі займистості, що характеризуються значеннями об'ємної концентрації вуглеводнів в повітрі від 2 до 10%, охоплюють велику частину складів газоподібних сумішей вуглеводнів, що утворюються при перевезенні газу. Проте з урахуванням можливості перевезення світлих нафтопродуктів і створення необхідного запасу межі нижньої і верхньої меж розширюються відповідно до 1,1 і 11,5% об'ємній концентрації вуглеводнів в повітрі.

Об'ємна концентрація вуглеводнів у вільному просторі вантажних цистерн, особливо при проведенні вантажних операцій і миття, може знаходиться між вказаними значеннями. При прийомі вантажу, зокрема зріджених газів, над поверхнею рідини утворюється концентрований шар газоподібних вуглеводнів. Цей шар піднімається разом з рідиною без помітної зміни концентрації. Гази, що виходять з цистерни, на початку прийому вантажу в основному складаються з повітря і незначної кількості вуглеводнів, потім концентрація вуглеводнів починає зростати до тих пір, поки концентрований шар не досягає вихідного отвору.

Концентрація третього елементу - кисню в суміші вуглеводнів, азоту і кисню - робить істотний вплив на її властивості. Експериментальним шляхом було встановлено, що запалення парів вуглеводнів в суміші з повітрям неможливо, якщо об'ємний вмісту кисню в суміші нижче 10,8%.

На рис. 2.2 показано, як із зменшенням концентрації кисню звужуються межі займистості вуглеводнів. При концентрації кисню менше 11,5% займання неможливе так само, як і при перезбагаченні або збідненні вуглеводнями. Вантажні операції і миття цистерн можуть проводиться, таким чином, при одному з трьох складів суміші газів у вантажних приміщеннях (рис. 2.3)

1-критична лінія процесів змішення з повітрям; 2-зона низького змісту кисню (можливість займання відсутня); 3-зона перезбагаченої суміші (можливість займання відсутня); 4- лінії граничного змісту кисню в повітряно-вуглеводневій суміші (правіше за лінію суміш теоретично нездійсненна); 5-зона займання; б-зона збідненої суміші (можливість займання відсутня).



А'Б - змішення перезбагаченої суміші з повітрям за відсутності системи інертних газів (процес йде через зону займистості); ВВ' - надходження інертних газів в цистерни; В'Б - змішення з повітрям після продування цистерн інертними газами (процес йде нижче за критичну лінію).

1. Концентрація газів відповідає або зоні займистості ( точка А) або зоні над верхньою межею займистості - газова суміш перезбагачена вуглеводнями; склад не контролюється.

2. Концентрація вуглеводнів шляхом вентиляції вантажних цистерн доведена до значень менш нижньої межі займистості - збіднена газова суміш (точка Б).

Концентрація кисню штучно зменшена (точка В).

Встановлено, що більш ніж на 85% газовозів миття цистерн виконувалося при стані суміші газів, відповідному крапкам А і А'. Щоб уникнути займання прагнули забезпечити максимальну герметизацію вантажних приміщень, щоб виключити можливість появи в них джерела займання.

На деяких судах застосовується штучне перезбагачення суміші (вприскування палива та ін.).

Наявність в перезбагаченій суміші (точки А1) стає особливо небезпечною при навігаційних аваріях суден (зіткнення, посадці на мілину та ін.), коли процес раптового розбавлення суміші повітрям, що потрапляє через пробоїну, неминуче проходить через зону займистості (лінія А'А).

На деяких суднах використовується метод збіднення газової сміші. Щоб забезпечити параметри газової суміші, відповідної точці Б, в процесі вентилювання неминучий перехід через зону займистості (лінія А'Б), що загрожує небезпекою вибуху. Крім того немає гарантії, що збіднена суміш зберігається і в процесі миття цистерн.

Деякими компаніями була зроблена спроба уникнути перехід через зону займистості, так була розроблена система «Кемет». У цій системі під час вступу повітря у вантажні цистерни через чотири вхідні пристрої на верхній палубі відбувається не перемішування газів, а поступове заміщення перезбагаченої суміші збідненою. Шар вибухонебезпечної суміші поступово переміщається до днища цистерн, звідки через трубопровід віддаляється в атмосферу за допомогою пароструйного ежектора. У надпалубний простір, таким чином, викидається суміш газів і водяної пари.

Складність цієї системи полягає в необхідності ретельного зрівнювання швидкості надходження повітря через чотири вхідні пристрої.

Суміш третього складу з пониженим вмістом кисню може бути отримана за допомогою суднової системи, що забезпечує подачу у вантажні цистерни або чистих інертних (нейтральних) газів: азоту і двоокису вуглецю (вуглекислого газу), або суміші інертних газів з незначним змістом кисню (до 5%). Азот і двоокис вуглецю можуть для цієї мети зберігається в газоподібному або зрідженому вигляді в балонах, спеціальних цистернах і ін., як це і робиться на деяких судах для створення інертної подушки над відносно невеликою кількістю палива. Проте у разі потреби регулярної подачі у вантажні цистерни великих кількостей інертних газів значно дешевше використовувати відповідним чином відпрацьовані і доведені до заданої кондиції (кондиціоновані) випускні і топкові гази. Вони відбираються від двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ) і газових турбін з подальшим допалом, парогенераторів або утворюються в автономних камерах згорання (генераторах газів).[ 2]

Якщо до прийому вантажу цистерни заздалегідь заповнити інертними газами, в підпалубному просторі буде знаходиться газова суміш, параметри якої відповідають приблизно точці В (див. рис. 2.3).

У разі раптового проникнення повітря в цей простір (наприклад, через пробоїну при навігаційній аварії) параметри суміші можуть переміститися в зону займистості (процес ВБ). Це залежить від розмірів і місця пробоїни, а також від об'єму не заповненого вантажем простору, що обумовлюють інтенсивність перемішування з повітрям, що поступає. Проте при найбільш небезпечних операціях (розвантаженні, митті, плаванні з баластом) за допомогою подачі інертних газів суміш може бути доведена до параметрів, відповідних крапці В'. Тоді процес змішування з повітрям (наприклад, при вентиляції, пробоїнах) пройде нижче за критичну лінію (процес В'Б).

За відсутності системи у вантажній цистерні газова суміш знаходиться у вибухонебезпечному стані, за наявності системи склад суміші є безпечним і з надходженням інертних газів у міру розвантаження суміш набуває параметрів крапки В' (див. рис. 2.3).

1.1 Температура запалення (спалаху)

Так як суміші вуглеводнів з повітрям запалюються тільки в межах вузького діапазону, тоді, в принципі, існує можливість визначення таким шляхом виміру тиску парів. В нафтовій промисловості використовують два основні методи визначень степені запалення нафтопродуктів.

Один з них - це визначення дійсного тиску парів, а другий - визначення температури спалаху, за допомогою якої безпосередньо визначається займистість (за виключенням мазутів). При такому випробовуванні проб рідини поступово нагрівають в спеціальному тиглі, а джерело відкритого вогню через деякі інтервали часу однократно і короткочасно підносять до поверхні рідини.

Діє багато приборів для визначення температури спалаху, але всі вони діляться на два типи.

При використанні приборів першого типу поверхня рідини постійно контактує з атмосферою, в результаті чого одержують так звану температуру спалаху в відкритому тиглі.

При використанні приборів другого типу просторі над рідиною закрито, в результаті визначають температуру спалаху в закритому тиглі.

При визначенні температури спалаху в відкритому тиглі відбуваються деяке розсіяння парів рідини, тому температура буде на кілька градусів (приблизно 6°С) вище, ніж при значенні її в закритому тиглі. Другий метод визначення температури спалаху більш точний, тому його використання має перевагу.

інертний газ займання кондиціонування

1.2 Температура загорання

Температура загорання на 20-25°С вища за температуру спалаху.

Температура загорання - це температура, при якій швидкість створення парів над поверхнею рідини при атмосферному тиску являється достатньою для того, щоб забезпечити горіння протягом як мінімум 5 секунд після того, як джерело запалення буде вилучено із зони горіння.[ 3 ]

Межі загорання, що характеризуються значеннями об'ємної концентрації вуглеводнів в повітрі від 2% до 10%, захвачують більшу частину газоподібних сумішей вуглеводнів, що виникають при перевезенні сирої нафти. Але з урахуванням можливості перевезення світлих нафтопродуктів та створення необхідного запасу границі нижньої та верхньої меж розширяються відповідно до 1,1 та 11,5% об'ємної концентрації вуглеводнів в повітрі. Об'ємна концентрація вуглеводнів у вільному просторі вантажних цистерн, особливо при проведенні вантажних операцій та при митті, може знаходитись між вказаними значеннями.

1.3 Вибухонебезпечні краї

Суміш парів вуглеводнів і повітря не спалахне навіть при наявності зовнішньго джерела полум'я в наступних випадках:

- по перше, якщо концентрація парів не лежить в вибухонебезпечних межах;

-по друге, якщо кількість кисню в атмосфері повітря недостатня для піддержання процесу горіння або вибуху.

При концентрації парів нижче НКЗ газова суміш називається „бідною”, тобто вуглеводів недостатньо для виникнення полум'я. Якщо концентрація парів перевищує деякі межі, при яких суміш не може запалитися із-за не достатку кисню, суміш називається „багатою”.

Точка переходу вибухонебезпечної концентрації в багату суміш - це і є верхній край вибуховості і верхня край запалення ВКЗ.

Ці межі визначаються в нормальній атмосфері повітря, тобто при наявності в ній 21% кисню об'ємної концентрації.

Рисунок 1.3 - Вибухонебезпечні межі

Якщо атмосфера танка находиться в зоні багатої суміші і виникає необхідність продувки танка повітрям, то її спочатку проводять інертним газом або азотом до тих пір, поки концентрація парів не досягне 2,5% об'єму, і тільки після цього в танк можна подавати повітря.[ 2 ]

Крім загорання міняються для різних без примішків вуглеводнів, а також для газових сумішей. Краї вибуховості парів над поверхнею сирої нафти моторних і авіаційних бензинів і природних продуктів типу газоліну, які представляють собою суміші значної кількості вуглеводнів, приблизно можуть бути оцінені по вмісту в них парів пропану, бутану і пентану. Значення цих меж, а також степінь розбавлення суміші повітрям до безпечних меж приведені в табл. 1.2.1

Таблиця 1.2.1 - Межі запалення деяких вуглеводневих сполук і межі їх розсіяння в повітрі

Газ	Краї запалення газу в повітрі, % по об'єму	В скільки разів розбавити повітряну суміш, місткістю 50% газу по об'єму, для приведення її до НКЗ
	Нижній	Верхній
Пропан	2,2	9,5	23
Бутан	1,9	8,5	26
Пентан	1,5	7,8	3,3
Вуглеводні	Об'ємна концентрація вуглеводнів в повітрі % при межах займистості
	нижній	верхній
Метан (CН?)	5,0	15,0
Етан (С?Н?)	3,2	12,5
Пропан(С? Н?)	2,4	9,5
Бутан(C?Н??)	1,8	8,4
Пентан (С?Н??)	1,4	7,8

2. АНАЛІЗ СИСТЕМ ІНЕРТНИХ ГАЗІВ.

При класифікації сучасних систем інертних газів слід мати на увазі, що єдиний підхід до їх проектування поки відсутній. Але спільність схем і конструктивних рішень систем інертних газів дозволяє класифікувати їх таким чином:

- по методу одержання (генерації) інертних газів (топкових від суднових котлів або випускних і топкових від автономних генераторів);

- по способу установки обладнання (стаціонарні і пересувні генератори газів);

- по степені обробки інертних газів, що обумовлюється заданої їх конденсації (без додаткової обробки, з додатковою очисткою від домі шків, осушення газів);

- по способу додаткової обробки газів (сорбція домішків, осушення за допомогою холодильних машин або сорбентами і ін.). Спосіб додаткової обробки газів визначає конструкцію обладнання.

Згідно такої класифікації слід виділити системи шести основних типів, призначення яких - піддержання в вантажних приміщеннях заданих параметрів газового середовища на всіх стадіях експлуатації судна.

Тип А - системи з відбором інертних газів від димоходів головних або допоміжних, а також утилізаційних котлів та очисткою і охолодження газів забортною водою. Це найбільш прості так звані стандартні системи інертних газів, що одержали найбільше поширення. До систем цього типу відносяться системи, вперше створені в нашій країні і закордоном, вперше встановлені на суднах компанії Сан Ойл і Бритіш Петролеум. Системи виконані з широким діапазоном виробничості від 5000 до 30000 м/год інертних газів.[ 1 ]

Тип Б - системи цього типу відрізняються від стандартних систем типу А улаштуванням для додаткової очистки газів від окисів сірки, які встановлені в скрубері.

З ростом вимог до захисту навколишнього середовища від забруднень, системи типу Б, які забезпечують відлив від скрубера за борт не підкисленої води, можуть одержати широке поширення.

Системи типу В характеризуються тим, що в них в доповнення до очистки і охолодження в контактних апаратах інертних газів, що відбираються від димоходів котлів, приводиться осушення газів або за допомогою холодильних машин, або за допомогою твердих або рідких сорбентів.

Ряд компаній і фірм вважають, що ускладнення систем і підвищення їх вартості не виправдовується додатковим зниженням швидкості корозії, при зменшенні конденсації парів води на внутрішніх поверхнях огороджень вантажних приміщень.

Застосування систем типу В доцільно на суднах, що перевозять гігроскопічні, вибухово - і вогненебезпечні матеріали (аміак, азотні з'єднання).

Тип Г - системи з одержанням інертних газів від автономних газотурбінних установок, потужність яких використовується для привода електрогенераторів або нагнітачів газів. Це складні і дорогі системи, що потребують кваліфікаційного обслуговування. Використання систем типу Г доцільно при значних витратах інертних газів (не менше 30000 м3/год).

Тип Д та Е - системи з одержанням інертних газів при спалюванні палива в спеціально призначених для цієї мети камерах згорання. В цих системах типу Д, також як і в системах типу А, гази обробляють (очищаються та охолоджуються) тільки забортною водою в контактних апаратах. В системах типу Е проводиться обробка газів - осушення твердими або рідкими сорбентами, холодильними машинами і стисненням газів. Інколи передбачається адсорбція одного з компонентів суміші -- вуглекислого газу в цілях одержання складу, близького до технічно чистого азоту. Обладнання систем типів Д та Е, продуктивність яких приблизно 50--4000 м3/год інертних газів компонується в єдині агрегати.

Стаціонарні агрегати, які можуть включати в себе обладнання для доповненої обробки газів (робота по схемі системи типу Е), придатна в основному для установки на балкарах, газовозах і танкерах в цілях створення подушок над транспортуванням хімікалій та зріджених газів. Передвижці агрегати, що працюють за схемою систем типу Д, використовуються при аваріях суден.

Рисунок 2.1 - Класифікація систем інертних газів

2.1 Схема системи інертних газів типу А

Найпоширенішою на танкерах є схема системи інертних газів типу А, яка представлена на рис. 2.2. В порівнянні з першими системами, встановленими на судах, схема і конструкція даної системи зазнала ряд змін у напрямі підвищення надійності і ефективності роботи.

Відбір газів проводиться від димарів 1 двох котлів (наприклад, два головних або головного і допоміжного) через клапани 2 з дистанційним управлінням з машинного відділення. Гази після очищення і охолоджування в скрубері 5, а також відділення води у віддільнику 6 відсисаються головними або допоміжними 9 нагнітачами. На більшості судів як нагнітачі використовують відцентрові вентилятори з електроприводом, що має постійну частоту обертання.

Для підвищення надійності і полегшення ремонту, як правило, встановлюють два взаємозамінні нагнітачі рівної продуктивності. Проте на крупних судах, зокрема газовозах дедвейтом понад 200000 т, з метою зменшення навантаження суднової електростанції потужність допоміжного нагнітача знижують до такої величини, щоб забезпечувалися тільки режими баластування і миття вантажних цистерн і подача, при необхідності, до 90% необхідної кількості газів в період розвантаження. З цією ж метою ряд фірм передбачає двохшвидкісні електродвигуни. При великих витратах інертних газів використовують нагнітачі з приводом від парової турбіни. Виготовляють і двохступінчаті нагнітачі. [ 4 ]

Залежно від операцій, що проводяться на судні, дистанційно задається тиск в магістралі подачі інертних газів в цистерни, яке автоматично підтримується за допомогою реле тиску і клапана 11. Клапан 11 автоматично закривається при зупинці вентиляторів, відсутності подачі води в скрубер, підвищенні температури газів, що виходять з скрубера, вище за допустиме значення і збільшенні концентрації кисню.

На вході газів у вантажні цистерни передбачена установка заглушок 15, блокуючих закриття кришок горловини 17 в період вентиляції систем переносними вентиляторами і оглядів. Вентиляція може проводитися і за допомогою нагнітачів газів при огорожі повітря через патрубок 4. Випуск газів з вантажних цистерн при продуванні їх інертними газами або вентиляції відбувається так, щоб забезпечити заданий газовий склад. Гази випускаються, наприклад, через труби 16, вхідні отвори яких розташовані на відстані 450 мм від днища.

Забортна вода подається в скрубер відцентровим насосом 18, продуктивність якого може досягати значної величини (до 350--450 м3/год).

Для зниження витрати електроенергії при плаванні у вантажу або баласті у разі відсутності витрати інертних газів доцільна установка додаткового насоса 20, що постійно подає воду до палубного гідравлічного затвора 13 і гідравлічному ущільненню скрубера. Продуктивність цього насоса зазвичай складає 8--11 м3/год. Відсутність протоки великої кількості охолоджуючої води через скрубер при непрацюючих нагнітачах виключає, крім того, можливість падіння тиску в трубопроводах між димарями і палубним гідравлічним затвором, яке приводить до ненадійної роботи останнього.

Крім автоматичного захисту, передбачають контроль ряду параметрів:

-- рівня води в скрубері щоб уникнути попадання її в димарі котлів;

-- тиск у вантажних цистернах;

-- концентрації О? і СO? в димарях котлів і на вході у вантажні цистерни в цілях підтримки нормального режиму горіння і попередження підсосу повітря нагнітачами через димар.

При створенні систем велика увага приділяється конструкції основного устаткування: нагнітачі газів, контактних апаратів для очищення і охолоджування газів -- скруберів, палубних гідравлічних затворів та замочної арматури.

Робочі колеса відцентрових нагнітачів виконують з лопатками, заломленими назад, що при плавно спадаючій характеристиці забезпечує стійку роботу в необхідному діапазоні витрати газів.

Консольна конструкція нагнітача з робочим колесом на валу електродвигуна себе не виправдала. Розбалансування робочих коліс, що викликається ерозійними руйнуваннями із-за наявності вологи в інертних газах, приводила до виходу з ладу підшипників двигуна. У останніх моделях нагнітачів ряду фірм встановлюють проміжну опору між двигуном і робочим колесом; передбачають осушення нагнітачів. Трубопроводи приєднують до них гнучкими патрубками.



Рисунок 2.1.1 Схема стандартної системи інертних газів типу А з відбором інертних газів від димарів котлів: 1- димарі котлів (головних або допоміжних); 2 - клапан відбору газів з дистанційним управлінням; З - аналізатор змісту кисню і вуглекислого газу в суміші газів; 4 - патрубок із заглушкою для прийому повітря; 5 - скрубер; 6 - відділювач води; 7 - рециркуляційний трубопровід газів; 8 - реле контролю температури; 9 - допоміжний нагнітач; 10 - головний нагнітач; 11 - клапан регулювання тиску газів, що закривається за відсутності подачі води в скрубер, підвищенні температури газів і зупинці нагнітачів; 12 - реле контролю статичного тиску; 14 - рідинний запобіжний пристрій для скидання тиску і зняття вакууму; 15 - заглушка, що встановлюється на трубі подачі газів в комінгс горловини; 16 - труба випуску (продування) інертних газів; 17 - горловина; 18 - головний насос забортної води; 19 - реле контролю тиску у водяному трубопроводі; 20 допоміжний насос забортної води

2.2 Скрубери

Скрубери, функціональним призначенням яких є обробка газів -- охолоджування і очищення від двоокису сірі і незгорілих твердих частинок, застосовують різних типів: тарілки, зрошує з насадкою і без насадки; циклонного і комбінованого, вибір якого залежить від виду палива, характеристик нагнітачів і необхідного ступеня очищення інертних газів. Вдосконалення скруберів тарілчастого типу йшло по шляху зниження числа працюючих тарілок, поліпшення відділення води, підвищення надійності роботи при хитавиці, застосування антикорозійних матеріалів і поліпшення якості нанесення захисних покриттів. Як показали дослідження, зменшення кількості тарілок до трьох при деякому збільшенні витрати забортної води не погіршує основні показники роботи апарату. Водневий показник рН води змінюється з 7,7 до 2,4, ступінь очищення від двоокису сірки складає 94,8 -- 98,8%. Аеродинамічний опір при зменшенні числа тарілок знижується приблизно до 3 кПа (300 мм вод. ст.). Проте, за деякими даними, кількість твердих частинок, що видаляються, пов'язана з падінням тиску газів в апаратах, яке у ряді випадків доводиться до 6 кпа (600 мм вод. ст.).

Трьохтарілчасті скрубери з виносним відцентровим віддільником води розраховані на обробку газів, що поступають при температурі близько 307°С До. На відміну від первинної конструкції ковпачки на тарілках розташовуються не в один, а в два ряди уздовж діаметральної площини судна, що покращує роботу при хитавиці. Прямокутна конфігурація корпусу і організація потоку води за допомогою плоских перегородок замість переливних трубок дозволяє забезпечити якісне нанесення захисних покриттів на внутрішніх площинах. Корпус апаратів сталевий, із захисним синтетичним покриттям; тарілки і ковпачки -- чавунні. Патрубок входу газу виконаний з антикорозійного сплаву. Існує подібна конструкція з вбудованим віддільником води. Відмітною здатністю цих апаратів є виготовлення деталей тарілок -- патрубків , ковпачків і інших з синтетичного матеріалу -- поліпропілену.

Скрубери зрошуваного типу є компактнішими конструкціями. У скрубері з насадкою гази, що поступають через затоплені патрубки , проходять зрошувану насадку і після віддільника води нагнітаються до нагнітачів. Забортна вода поступає на зрошування насадки через шість -- вісім рівномірно розташованих розпилювачів. Корпус апарату сталевої. Як захисне покриття застосована гума, армована склопластиком. Ромбоподібні елементи насадки також виконані з склопластику.

Виконання корпусу конусоподібної і пірамідальної конфігурації забезпечує надійне змочування водою укладеної в нім насадки при крені і диферентах судна. Конструкція апарату дозволяє використовувати його в широкому діапазоні витрат інертних газів (від 7600 до 25 000 м3/год).

Скрубера зрошуваного типу без насадки. Гази з температурою близько 177°С через патрубок поступають в конусоподібну внутрішню камеру, де зрошуються забортною водою. Пройшовши віддільника води, виконаного у вигляді шару керамічних кілець, гази поступають в зовнішню камеру, де відбувається додаткове інерційне відділення води. Температура газів, що виходять, не перевищує температуру забортною більш ніж на 3°С.

Скрубери зрошуваного типу характеризуються більш низьким аеродинамічним опором, що разом з тим обумовлює більше „унос" твердих частинок. Найкраща очистка від твердих частинок забезпечується в циклонному скрубері.

У циклонному скрубері рух газів, що поступають через патрубок , в конусоподібною зрошуваною водою камері апарату здійснюється по спіралі. Завдяки виникаючій відцентровій силі відбувається відбір крапель вологи і твердих частинок. Із-за витрат енергії на завихрення потоку газів падіння тиску в такому апараті більше, ніж в скруберах зрошуваного типу з насадками і без насадок.

Високий ступінь очищення досягається в скруберах комбінованого типу при двох- та трьохстадійній обробці газів.

У деяких скруберах, проводиться як зрошування, так і волога фільтрація газів. Скрубер складається з камери первинного зрошування і основного блоку. Камера первинного зрошування розрахована на найбільш жорсткі умови охолоджування газів -- вона забезпечує зниження температури газів до 100°С навіть в тому випадку, якщо температура газів на вході досягає 400°С. У камері первинного зрошування здійснюється основне очищення газу від 80г і твердих частинок, які разом з водою вимиваються за борт.

2.3 Система інертного газу

Інертний газ на борту судна може бути одержаний за допомогою ефективного згорання дизельного пального в так званому генераторі інертного газу з одержанням мінімальної кількості сірки в вихлопних газах. При такому спалювані склад кисню в вихлопних газах дуже малий - приблизно 0,5%, основні складові інертного газу - азот (84-85%) і вуглекислий газ (14-15%).

Інертний газ складає також невелику кількість сажі, парів води, окисів азоту і сірки. Для очистки його від сажі і окисів сірки він повинен пройти через спеціальні фільтри і систему охолодження - промив очну або скрубер.

Прямий контакт вихлопних газів з забортною водою в скрубері приведе до його значного охолодження. Якщо на виході з пальника газ має температуру біля 800°С, то на виході з скрубера його температура лише на 5°С вище, чим температура забортної води. [ 4 ]

Взаємодіючи з водою, окисі сірки утворюють сірчану кислоту, яка вимивається з газу разом з конденсатом. Склад кисню в інертному газі після проходження промивної башти декілька збільшується із-за наявності в воді вільних молекул кисню.

Після очистки газу в скрубері його відносна вологість складає 100% при даній температурі. А мінімальні вимоги, пред'явлені до вологості інертного газу, визначають його точку роси не вище 5°С, тому його необхідно охолоджувати. При температурі точки роси 5 °С склад води в атмосфері складає 7 г/м3.

Після проходження інертним газом фреонового холодильника його точка роси може знизитись до -20°С. Така сушка газу необхідна, щоб запобігти утворення льоду в системах і вантажних танках при навантаженні вантажів з низькою температурою транспортування.

Після очистки і охолодження інертний газ попадається в систему вантажних трубопроводів і вантажні танки.

Таблиця 2.3.1 Склад після очистки і осушки інертного газу

Компонент	Склад, %
Кисень	Не більше 0,5
Угарний газ	Не більше 0,1
Водень	Не більше 0,1
Окиси сіри	Не більше 10 ррм
Окиси азоту	Не більше 100 ррм
Вуглекислий газ	Приблизно 14
Азот	Приблизно 85

2.4 Міжнародні вимоги, що пред'являються до системи інертних газів

Правила установки і використання системи інертних газів визначені в Кодексі ІМО для газовозів. Якщо судно перевозить вибухонебезпечні гази, система інертних газів використовується для мінімізації можливості утворення вибухонебезпечних концентрацій горючих газів і танках або трубопроводах в процесі дегазації. Більше того, система трубопроводів інертного газу повинна забезпечувати такий процес інертизації, при якому не створюють „мертві зони" і „кармани", що складаючи вибухонебезпечні суміші газів.

Кодекс ІМО пред'являє також вимоги до інертизації або заповненню (в залежності від того, що не обхідно при транспортирові даного вантажу) трюмних просторів і проміжних бар'єрів сухим повітрям.

Система інертних газів повинна бути обладнана незворотними клапанами, запобігаючи ми попаданню горючих парів в установку інертного газу, а також що забезпечують надлишковому тиску в його магістралі.

Системи ІГ газовозів на відміну від встановлених на нафтових танкерах не мають палубних водяних затворів. Причина цього очевидна - низькі температури вантажів, що перевозяться.

Системи інертних газів повинна бути обладнана пристроями що, забезпечують постійний контроль за місткістю кисню в них, яке не повинно перевищувати 5% по об'єму. При перевищенні цієї концентрації кисню повинна спрацювати система оповіщення і сигналізації. Більше того, при знижені тиску в трубопроводах інертного газу і підвищенні складу кисню в його складі система інертного газу повинна автоматично відключатися від споживача.

Системи інертного газу з генератором повинні бути спроектовані, виготовлені і випробувані відповідно до вимог Адміністрації. Вони повинні бути спроектовані і експлуатуватися так, щоб створювати і постійно підтримувати у вантажних ємкостях незаймисту атмосферу протягом всього періоду часу, за винятком випадків, коли потрібний, щоб такі місткості були порожніми і дегазованими. Можуть допускатися системи, інертний газ в яких подається одним або більшою кількістю генераторів, які працюють на рідкому паливі. Адміністрація може допускати системи, в яких використовується інертний газ, що отримується з інших джерел за умови, що досягається еквівалентний стандарт безпеки.

Системи повинні забезпечувати:

а) інертизацію порожніх вантажних місткостей шляхом зниження вмісту кисню в атмосфері кожної місткості до рівня, при якому не може підтримуватися горіння;

б) підтримка в будь-якій частині кожної вантажної місткості, призначеної для перевезення легкозаймистих продуктів, що вимагає захисту системою інертного газу, атмосфери із змістом кисню не більше 8 відсотків за об'ємом і надмірного тиску в ній протягом всього часу знаходження судна в порту і в морі, крім випадків, коли необхідно провести дегазування такої місткості;

в) виключення необхідності подачі повітря в ємність при звичайних операціях, крім випадків, коли необхідно провести дегазування такої місткості; [ 1 ]

г) продування порожніх вантажних міст костей для видалення легкозаймистої пари, з тим, щоб в процесі подальшого де газування усередині місткості ніколи не створювалася займиста атмосфера.

Системи повинні забезпечувати подачу інертного газу у вантажні ємності з продуктивністю, рівною щонайменше 125% максимальної продуктивності розвантаження судна, вираженого в одиницях об'єму. Адміністрація може допустити системи інертного газу з меншою продуктивністю, за умови, що максимальна продуктивність розвантаження вантажних місткостей, що захищаються системою, обмежена 80% продуктивності системи інертного газу.

3. ПРИНЦИП РОБОТИ СИСТЕМИ ІНЕРТНОГО ГАЗУ

На рис.3.1 схематично показана система інертного газу (ІГ). В камері згорання проходе згорання дизельного пального при низькому складі кисню, що забезпечує повне згорання палива і мінімальний склад кисню в інертному газі. Камера згорання охолоджується за допомогою прісної води. Із камери гази поступають в промивну башту, де проходе очистка і охолодження за допомогою розпиленої забортної води. Дуже важливо піддержувати визначений рівень забортної води в скрубері. Після очистки інертний газ повинен пройти через фреоновий охолоджувач, де його температура знижується до 5°С і проходе відділення водяного конденсату.

І на кінець, заключний етап - це заключна просушка інертного газу за допомогою силікагелю. В осушувальних колонах проходить заключне відділення вологи із інертного газу, що дозволяє знизити точку роси з +5°С до -60°С. Завжди використовується дві осушувальні колони, які розмішуються поперемінно. Коли одна колона находиться в роботі, в другій в той же час проходе регенерація силікагелю.

Система інертного газу також використовується для одержання „сухого повітря". При цьому її нагнітаючі вентилятори використовуються в двох генераторах інертних газів.

Підключається система до вантажних трубопроводів за допомогою шланга або спеціального знімного з'єднання, що забезпечує повну ізоляцію установки Інертного газу від проникнення в неї небезпечних парів, коли система не використовується.

Із-за небезпечності проникнення пальних парів в установку інертного газу перед кожним її використання необхідно перевірити здатність і роботу системи незворотних клапанів. [ 2 ]



Рисунок 3.1 Установка інертного газу

4. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК СИСТЕМИ ІНЕРТНИХ ГАЗІВ.

При розрахунках процесів осушення газів у практиці проектно-конструкційних організацій в даний час використовуються діаграми d,І вологого повітря , побудовані на основі зрівняння ентальпії пароповітряної суміші

1

де I - ентальпія пароповітряної суміші, кДж/кг сух. пов.

t - температура вологого повітря, °С;

d - вологість, г/кг сух. пов.

Питома теплоємність сухих топочних газів практично не відрізняється від питомої теплоємності сухого повітря. Топочні гази складаються з кисню 02 (об'ємна концентрація 2,5-4,5%), вуглекислоти С02 (12-14,5%), азоту N2 (~77%).

Решта складають тверді і допоміжні частки.

Разом з ним полегшуються та справа, що в більшій ступені від складу газів залежить вологовміст d.

Як звично, для пароповітряної суміші при молекулярній масі сухого повітря мВ

де рп - парціальний тиск парy, Н/м ;

pB - тиск вологого повітря, Н/м2.

В той же час для парогазової суміші при молекулярній масі очищених сухих вихлопних газів, рівняється мГ =31.

де рГ тиск вологих газів, Н/мІ

На основі формул (1) та (2) побудована діаграма для вологих толочних газів при Рг=101,35 кН/м2 та мг =31 (Рисунок 4.1).

Рисунок 4.1- Зрівняння процесів охолодження і осушення

В діаграмах d,I вологих топочних газів і вологого повітря (початкове становище I ( t1, U1); температура охолоджуючої поверхні tct=1?c.

Повіряння процесів осушення, побудованих в діаграмах d,I вологих газів і в діаграмі d,I вологого повітря показує, що використання при розрахунках останньої приводить до істотних помилок.

Рисунок 4.2 - діаграма d,І вологого повітря

Так при розрахунку осушення газів за допомогою холодильних машин помилка у визначенні холодопродуктивності може досягти 4,7 кДж/кг, що для супертанкера дедвейтом 200000 т при витраті газів 30000 кг/г приведе до завищення холодопродуктивності приблизно на 40кВт (35000 ккал/год).

Достатньо велика погрішність буде при визначенні температури точки роси осушених газів, кількості вологи, що виймається.

Розглянемо процес охолодження і осушення інертних газів холодильною машиною на d, І діаграмі толочних газів.

На діаграмі точка Н - це параметри газу після скрубера: Тн =308 К; dн =32,4 г/кг; Ін = 118 кДж/кг.

Точка В - параметри газу на поверхні теплообмінного апарату: Тв = 278 К; dв = 4,9 г/кг; Ів = 17,5 кДж/кг.

Точка А - параметри газу після охолоджувача: ТА = 285 К; dА = 7,8 г/кг; Ів =35 кДж/кг.

Після охолодження гази подаються до газонагнітача, де вони можуть підігріватися до температури 4°С.

Точка С - параметри газу після нагнітача: Тс = 289 К; dс = 7,8 г/кг; Іс =35,5 кДж/кг.

Різниця температур між температурою після нагнітача і в вантажних танках повинна бути 4...12°С.

Точка П - параметри газу у вантажних танках: Тп =301 К; dп =8,5 г/кг; Іп = 49,8 кДж/кг.

Відносна вологість газів у танках не повинна перевищувати 40%. У нашому випадку відносна вологість газів дорівнює 38%.

Еп = 1000 (Iп - Іс / dп - dс) = (49,8 -35,5 /8,5 -7,8) = 2071 кДж/кг, (2)

?I = Iн - IА = 118 - 32 = 86 кДж/кг, (3)

Визначаємо об'ємну витрату газу повітряно - сумуючої установи:

Продуктивність скрубера фірми „Мосс Розенбург" складає 8000 м /год.

Визначаємо масову витрату газів які поступають у танки:

- теплота що відбирається від топочних газів в процесі охолодження і осушення в охолоджувачі.

По даним про об'єднанні витрати інертних газів повітряно-осушуючої установки, після охолоджувача ставлять два нагрівача, які будуть подавати газ у вантажні танки.

По даним про об'ємні витрати повітряно - осушуючої установки, яка дорівнює 8000 м/год, що на 50% за Правилами Морського Регістру перевищує продуктивність двох вантажних насосів які складають 4000 м3/год.

Рисунок 4.3 - Принципіальна схема парокомпресорної холодильної машини

К - компресор

В - випарник

РК - регулюючий клапан

Кн - конденсатор

Після охолоджувача ми ставимо два нагрівачі газів продуктивністю 4000 м3/год, які будуть подавати газ у вантажні танки.

У якості охолоджувача, який буде охолоджувати і осушувати газ ми приймаємо холодильну машину, принципіальна схема якої зображена на рис. 4.3

Размещено на Allbest.ur

...