В целях повышения рентабельности эксплуатации судов для тихоходных двигателей в качестве топлива применяют топочный мазут, поэтому очистка топлива и масла для двигателя в судовых условиях имеет чрезвычайно важное значение.
При проведении топливоподготовки необходимо учитывать влияние многих Характеристики топлива для судовых дизелейхарактеристик топлива на работу силовой установки, в особенности тех, которые в судовых условиях можно улучшить.
Известны следующие характеристики тяжёлых топлив:
- Вязкость. Качество очистки и производительность сепаратора во многом зависят от вязкости сепарируемого топлива. Практика показала, что вязкость при температуре сепарирования не должна быть выше 2-4 °ВУ. Вязкость оценивается разными единицами: секунды Сейболта, секунды Редвуда, кинематическая вязкость (сантистоксы – сСт), условная вязкость (°ВУ). Вязкость топлива существенно зависит от температуры. На номограммах (рис. 1 и 2) показаны вязкостно-температурные характеристики топлива.
По ним определяется необходимая температура нагрева топлива для обеспечения требуемой вязкости при его сепарировании. - Температура вспышки топлива. Правила Морского Регистра устанавливают предельную температуру подогрева топлива в открытых системах на 15 °С ниже температуры вспышки топлива.
- Вода. Снижение содержания воды в топливе является одной из основных задач сепарирования.
- Коксуемость. При сепарировании коксуемость топлива несколько снижается за счёт выделения части асфальто-смолистых веществ.
- Механические примеси. Под таковыми понимают инородные тела неорганического происхождения. Они представляют собой продукты коррозии, соли буровых вод, песок и др. Снижение содержания механических примесей в топливе – важнейшая задача сепарирования.
- Смолистые вещества. Образование и присутствие в нефтепродуктах смолистых и асфальтовых веществ объясняется окислением и полимеризацией (укрупнением молекул) углеводородов нефти и нефтепродуктов. При сепарировании будут выпадать в первую очередь вещества, находящиеся в грубо взвешенном состоянии. Количество асфальто-смолистых веществ растёт с увеличением Автоматическое регулирование вязкости судового топливавязкости топлива. Это важное обстоятельство следует иметь в виду, т. к. засорение барабана ускоряется и его разгрузку надо выполнять чаще.
- Осадкообразование. В общем виде осадки будут представлять смесь асфальто-смолистых веществ, неорганических механических примесей, парафина и воды.
- Зола. В золе топлива присутствуют почти все элементы периодической системы. Их влияние на износ и коррозию существенно. Содержание золы в тяжёлых топливах обычно не превышает 0,3 % и колеблется в среднем около 0,1 %. Однако такого количества достаточно, чтобы вызвать повышенные износы и отложения в дизелях, занос и коррозию проточных частей газовых турбин.
- Сера. Она является нежелательным элементом топлива, однако снизить её содержание путём сепарирования практически нельзя.
- Плотность топлива. Эксплуатационная практика показала, что для успешной очистки топлива от загрязняющих веществ разница их плотностей при температуре сепарирования должна составлять не менее 3 %‚ а лучше 5 %. При меньшей разнице плотностей сепарирование затрудняется.
Таким образом, из вышеприведенного анализа свойств топлива можно сделать практические выводы для оптимального варианта его очистки. Можно значительно улучшить его качество за счёт снижения содержания воды, асфальто-смолистой взвеси, механических примесей и, как следствие, зольности (рис. 1).
1 – приблизительная вязкость загустения; 2 – приблизительная вязкость каплепадения; 3 – вязкость, при которой перекачивание топлива затруднительно; 4 – наибольшая допустимая вязкость при впрыске; 5 – верхний предел подогрева.
а – тяжёлое топливо; б – дизельное топливо; в – газойли
Остальные характеристики топлива при сепарировании не изменяются.
Основные требования к качеству топлива эксплуатационники предъявляют к его изготовителю. Это – требования к температуре вспышки, содержанию неорганических кислот и щелочей, вязкости, плотности, теплотворной способности, содержанию серы, ванадия и т. д. (рис. 2)
А – верхний предел температуры подогрева топлива в открытой системе; Б и В – верхние границы вязкости топлива; Б – при перекачивании винтовыми и шестеренными насосами; В – при перекачивании поршневыми и плунжерными насосами; Г – при перекачивании центробежными насосами; Д – при сепарации; Е – при впрыске в цилиндр дизеля; Ж – область, соответствующая оптимальной вязкости топлива при впрыске в цилиндр дизеля
При этом не всегда целесообразно предъявлять высокие требования к таким характеристикам топлива, как содержание воды, золы и механических примесей, поскольку эти требования приводят к повышению стоимости топлива. Даже высококачественное топливо всё равно придётся на судне подвергать очистке из-за неизбежных загрязнений при транспортировке и хранении.
При подготовке сепаратора к работе определяют оптимальную вязкость топлива и режим работы сепаратора. Если применяют режим пурификации, то выбирают необходимый диаметр регулировочной шайбы. Для этого используют таблицы или диаграммы.
В таблице 1 приведены размеры регулировочных шайб для сепаратора МАРХ207S-00.
| Таблица 1. Параметры регулировочных шайб для сепаратора МАРХ207S-00 | ||
|---|---|---|
| Диаметр отверстия регулировочной шайбы | Удельный вес топлива, температура очистки | |
| мм | 55 °С | 80-100 °С |
| 83 | 0,983-0,972 | 0,982-0976 |
| 86 | 0,972-0,958 | 0,976-0,961 |
| 90 | 0,958-0,936 | 0,961-0,940 |
| 95 | 0,936-0,909 | 0,940-0,914 |
| 101 | 0,909-0,873 | 0,914-0,879 |
| 109 | 0,873-0,825 | 0,879-0,831 |
| 119 | 0,825 | 0,831 |
В таблице 2 приведены размеры регулировочных шайб для сепаратора МАРХЗО9В-00.
| Таблица 2. Параметры регулировочных шайб для сепаратора МАРХ309В-00 | ||
|---|---|---|
| Диаметр отверстия регулировочной шайбы, мм | Удельный вес топлива | |
| 95 | 1,004-0,998 | 1,007-1,001 |
| 98 | 0,998-0,989 | 1,001-0,992 |
| 102 | 0,989-0,978 | 0,992-0,980 |
| 107 | 0,978-0,959 | 0,980-0,962 |
| 116 | 0,962-0,930 | 0,962-0,933 |
| 127 | 0,930-0,891 | 0,933-0,895 |
| 140 | 0,891-0,829 | 0,895-0,827 |
Диаметр отверстия регулировочной шайбы зависит от плотности топлива и температуры сепарирования.
Рекомендуются следующие температуры сепарирования нефтепродуктов:
- смазочные минеральные масла – до 80 °С;
- дизельное топливо около – 50 °С;
- тяжёлое топливо – 80-95 °С.
Для выбора регулировочных шайб существуют также диаграммы. На рис. 3 показана (в качестве примера) диаграмма для выбора регулировочной шайбы (сепаратор МАРХ207S-00).
Приведём примеры пользования этой диаграммой:
Пример 1.
При t0 = 15 °С удельный вес нефтепродукта равен 0,870, температура сепарирования – tс = 55 °С: диаметр регулировочной шайбы составит 109 мм (т. А).
Пример 2.
При t0 = 35 °С удельный вес нефтепродукта равен 0,895, температура сепарирования – tс = 70 °С: диаметр регулировочной шайбы составит 101 мм (т. Б).
При отсутствии таблиц, и графиков в процессе Принцип работы топливного сепаратора на суднеэксплуатации сепараторов производят подбор регулировочных шайб следующим образом: вначале устанавливают шайбу с меньшим диаметром, а далее устанавливают шайбы с возрастающим диаметром до тех пор, пока из отверстия шайбы не начнёт вытекать топливо вместе с водой.Это означает, что данный диаметр является предельно большим, теперь надо установить шайбу с предыдущим диаметром отверстия.
Такой эксплуатационный способ подбора регулировочной шайбы оправдан. Он является и проверочным, т. к. таблицы и графики не дают точных значений. Они не учитывают содержание воды, сопротивления каналов на линии воды, топлива и т. д.
В любом случае необходимо помнить, что с увеличением диаметра регулировочной шайбы поверхность раздела фаз топливо – вода, т. е. «нейтральный слой» перемещается к периферии барабана. Если же он достигает края верхней разделительной тарелки, то через отверстие регулировочной шайбы начнёт вытекать топливо вместе с водой.
При уменьшении диаметра регулировочной шайбы «нейтральный слой» будет перемещаться к оси вращения барабана. При этом снижается эффективность сепарирования, т. к. уменьшается рабочая площадь тарелок. Кроме того увеличивается содержание воды в чистом топливе.
Читайте также: Сепараторы фирмы Альфа-Лаваль (серия МAPX)
Процесс сепарирования смазочных масел имеет некоторые особенности.
Требование к смазочным маслам силовых установок определяется их основным назначением – уменьшить износ трущихся поверхностей двигателя (механизма), обеспечить охлаждение и уплотнение некоторых узлов и деталей.
В процессе работы масло под воздействием высоких температур, контактного эффекта при трении и других физико-химических процессов подвергается разложению, окислению и полимеризации. В результате в нём возрастает содержание асфальто-смолистых веществ, которые могут привести к повышенному износу деталей и закупорке каналов масляной системы. Со временем в масле увеличивается содержание воды, зольность, асфальто-смолистые и неорганические частицы, кислотность. Они изменяют паспортные характеристики масла.
Для восстановления и улучшения основных показателей масла в судовых условиях применяют его обработку методом сепарирования.
Эффективность маслоочистки во многом зависит от производительности сепаратора. Масло в двигатель поступает не из сепаратора, а из общей цистерны (картера). Из неё отбирается на сепарирование грязное масло и в неё сливается после сепарирования чистое масло, поэтому основное значение имеет не качество очистки масла и не содержание примесей в нём после сепаратора, а общее содержание загрязнений в системе.
Действительно, если сепаратор работает с большой производительностью, то качество очистки масла снижается и, хотя он успевает в единицу времени обработать большое количество масла, общий уровень загрязнений в цистерне остается высоким. Если же уменьшить производительность сепаратора, то качество его очистки возрастёт. Однако даже очень хорошая очистка небольшого количества масла, которое смешивается с общим количеством масла в картере, не дает желательных результатов и общий уровень загрязнений также остаётся высоким. Таким образом, важен подбор надлежащей производительности сепаратора.
Фирма Альфа-Лаваль считает, что максимальная производительность сепаратора не является решающим фактором с точки зрения очистки масла.
Наилучшая очистка масла достигается при некоторой «оптимальной» производительности сепаратора, приблизительно равной 1/3 от максимальной. При большем снижении производительности сепаратора качество очистки ухудшается, что объясняется падением температуры сепарируемого продукта в барабане из-за возросших удельных потерь тепла с теплоотдачей в окружающую среду.
Фирма рекомендует два режима работы сепаратора в байпасной системе (параллельное включение сепаратора):
1 режим – сепаратор работает с максимальной производительностью в аварийных случаях, когда из-за неисправности силовой установки в масло начинает поступать большое количество воды;
2 режим – сепаратор работает с оптимальной производительностью, равной 1/3 от максимальной, при нормальных условиях работы для достижения наилучшей очистки масла.
Практически оптимальную производительность, соответствующую наилучшей очистке, определяют следующим образом из трёх вариантов:
- масло обрабатывают в течение 12 часов при рекомендованной производительности (1/3 от максимальной), а затем барабан вскрывают и определяют количество отложившегося за это время шлама;
- увеличивают производительность сепаратора на 10 % от первоначальной (от 1/3 максимальной) и вновь при тех же условиях работы сепаратора определяют количество шлама;
- обрабатывают масло при тех же условиях (время, температура, добавка воды), но с пониженной на 20 % от максимальной производительности сепаратора и также определяют количество выделившего шлама.
Производительность, при которой выделится наибольшее количество шлама и будет оптимальной для данного варианта.
Многие смазочные масла модифицируются различными присадками, причём большинство из этих присадок обладают моющими (диспергирующими) свойствами. Моющее действие таких масел заключается не столько в устранении (смывании) уже образовавшихся отложений, а в основном для предотвращения их образования.
Большинство применяемых присадок маслорастворимых или находятся в состоянии коллоидной суспензии. В судовых сепараторах под действием центробежных сил они, как правило, не выделяются.
Будет интересно: Сепараторы фирм Титан, Вестфалия и Шарплес
Углеродистые частицы находятся во взвешенном высокодисперсном состоянии до тех пор, пока действует присадка. Масло в связи с этим приобретает тёмный цвет. Он не изменяется при сепарировании и не является признаком плохой очистки масла.
Вследствие того, что моющие масла образуют стойкие эмульсии, значительно затрудняется их очистка от попавшей в масло воды. Поэтому на основе эксплуатационного опыта сепарации смазочных масел с присадками в судовых условиях некоторые фирмы предлагают следующие рекомендации:
- сепарировать масло в режиме пурификации одновременно с работой двигателя, а после его остановки ещё 12 часов;
- производительность сепаратора устанавливать оптимальной (1/3 от максимальной);
- применять следующие температуры сепарирования:
- дизельных масел около 75 °С;
- турбинных масел около 65 °С;
- моющих масел около 80 °С;
- при сепарировании масел с присадками следует добавлять 1 % горячей воды с температурой на 5 °С выше температуры масла.
