Назначение топливной системы

Назначение топливной системы - обеспечивать исполнение сле­дующих технологических процедур:

1)     приемка и хранение топлива на судне;

2)    предварительная подготовка топлива, включающая его подогрев, отстаивание, сепарирование и фильтрацию;

3)     подача топлива к дизелям и котлу.

Принципиальная схема представлена на рис. 11.9.

Приемка и хранение топлива на судне.

Прием топлива на судно в процессе бункеровки осуществляется через расположенный на палубе приемный патрубок, снабженный ус­тройством для отбора пробы. Танки запаса обычно располагаются в двойном дне. Число свободных танков должно быть достаточным для того, чтобы избежать смешивания бункеруемого топлива с принятым ранее топливом и тем самым исключить возможные явления потери стабильности и несовместимости топлив.

Для хранения топлив высокой вязкости и с высокой температу­рой застывания желательно использовать танки, расположенные в по­перечной плоскости судна, имеющие значительно меньшую поверх­ность соприкосновения с водой и обшивкой корпуса судна и являю­щиеся менее удаленными от топливоперекачивающего насоса. Все танки двойного дна, предназначенные для тяжелого топлива, должны быть оборудованы змеевиками парового обогрева, который необхо­дим для поддержания требуемой температуры топлива. Последняя должна быть, по крайней мере, на 10°С выше температуры, обеспе­чивающей вязкость, достаточную для перекачивания. Следует избе­гать поддержания в танках более высоких температур, равно как и их бросков, так как это вызывает интенсивное шламообразование, обра­зование на греющих поверхностях углеродных отложений. Кроме того, возможен неоправданный расход энергии. Во избежание обводнения топлива следует избегать использования топливных танков под бал­ласт. Необходимо также следить за состоянием змеевиков обогрева отсутствием в них свищей, приводящих к обводнению находящихся в танках топлив.

Прием топлива на судно осуществляется через клапан 1. Чтобы предотвратить застывание топлива в трубопроводах, последние обору­дуют паровыми или электрическими спутниками. Топливоперекачивающие насосы 5 - обычно винтового типа. Во избежание поврежде­ния перед ними устанавливают фильтры грубой очистки с размерами ячеи 0,5...0,3 мм.

 

 

Клапанная коробка 6 обеспечивает возможность переключения с одного танка на другой. Насосами 5 топливо подается в отстойную цистерну 2, оборудованную змеевиком парового подогрева и датчика­ми верхнего и нижнего уровней. Из отстойной цистерны топливо на­правляется к насосам 4, подогревателям 7 и сепараторам 8. Шлам из сепараторов поступает в цистерну 9, а цистерна 10 служит для сбора отходов топлива или их сжигания в инсинераторе. Очищенное топливо поступает в расходную цистерну 3, также оборудованную паровым обогревателем, спуском отстоя и датчиком нижнего уровня.

Во избежание переполнения в цистерне предусмотрена перелив­ная труба, ведущая в отстойную цистерну. Из расходной цистерны топливо поступает к трехходовому крану 11, с помощью которого пре­доставляется возможность переключаться с тяжелого топлива на ди­зельное топливо и наоборот. Далее топливо направляется к подкачи­вающим насосам 12, служащим для поднятия давления в системе до 0,4...0,5 МПа. Это необходимо, так как с ростом давления поднимает­ся температура кипения топлива, что, в свою очередь, позволяет избе­жать вскипания топлива в контуре циркуляции при его нагревании пе­ред двигателем до температур 130-150° С. При вскипании, а оно про­исходит при атмосферном давлении, неизбежно интенсивное паро- и газообразование, вызывающее нарушения в работе циркуляционных насосов 14, в частности, их кавитационные повреждения. Одновре­менно происходит потеря, вместе с газами, легких фракций. Этим объяс­няется то, что на судах новой постройки, на которых предусматривает­ся работа двигателей на топливах с вязкостью выше 180 сСт, наличие подкачивающих насосов является обязательным. От насосов 12 топли­во направляется в смесительную цистерну 13, в которой, при переходе с одного вида топлива на другой, происходит их смешивание, при ко­тором обеспечивается мягкий переход с легкого холодного топлива на горячее тяжелое и наоборот. Нужно иметь в виду, что если бы имел место резкий переход, то могло бы произойти заклинивание плунжер­ных пар топливных насосов.

За цистерной установлены циркуляционные насосы 14, подогре­ватель с вискозиметром 15 и непосредственно перед двигателем 17 фильтры тонкой очистки 16. Возврат топлива от двигателя осуществ­ляется в цистерну: в смесительную цистерну 13 или расходную цис­терну 3. Наличие контура рециркуляции «смесительная цистерна - цир­куляционные насосы - подогреватель - фильтр - дизель - цистерна» обеспечивает прокачку в нем горячего топлива при кратковременной остановке двигателя во избежание его застывания в трубах. Это необ­ходимо, так как при прекращении подачи топлива к дизелю или суще­ственном сокращении его поступления прекратится и его подогрев, а это уже приведет к росту вязкости топлива и следующим возможным последствиям:

-   ухудшению пусковых свойств дизеля;

-   повреждению ТНВД и их привода.

Циркуляционные насосы 14 останавливают лишь при длительной стоянке, но тогда система топливоподачи должна быть предварительно освобождена от тяжелого топлива путем предварительного (перед ос­тановкой) переключения на дизельное топливо. При этом, однако, надо иметь в виду, что при смешивании в циркуляционной цистерне дизель­ного и тяжелого топлива (а этого не избежать в первый период после переключения) возможна утрата стабильности смеси, обусловленная несовместимостью топлив. Это может вызвать лако- и нагарообразование в топливной аппаратуре, задиры прецизионных элементов, плохое сгорание топлива и загрязнение выпускного тракта.

При отсутствии смесительной цистерны и системы рециркуляции переводить дизель с одного сорта топлива на другой следует осторож­но, предварительно снизив нагрузку до 75% от полной нагрузки, по возможности снизив температуры топлив.

Эксплуатация топливной системы должна сводиться к выполне­нию следующих мероприятий:

►поддержанию требуемых температур топлива в танках запаса и в трубопроводах на всем пути следования топлива к двигателям;

►контролю уровня топлива в отстойных и расходных цистернах, периодическому выпуску из них отстоя;

►контролю чистоты фильтров (путем контроля перепада давле­ния на них);

►контролю работы сепараторов, предотвращающему переполне­ние грязевого пространства и появление воды в очищенном топливе. Выходящее из сепаратора топливо рекомендуется периодически брать на анализ.

 

Топливоподготовка

Рассмотренные ранее свойства топлив можно разделить на сле­дующие три группы:

1. Свойства, которые оказывают существенное влияние на работу двигателя, но которые невозможно изменить путем обработки топлива на судне (это могут быть: содержание коксового остатка, серы и вана­дия, самовоспламеняемость топлива).
2. 2.  Свойства, существенные для двигателя, но которые можно из­менить, произведя эффективную топливоподготовку (поддержание вяз­кости на рекомендуемом уровне, изменение содержание в топливе мор­ской воды, механических примесей, в том числе алюмосиликатов).
3. 3.  Свойства, несущественные для двигателя, но имеющие боль­шое значение для работы системы топливоподготовки и топливной си­стемы в целом (вязкость, плотность, стабильность и совместимость, температуры вспышки и застывания).

В задачи системы топливоподготовки должно входить снижение показателей, перечисленных в п. 2, до уровней, приемлемых для эксп­луатации двигателя. Основываясь на опыте эксплуатации, рекоменду­ется содержание морской воды в топливе перед двигателем поддержи­вать на уровне, не превышающем 0,5%. В этом случае отложения со­лей Na на лопатках газовой турбины будут не столь существенны.

Для механических примесей неорганического происхождения, оказывающих абразивное воздействие, допустимый предел лежит на уровне 25...50 ррm (мг/кг). Если выделить из них алюмосиликаты, то содержание таких примесей легче всего оценить по содержанию Аl. Это последнее желательно сохранять на уровне 5... 10 ррm. При этом общее содержание каталитических элементов будет выше указанного уровня. Важно также, чтобы размеры частиц не превышали 3 мкм.

Традиционные способы топливообработки состоят в очистке топлив от воды и механических примесей путем использования:

-   гравитационных сил (отстаивание);

-   центробежных сил (центрифугирование в сепараторах);

-   полупроницаемых материалов (фильтрование).

Отстаивание топлива.

На механические частицы и глобулы воды, находящиеся в топли­ве, действуют гравитационная сила (сила тяжести) и выталкивающая (Архимедова) сила, направленная вверх - в сторону, противополож­ную действию силы тяжести. При превышении силы тяжести частицы выпадают в осадок, происходит отстаивание, позволяющее в извест­ной степени очистить топливо от загрязняющих его примесей.

Если допустить, что осаждение происходит с постоянной скорос­тью, то ее величина может быть определена из следующего уравнения:

Если высота осаждения есть L, то время падения частицы от верхнего уровня до днища танка составит следующую величину:

где μ - динамическая вязкость; D - диаметр частицы; d - плотность, g - ускорение силы тяжести.

Из формулы (11.7) следует, что отстаивание топлива будет проис­ходить тем быстрее, чем меньше вязкость топлива и чем больше раз­мер частицы (D²), а также разность плотностей материала частицы и топлива.

Выводы.

1. Наиболее эффективно происходит отстаивание мало- и средневязких топлив.

1. Чем больше вязкость и плотность топлива, тем процесс отстаи­вания происходит медленнее и хуже.
2. Для ускорения процесса отстаивания рекомендуется понижать вязкость и плотность топлива путем повышения температуры в от­стойной цистерне, по крайней мере до значений 50.. .55° С, но не дохо­дя до температуры вспышки на 15° С.
3. Во избежание образования конвективных токов, которые спо­собны препятствовать процессу осаждения, режим подогрева в цис­терне должен быть стабильным и не сопровождаться резкими колеба­ниями температур.
4. Большинство тяжелых топлив содержат в значительных коли­чествах асфальто-смолистые соединения, обладающие высоким поверх­ностным натяжением, способствующим образованию стойких водотопливных эмульсий. Вода в этих случаях не выпадает в осадок, и очистка топлива от воды становится весьма проблематичной.

Рекомендуется прибегать к использованию антиэмульгирующих присадок или отказаться от удаления воды и сжигать эмульсию в дви­гателе, применяя гомогенизацию или неоднократные прокачки топли­ва по замкнутому контуру (с целью добиться мелкодисперсного состоя­ния композиции: размеры глобул не должны превышать 15...20 мкм).

В целях обеспечения надежности эксплуатации отстойной цис­терны она должна быть оборудована:

-   датчиками тревожной сигнализации по верхнему и нижнему пре­дельным уровням;

-   датчиком максимально допустимой температуры подогрева и показывающим термометром.

Сепарирование.

Сепарирование топлив, так же как и процедура их отстаивания, основано на использовании факта различия плотностей топлива и за­грязняющих его примесей. Эффективность работы сепараторов суще­ственно выше эффективности работы систем отстаивания, так как в них в качестве разделяющих используются центробежные силы, по величине на много порядков (в 15 тыс. раз) превышающие гравита­ционные.

В сепараторы топ­ливо поступает из от­стойной цистерны, по­лучив предварительный нагрев в паровом или электрическом подогре­вателе до температур, обеспечивающих вяз­кость менее 40 сСт. Тем­пература выше 98° С не­допустима, поскольку такой нагрев может при­вести к интенсивному испарению воды и нару­шению водяного затвора сепаратора.

Существует 2 вида сепарации: пурификация  и кларификация

Назначение первого удаление воды и механических примесей, второго – только механических примесей.

Фильтрация.

Наряду с сепарацией в комплекс топливообработки входит филь­трование топлива с применением фильтров грубой и тонкой очистки.

Фильтры грубой очистки устанавливают перед всеми насосами (топливоперекачивающими насосами, подкачивающими насосами се­параторов и циркуляционными насосами) в целях предупреждения их повреждения при попадании в топливо крупных частиц. Фильтры тон­кой очистки устанавливают непосредственно перед дизелями для за­щиты прецизионных элементов топливной аппаратуры от частиц ме­ханических примесей, не задержанных в сепараторе.

 

Рекомендованная литература:

1.Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2010.- 382 с.

Страницы стр. 283-301

2.Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2008.- 470 с.

Страницы 354-357

3.Возницкий И. В. Судовые дизели и их эксплуатация / И.В.Возницкий, Е.Г.Михеев – М.:Транспорт, 1990. - 360 с

Страницы 108-112