Сайт нуждается в вашей поддержке!
Категории сайта

Техническая эффективность и надёжность судовых систем

Присоединяйтесь к нашему ТГ каналу!

Надежность судовых систем является критическим аспектом для безопасности морской навигации и эффективности работы судов. Она включает в себя гарантирование стабильной работы всех основных компонентов судна, начиная от электрооборудования и двигателей, и заканчивая системами автоматизации и безопасности.

Одним из ключевых аспектов обеспечения надежности судовых систем является регулярное техническое обслуживание и проверка всех основных узлов и компонентов. Это включает в себя регулярные инспекции, тестирование и замену деталей, а также обновление программного обеспечения. Такой подход позволяет выявлять и устранять потенциальные проблемы еще до того, как они могут повлечь за собой серьезные аварии.

Кроме того, современные технологии и инженерные решения также способствуют повышению надежности судовых систем. Это включает в себя разработку высокоэффективных материалов, применение передовых методов проектирования и производства, а также использование средств автоматизации для мониторинга и контроля состояния систем в реальном времени. Все эти меры содействуют повышению надежности судовых систем и обеспечивают безопасную и эффективную эксплуатацию судна.

Причины снижения надежности

Основными отрицательными физико-химическими процессами при эксплуатации трубопроводных систем являются:

Отмечаются следующие основные отказы, характерные для металлических трубопроводов при их эксплуатации:

вследствие следующих причин:

Анализ опыта эксплуатации судовых систем показал, что причинами разрыва трубопроводов являются:

Признаком коррозии является то, что она обычно появляется в локализованных областях, без полного образования ржавчины, и быстро распространяется, приводя к трещинам в металле. Таким образом, основным недостатком Материалы для трубопроводов судовых системсудовых трубопроводов является коррозия, на интенсивность которой в трубопроводах большое влияние оказывают следующие факторы:

На ледоколах применяют несколько ледовых ящиков (донных и бортовых) и рециркуляционный трубопровод, по которому часть нагретой забортной воды подводится к приемным трубопроводам охлаждающих насосов забортной воды или к ледовым ящикам.

Широко применяются центральные системы охлаждения забортной воды, значительно уменьшающие протяжённость трубопроводов забортной воды. Устанавливаются один центральный охладитель и насос забортной воды, в которых происходит охлаждение пресной воды внутренних контуров всех судовых систем.

Отказы контуров пресной и забортной воды систем охлаждения имеют следующий характер:

Затраты на устранение отказов систем забортной воды составляют 10 % от общей стоимости ремонта судна.

Эрозия Методы проектирования систем на судах морского флотав трубопроводных системах проявляется на внутренней поверхности труб вследствие ударов водяных пузырьков, песка и других твёрдых частиц. Если твёрдые частицы попадают в поток при высоких скоростях, эрозия возникает быстро, особенно на изгибах труб. Таким образом, высокие скорости в системах не должны применяться там, где возможен песок, глина или другие твёрдые частицы.

Для трубопроводов диаметром менее 50 мм предельное значение скорости составляет 1,2 м/с, для труб диаметром более 50 мм предельное уменьшение давления составляет 400 Па на 1 м деления трубы. В любом случае для ограничения эрозии, шумов и гидравлических ударов в трубопроводах скорость не должна превышать 4,6 м/с. Значения максимальной скорости для минимизации эрозии в трубопроводной системе приведены в табл. 1.

Таблица 1. Допустимые значения максимальной скорости в трубах
Продолжительность работы системы, ч/годСкорость воды, м/с
1 5004,6
2 0004,4
3 0004,0
4 0003,7
6 0003,0

Кавитация

Кавитацияkavitas», греч. «пустота») отрицательный физический процесс, под которым понимается нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, заполненных паром или газом. Кавитация возникает при падении давления ниже давления насыщения при температуре рабочей среды, в результате чего жидкость закипает, образуется пар и выделяется растворённый в жидкости газ. Обычно эти процессы происходят одновременно. Давление, при котором возникает кавитация, зависит от физических свойств жидкости:

На практике жидкость быстро проходит через область пониженного давления и газ не успевает выделиться. В таком случае наблюдается паровая кавитация. Полости или пузырьки, заполненные паром, уносятся потоком в область повышенного давления, где пар конденсируется и полости, заполненные паром, замыкаются.

В лопастном насосе Насосы грузовых систем газовозовпаровая кавитация возникает на тыльных сторонах лопастей вблизи входных кромок, где вследствие местного увеличения скорости потока давление минимально. Давление жидкости на тыльной стороне у входной кромки лопасти зависит от давления во всасывающем патрубке насоса, гидравлических потерь в подводе и местной скорости жидкости. При конденсации пузырьков пара частицы жидкости, окружающие пузырек, находятся под действием возрастающей разности давления жидкости и давления внутри пузырька и движутся ускоренно к его центру. При полной конденсации пузырьков происходит столкновение частиц, сопровождающееся мгновенным местным повышением давления. Если конденсация пузырька происходит на стенке канала или вблизи неё, то происходит разрушение поверхности – выщербливание материала стенок канала, называемое кавитационной эрозией.

Отрицательные последствия кавитации:

Давление всасывания у входа в насос и, следовательно, в рабочее колесо тем меньше, чем больше высота всасывания и гидравлическое сопротивление во всасывающем трубопроводе и меньше давление в опорожняемой ёмкости.

При достаточно большой высоте всасывания и сопротивлении всасывающего трубопровода или очень малом давлении в опорожняемом баке давление у входа в рабочее колесо насоса становится настолько малым, что возникает кавитация. Значение давления, на которое полный напор жидкости во входном патрубке насоса превышает напор, соответствующий давлению ее насыщенных паров, называют кавитационным запасом:

h = pвс/ρg + νвс2/2g  pНП/ρg,

где:

В табл. 2 приведены значения pНП для воды в зависимости от температуры.

Таблица 2. Зависимость давления насыщенного пара от температуры
Температура t, °C5102030405060708090100
Давление pНП, м вод. ст.0,090,120,240,430,751,252,023,174,827,1410,33
кПа0,881,182,964,227,3612,2619,8231,147,370,84101,3

Если весь кавитационный запас расходуется на преодоление гидравлического сопротивления подводящей (всасывающей) магистрали насоса, то давление понижается до давления насыщенного пара жидкости и возникает кавитация. Режим, при котором начинаются падение напора, КПД и наблюдается кавитация, называют первым кавитационным режимом. Этому режиму соответствует первый критический кавитационный запас Δhкр 1. При дальнейшем уменьшении кавитационного запаса паровая полость, удлиняясь, приближается к концу лопасти, что сопровождается снижением параметров насоса. При некотором значении Δh область кавитации распространяется на весь межлопастной канал, что приводит к резкому уменьшению напора и КПД, и насос перестаёт перекачивать жидкость, что соответствует второму кавитационному режиму Δhкр 2.

Кавитационный индекс, или кавитационное число, определяется по формуле:

Kкав = 2(p0  pНП)/ρV02,

где:

Уменьшение отрицательных последствий кавитации может быть достигнуто посредством выполнения следующих действий:

Иногда использование кавитации в системах дает положительный эффект. Например, приведем схему гомогенизатора, в котором явление кавитации положительно используется для обработки топлива в системе подачи его к форсункам (рис. 1).

Конструкция типичного гомогенизатора
Рис. 1 Схема гомогенизатора-диспергатора.
1 – подводящий патрубок; 2 – конфузор-диффузор; 3 – конус с отбойным буртом; 4 – уплотняющее кольцо; 5 – крышка; 6 – винт; 7 – патрубок, отводящий механические примеси с целью превращения подготавливаемого нефтепродукта в тонкоструйную эмульсию

Принцип действия гомогенизатора основан на использовании явления кавитации, возникающей в суживающейся части потока жидкости для дробления асфальтосмолистых соединений. При увеличении скорости потока жидкости давление в ней падает, достигая в отдельных зонах значений, меньших давления насыщения паров этой жидкости. При этом образуются каверны, перемещающиеся вместе с жидкостью. Попадая в область более высокого давления, они закрываются, а возникающие гидравлические микроудары, составляющие десятки мегапаскалей, разрушают частицы механических примесей и сгустки асфальтосмолистых соединений.

Гидравлический удар, часто возникающий в различных гидравлических системах, сопровождается звуком, похожим на «удары молотка», вызывая эрозию внутренних поверхностей труб и, соответственно, преждевременный их отказ. Величина шума зависит от следующих факторов:

Интенсивность звука, определяемая величиной давления в трубе, – это серия пульсаций давлений различной величины выше и ниже нормального рабочего давления жидкости в трубопроводе. Амплитуда и период пульсаций зависят от скорости жидкости, размеров, материала и длины трубы. Для минимизации возникновения гидравлических ударов необходимо исключить быстрое закрытие клапанов в гидравлических системах. Если поток останавливается, то давление увеличивается независимо от величины рабочего давления в системе. Разработаны рекомендации по размерам труб и ограничению шума клапанов. Приведём некоторые из них по ограничению скорости до 1,2 м/с для труб диаметром до 500 мм и падению давления на 400 Па на 1 м длины трубопровода. Некоторые контрольные клапаны уменьшают образующийся при движении жидкости в трубах и арматуре шум. При резком прекращении движения жидкости в трубе величина возрастания давления жидкости Δp, Па, может быть определена по формуле:

p = ρ · cs · w,

где:

Пример. Определить величину повышения давления в трубопроводе при мгновенном закрытии клапана, если скорость движения воды в трубе равна 3 м/с.

Решение. Повышение давления составит Δp = 1 000·1 439·3 ≈ 4,32 МПа.

Обеспечение надежности судовых систем

Для повышения надежности охлаждающих систем рекомендуются следующие мероприятия:

Для повышения надёжности систем сжатого воздуха рекомендуется проведение следующих мероприятий:

Надежность труб сжатого воздуха обеспечивается применением стальных бесшовных или биметаллических труб.

При появлении утечки рабочей жидкости из водопроводной или любой другой магистрали из-за трещины, важно ее устранять, выполняя ремонт очень быстро и эффективно, чтобы максимально ограничить периоды перебоев в действии трубопровода. Большинство трещин появляются внезапно. Поэтому необходимо, чтобы ремонтное оборудование было многоцелевым, универсальным и имело большие допуски. Более того, основным требованием при проведении ремонтов является несложный, быстрый и качественный монтаж. Для устранения всех видов трещин на самых распространенных материалах трубных систем предназначены различные соединительные муфты и хомуты (рис. 2).

Конструкция типичной муфты и хомута
Рис. 2 Внешний вид соединительных муфт и ремонтных хомутов

Трещины возникают на трубах, изготовленных из разных материалов (например, самая типичная трещина из ковкого чугуна – продольная, вызванная катодной коррозией, возможен также продольный разрыв трубы). Обычной практикой является высверливание небольших отверстий по концам трещины, чтобы остановить её продвижение, а затем установить на трубу ремонтный хомут.

Читайте также: Свойства и испытания материалов для судовых механизмов

При повреждении ПЭ трубопровода вырезают повреждённый трубный участок, заменяя его на новый, непосредственно приваривая методом оплавления; при незначительных повреждениях можно применять ремонтные хомуты из нержавеющей стали. В системах газопроводов самые типичные трещины по окружности можно ремонтировать с помощью муфт из серого ковкого чугуна. Для устранения трещин по окружности в водопроводных системах применяются ремонтные хомуты AVK из ковкого чугуна. В системах питьевой воды и сточных вод для устранения трещин, образующихся как вдоль, так и по окружности из-за напряжений на трубе, лучшим способом ремонта является вырезка потрескавшегося участка трубы ПВХ и его замена новым.

Для повышения надёжности систем подачи воздуха к дизелям и газовыпускных систем рекомендуется проведение следующих мероприятий:

В конденсатно-питательных системах на интенсивность коррозии трубопроводов оказывают влияние следующие факторы:

Поэтому в этих системах для обеспечения надёжности необходимо строго соблюдать основные правила технической эксплуатации в отношении водоподготовки и деаэрации питательной воды, а также применения материалов с повышенной коррозионной стойкостью для арматуры системы.

Основные направления повышения надежности судовых систем СЭУ:

Для противоаварийной защиты трубопроводов используются стабилизаторы давления, которые позволяют гасить все внутрисистемные возмущения:

Это принципиально новое высокоэффективное энергонезависимое техническое средство не изменяет проходное сечение трубопровода и имеет минимальное гидравлическое сопротивление (в трубопроводах диаметром от 10 до 1 200 мм с рабочим давлением до 25 МПа и температурой рабочей среды до 250 °С). Общая аварийность трубопроводов и оборудования снижается при этом на 85 %.

Отличительным конструктивным признаком пневмостабилизатора является разделение его внутренней полости на жидкостную и газовую зону упругой мембраной. Жидкостная полость пневмостабилизатора соединяется с аккумулятором давления газа. Разработанные образцы стабилизаторов давления для погружных ЭЦН позволяют в пять раз уменьшить динамические нагрузки на трубы.

В зависимости от агрессивности рабочей среды гибкий разделитель может быть как неметаллическим (различные резины, каучуки, фторопласты), так и металлическим. При появлении в трубопроводе пульсаций, например, в результате работы механизмов запорной арматуры, давление в жидкостной полости пневмостабилизатора не совпадает с давлением в газовой полости. Под действием этого перепада разделитель испытывает упругие деформации, при которых объём жидкостной полости изменяется, т. е. обеспечивается податливость стабилизатора для демпфирования колебаний, происходит перетекание среды из трубопровода в жидкостную полость (или наоборот). Последнее приводит к диссипации энергии колебаний в сосредоточенных перфорационных отверстиях. Выбором упругих характеристик разделителя, давления в газовой полости и её объёма, размеров перфорационных отверстий и их суммарной площади можно добиться требуемой степени уменьшения амплитуды колебаний.

Чистка труб и поверхностей – одна из насущных проблем в энергетике, промышленности и на транспорте. Все многообразие технологий данного вида очистки можно классифицировать следующим образом.

Гидродинамическая очистка – чистка струей воды высокого давления. Современные гидродинамические машины ведущего мирового производителя – «Gardner Denver» (США), имеют гидродинамические машины давлением выше 350 бар и мощностью до 550 кВт.

Абразивоструйная очистка – чистка струей абразива. Иногда совмещается с гидродинамической очисткой (гидроабразивная очистка).

Импульсные технологии очистки (электрогидроимпульсная, пневмоимпульсная) – очистка за счет создания локального импульса электроразрядом или пневмоклапаном. Данные технологии применимы в основном только для очистки труб.

Ультразвуковая очистка – очистка с помощью ультразвука, распространяющегося либо в жидкой среде, либо в материале очищаемого оборудования. Её особенность состоит в том, что ультразвуковые приборы способны также защитить поверхность от образования новых отложений.

Механическая очистка – очистка механическим рабочим органом (шарошкой, фрезой, насадкой, щеткой и т. п.).

Химическая очистка – очистка различными специальными химическими реактивами.

Комбинированные технологии очистки – гидродинамическая и т. п. Области применения гидродинамических машин:

Очистка под давлением свыше 2 000 бар позволяет отказаться от использования абразивов. Например, при работе электрогидроимпульсных установок «Зевс» используют энергию электрического разряда в воде. Образующаяся ударная волна разрушает практически любые виды накипи и отложений. Механокавитационный аппарат «Торнадо», благодаря специальной конструкции режущей головки, разрушает накипь любой твёрдости, позволяя предотвратить образование отложений на любых поверхностях:

замедляя коррозию и улучшая массотеплоперенос.

Автор статьи
Судовой механик
Список литературы
  1. Азаров А. Промышленные вихревые трубы: производство, применение, развитие // Техномир, промышленный журнал. – 2007. – № 1.
  2. Алмазов Г. К. [и др.]. Элементы оборудования систем / Г. К. Алмазов, B. В. Степанов, М. Г. Гуськов, 1982.
  3. Антонов Н., Карасев П. А. О применении современных инженерных решений при компенсации температурных деформаций трубопроводов тепловых сетей // Теплоэнергоэффективные технологии. – 2007. – № 3-4.
  4. Артёмов Г. А. [и др.]. Системы судовых энергетических установок / Г. А. Артёмов, В. П. Волошин, А. Я. Шквар, В. П. Шостак. – СПб.: Судострое­ние, 1990.
  5. EapanefiKo А. В. [и др.]. Холодильные машины / А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев и др. – СПб.: Политехника, 2006.
  6. Баранов В. И. [и др.]. Средства борьбы с загрязнением моря отходами с судов / В. И. Баранов, Ю. М. Брусельницкий, Б. В. Подсевалов, В. Н. Яценко // Судостроение за рубежом. – 1976. – № 2 (10).
  7. Баскаков С. П. Подготовка грузовых танков на химовозах: учеб. пособие. – СПб.: ГМА им. адм. С. О. Макарова, 2001.
  8. Баскаков С. П. Системы газоотвода: учеб. пособие. – СПб., 2002.
  9. Буренин В. В. Современные конструкции центробежных насосов для нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2005. – № 4.
  10. Гор А. Ю. Качественная герметизация: основные принципы подбора и установки уплотнений // Теплоэнергоэффективные технологии. – 2007. – № 3-4.
  11. Епифанов Б. С. Судовые системы: учебник. – J1 .: Судостроение, 1980.
  12. Кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих химические вещества наливом. – London: IMO, 2000.
  13. Колесников О. Г. Судовые вспомогательные механизмы. – Л.: Транспорт.
  14. Костылев И. И., Денисенко Н. И., Петухов В. А. Безопасность эксплуатации технологического комплекса танкера: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Элмор, 2001.
  15. Костылев И. И., Петухов В. А., Подволоцкий Н. М. Безопасность и эксплуатация танкеров-химовозов: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Белл, 2006.
  16. Костылев И. И., Киязевский К. Ю., Петухов В. А. Судовая энергетическая установка атомного ледокола «Таймыр»: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Белл, 2004.
  17. Куценко В. Н., Исаев С. И., Шишлов А. Н. Судовое вспомогательное энергетическое оборудование. – СПб., 2002.
  18. Международная Конвенция МАРПОЛ 73/78: консолидир. изд. – 2002.
  19. Международная Конвенция СОЛАС 74 с поправками: консолидир. изд. – 2001.
  20. Международное руководство по безопасности для нефтяных танкеров и терминалов. – СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2002.
  21. Международное руководство по безопасности для нефтяных танкеров и терминалов. – 4-е изд. – СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ», 2004.
  22. Международный кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих опасные химические грузы наливом. – СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ», 1997.
  23. Мельник B. C., Сурин С. М. Технология обработки сточных вод морских судов. – М.: В/О «Мортехинформреклама», 1986.
  24. Никитин А. М. Управление технической эксплуатацией судов: учебник. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006.
  25. Нунунаров С. М., Бегагоен Т. Н. Грузовые и специальные системы танкеров. – М.: Транспорт, 1969.
  26. Общие и специальные правила перевозки наливных грузов. – М., 1997.
  27. Овсянников М. К., Петухов В. А. Дизель в пропульсивном комплексе морских судов: справочник. – СПб.: Судостроение, 1987.
  28. Овсянников М. К., Петухов В. А. Судовые дизельные установки: справочник. – СПб.: Судостроение, 1986.
  29. Овсянников М. К., Петухов В. А. Судовые автоматизированные энергетические установки: учебник. – М.: Транспорт, 1989.
  30. Овчинников И. Н., Овчинников Е. И. Судовые системы и трубопроводы. – Л.: Судостроение, 1983.
  31. Петров Ю. С. Вентиляция и кондиционирование воздуха: учебник. – Л.: Судостроение, 1984.
  32. Петухов В. А. Безопасность и эксплуатация газовозов: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Элмор, 1999.
  33. Правила регистрации операций с нефтью, нефтепродуктами и другими веществами, вредными для здоровья людей или для живых ресурсов моря, и их смесями, производимыми на судах и других плавучих средствах: РД 31.04.17-97.
  34. Правила Российского морского регистра судоходства. – СПб., 2009.
  35. Применко Н. В., Заматаев М. В. Новые технологии противоаварийной защиты трубопроводов // Нефть. Газ. Промышленность. – 2007. – № 2 (30).
  36. РД 31.04.23-97. Наставление по предотвращению загрязнения с судов.
  37. Свистунов В. М., Пушняков И. К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. – 2-е изд. – СПб.: Политехника, 2006.
  38. Семена М. Г., Гершуни А. Н., Зарипов В. К. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. – Киев: Вища школа, 1984.
  39. Системы инертного газа. СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ»,1996.
  40. Тематический каталог группы предприятий «Метран» // Уровнемеры, датчики давления. – 2008. – № 5. – Вып. 1 и 2.
  41. Хайдуков О. П., Трусов А. С., Кузнецов Е. В. Системы инертных газов на танкерах и их эксплуатация: учеб. пособие. – Новороссийск: НГМА , 2000.
  42. Харин В. М. [и др.]. Судовые вспомогательные механизмы и системы / В. М. Харин, Б. Г. Декин, О. Н. Занько, В. Т. Писклов. – М.:, Транспорт, 1992.
  43. Швецов Г. М., Ладин Н. В. Судовые холодильные установки. – М.: Транспорт, 1986.
  44. Clean seas guide for oil tankers. – London: OC1MF, 2002.
  45. Dr. Verwey. Tank Cleaning Guide, 1998.
  46. Cargo Operating Manual. LNGC Excalibur (H 2206). – EXMAR, 2003.
  47. Medical first aids guide for use in accidents involving dangerous goods. – London: IMO, 2002.
  48. Tanker safety guide (Chemical carriers & liquefied gases). – London: ICS, 2002 .
  49. Chemicals and Tank Cleaning Guide. – UNITOR, 1997.

Сноски

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Сентябрь, 07, 2023 258 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ