Модернизация котельной установки танкера

Расчет воздушного компрессора. Согласно требованиям Российского морского регистра судоходства на судах неограниченного района плавания устанавливают не менее двух компрессоров, один из которых имеет аварийный привод. Производительность каждого компрессора должна обеспечивать заполнение баллонов главного двигателя за один час от минимального давления до рабочего, максимального давления.

Определим производительность компрессора:

(7.20)

Устанавливаем два компрессора 2ОК1-Э6, производительностью 8,33 м3/ч и рабочим давлением 3,0 МПа.

7 КОНСТРУКТИВНЫЙ УЗЕЛ

Расчет на прочность втулки цилиндра ГД. Втулка цилиндра изготовлена из чугуна марки ВЧ-50 ГОСТ 7293-85.

Рисунок 8.1 - Схема втулки цилиндра

7.1 Механические напряжения

Цилиндровая втулка рассматривается как толстостенный цилиндр с постоянной толщиной стенки, подвергающийся равномерно распределенному давлению газов PZ .

Наибольшее нормальное напряжение растяжения в тангенциальном направлении на внутренней поверхности втулки цилиндра.

(8.1)

где - внутренний радиус втулки цилиндра, мм ;

- наружный радиус втулки цилиндра, мм ;

Pz - давление сгорания газов, МПа ;

D1 - внутренний диаметр втулки цилиндра мм ;

D2 - - наружный диаметр втулки цилиндра,мм .

МПа

Наименьшее нормальное напряжение растяжения в тангенциальном направлении у наружной поверхности цилиндровой втулки цилиндра.

(8.2)

МПа,

Нормальные напряжения сжатия в радиальном направлении на внутренней поверхности втулки цилиндра.

r = -PZ, (8.3)

r = -13,41 МПа

Нормальные напряжения в радиальном направлении на наружной поверхности втулки цилиндра равны нулю. Наиболее опасна с точки зрения теории прочности точка, лежащая на внутренней поверхности втулки цилиндра. Эквивалентное напряжение согласно теории предельных напряженных состояний равно

ЭКВ = (t) MAX - S r (8.4)

где S - коэффициент, характеризующий неодинаковость прочности материала на растяжение и сжатие ;

ЭКВ = (t) MAX - S r = 76,51-0,25·(-13,41) = 79,86 МПа

Эквивалентное напряжение на наружной поверхности втулки цилиндра равно

ЭКВ =(t ) MIN (8.5)

ЭКВ= 63,1 МПа

Значения ЭКВ для чугунных втулок находятся в пределах (50-80) МПа.

7.2 Температурные напряжения

Втулка рассматривается как полый цилиндр, у которого температура изменяется по толщине стенки симметрично относительно оси цилиндра и постоянна по длине втулки.

Найдем температурные напряжения сжатия на внутренней поверхности втулки цилиндра

(8.7)

где =0,0000014 град-1 - коэффициент линейного расширения материала;

Е = 1530000 МПа - модуль упругости материала ;

= 0,25 - коэффициент Пуассона ;

t = q / = (6790133·0,03)/188 = 0,082 К - перепад температур по толщине стенки ;

q= agе NеЦ QН /FОХЛ =(0,0000014·0,189·405·41379)/0,069 = 594012 кДж/(мчК) - тепловая нагрузка ;

FОХЛ = DЦ l = 3,14·0,382·0,796 = 0,799 м2 - площадь поверхности охлаждения ;

а = 0,15 - коэффициент, учитывающий долю тепла, отводимую во втулку ;

= r2 - r1= 0,191-0,16 м = 0,31 - толщина втулки ;

l = 0,976 м - длина втулки ;

DЦ = 0,32 м - внутренний диаметр втулки ;

= 30 кВт/(мК) - теплопроводность материала втулки ;

NеЦ = 405 кВт - цилиндровая мощность втулки ;

ge = 0,189 кг/(кВтч) - удельный эффективный расход топлива ;

QН = 41379 кДж/кг - низшая теплота сгорания топлива ;

k = r1/r2 - отношение радиусов внутренней и наружной поверхностей стенки ;

Z1 = 1,06 .

МПа

Напряжения растяжения на наружной поверхности втулки цилиндра равны

(8.8)

где Z2 = -0,94

 МПа

7.3 Суммарные напряжения

Считая, что наибольшие напряжения от сил давления и тепловые совпадают по времени, найдем суммарные напряжения во втулке цилиндра на внутренней поверхности

(8.9)

Так как > 0, то и =-13,41 МПа, тогда суммарное эквивалентное напряжение на внутренней поверхности втулки цилиндра равно

(8.10)

МПа

Найдем суммарные напряжения во втулке цилиндра на наружной поверхности

(8.11)

МПа

Допускаемые суммарные механические и тепловые эквивалентные напряжения ЭКВ для чугуна составляют (80-90) МПа.

7.4 Расчет опорного фланца втулки

Опорный фланец подвергается усилию от затяжки крышечных шпилек (рисунок 6.2).

Рисунок 8.2 - Схема к расчету фланца втулки цилиндра.

(8.12)

где = 1,25 - коэффициент затяжки ;

Df = 0,35 м - средний диаметр уплотнительной выточки .

 МПа

Сила затяжки Pd разлагается на нормальную Pn = Pd cos и касательную

Pt = Pd sin .

Pn = 1,611? cos 23 ° =1.482 МПа (8.13)

Pt = 1,611 sin 23 ° =0.631 МПа (8.14)

где =23 - угол между направляющей силы Pd и опасным сечением.

Находим в сечении I-I напряжение растяжения

(8.15)

где DS =0,362, м - диаметр центра тяжести сечения ;

h = 0,082, м - высота опасного сечения .

МПа

Находим в сечении I-I напряжение скалывания

(8.16)

МПа

Находим в сечении I-I напряжение изгиба от пары сил

(8.17)

где l = 0,038, м - плечо изгибающего момента .

МПа

Суммарные напряжения от изгиба и скалывания

(8.18)

МПа

Суммарные напряжения от изгиба и скалывания не должны превышать (40-60) МПа для чугунных втулок цилиндров. Найдем напряжение смятия в опорном бурте фланца втулки цилиндра

(8.19)

МПа

Напряжения смятия в опорном бурте фланца втулки цилиндра должны быть не выше (80-100) МПа для чугунных втулок цилиндров. Найдем удельное давление на опорной кольцевой выточке

 (8.20)

где b = 0,012, м

74,587 МПа .

Удельное давление на опорной кольцевой выточке не должно превышать (40-80) МПа.

Таким образом, по результатам конструктивного расчета можно сделать вывод, что прочность втулки цилиндра двигателя Vasa 6R32D является достаточной для её надежной работы, так как величины допускаемых напряжений для втулки цилиндра изготовленной из чугуна марки ВЧ-50 не превышают предельно допустимых значений.

8 УЗЕЛ АВТОМАТИКИ ГД. ДЕТЕКТОР МАСЛЯНОГО ТУМАНА VN 115.

Развивающееся кораблестроение с полным или частичным «безвахтенным» обслуживанием, а также увеличение числа стационарных дизельных установок без обслуживания, т.е. с дистанционным контролем, требует применение подходящих устройств для защиты и контроля. Таким контрольным устройством является детектор масляного тумана, который постоянно проверяет допустимую концентрацию масляного тумана в картерном пространстве.

Автоматическая система VN 115 контролирует картерные пространства тронковых двигателей (рисунок 10.1). В случае превышения установленной концентрации масляного тумана, прибор включает и выключает сигнализацию, уменьшает мощность или число оборотов двигателя, поскольку этот прибор подключен к соответствующей системе.

Рисунок 10.1 - Детектор масляного тумана VN 115

8.1 Требования, предъявляемые к установке контроля концентрации масляного тумана

Каждый ДВС имеет в своем картере определенную концентрацию масляного тумана, которая образуется в результате механических воздействий. Точками образования являются шестеренчатые колеса в системе управления, подшипниковые опоры, а также все остальные движущиеся части, которые механически разрывают масляный поток, поступающий от смазочных точек, и разбрызгивают его в виде мелких капель в картерном пространстве.

Масляный туман, который может являться причиной взрывов в картерном пространстве, образуется на перегретых частях двигателя в результате недостаточной смазки. Эти масляные пары конденсируются повторно в холодном картерном пространстве и образуют масляный туман, который можно отсосать и замерить. Для того чтобы производить постоянный отсос масляного тумана, его анализ, детектор масляного тумана должен выполнять следующие требования:

- надежность обеспечивается тем, что детектор в течение длительного времени не требует ухода. Загрязнения до определенной степени контролируются самим прибором. Прибор VN 115 имеет, кроме того, интегрированный самоконтроль и подвесной электронный блок без вибраций.

- большая чувствительность без ложных сигналов тревоги обеспечивается тем, что прибор VN 115 автоматически приспосабливается к переменным условиям работы двигателя.

- короткое время срабатывания достигается в результате того, что чувствительность зависит не только от непрозрачности масляного тумана, но также от скорости увеличения.

- отсутствие повреждений в связи с флуктуациями давления в картере достигается при помощи встроенного продувочного насоса с постоянным вытяжным разряжением и со вставленным дросселями ударной волны давления, благодаря чему также в случае крайних отрицательных или положительных флуктуаций давления обеспечивается равномерный отсос и, тем самым, равномерное измерение.

- компактное построение: прибор VN 115 выполнен в виде компактной конструкции с подвесным электронным блоком без вибраций и смонтирован на двигателе. Таким образом, отпадает необходимость во всасывающих трубопроводах различной длины, шланговых соединениях и в креплении прибора отдаленно от двигателя.

- удобство технического ухода и обслуживания благодаря штепсельному присоединению электронного блока и разделению в узлах измерения и основной плате с коробкой для присоединения труб обеспечивается возможность проведения необходимой замены узлов даже малоквалифицированным обслуживающим персоналом.

- простая и компактная система отсоса может быть выполнена за счет применения сифонных монтажных блоков с горизонтальными трубными соединениями.

8.2 Технические данные и принцип действия

- конструкция: компактный прибор, устанавливаемый непосредственно на двигателе, состоящий из монтажной и присоединительной части с воздухопродувочным насосом, на которой монтируется все трубопроводные и электрические присоединения, а также из виброгасительной платформы и закрепленного на ней измерительного устройства (рисунок 10.2).

- рабочее напряжение: 18-30В постоянного тока (пригодного для питания от аккумуляторной батареи 24В) или через трансформатор от напряжения сети 24В переменного тока 50/60 Гц, выпрямитель и сглаживающий конденсатор 4700мкФ/50В.



Рисунок 10.2 - Электронная блок-схема прибора VN 115

- допускаемая остаточная волнистость: напряжение питания не должно быть ниже 18В и выше 30В.

- защита от перенапряжения: встроенная. Срабатывает до 60В в течение 1 секунды, до 250В в течение 5 секунд; термический выключатель воздействует на предохранитель с плавкой проволокой при медленном перенапряжении свыше 36В.

- защита от неправильной полярности: посредством встроенного в прибор диода до 400В.

- потребляемый ток: максимально 0,25А.

- защита от перегрузочного тока: посредством быстродействующего внешнего предохранителя на 1,6А, расположенного на выходе к электропитанию или на распределительном щите. Встроенный в прибор предохранитель с плавкой проволокой 2,0А замедленного действия служит в качестве дополнительной защиты.

- система отсоса: два коллектора (возможность присоединения на приборе R 1/2» и R 3/4») c максимально 10 ответвлениями (присоединение на двигателе R 1/8» до R 1/4»).

- разряжение отсоса: 60 мм водяного столба, измеренное в измерительной камере по отношению к атмосферному давлению при неработающем двигателе, но при включенной вентиляции МО. Разряжение создается воздухопродувочным насосом.

- питание продувочного насоса воздухом: необходимое давление воздуха 0,03 - 0,05 Па избыточного давления, созданное редукционным клапаном давления в сети сжатого воздуха с давлением от 0,2 до 1,2 Па. Расход воздуха 0,5 м3/ч.

- чувствительность: регулируется в пределах величины поглощения 3 - 30%, что соответствует концентрации масляного тумана 0,7 - 8,6 мл/г. (Нижний предел для взрывоопасной смеси: около 50 мл масла на 1 литр воздуха при одновременно повышенной температуре свыше 500С).

- выходы сигнала: один беспотенциальный релейный переключатель; замыкающий контакт шунтирован сопротивлением 33 кОм для контроля обрыва внешней линии. Принцип действия: реле срабатывает при аварийной сигнализации масляного тумана.

- детектор масляного тумана готов к работе (Ready): один беспотенциальный релейный переключатель. Принцип действия: При нормальной работе реле находится под напряжением. Напряжение снимается если детектор масляного тумана не готов к работе. (Реле, таким образом, сигнализирует также отказ рабочего напряжения на приборе, важно для контрольной установки: замедленное притягивание максимум 30 секунд, учесть при автоматическом уравнивании).

- допустимая рабочая температура: от 0С до +70С.

- допустимая температура всасываемого масляного тумана: максимум 70С на входе прибора. (Нормальная температура атмосферы картера 70С. Дополнительное охлаждение состоится в отсасывающих трубах).

- влажность: испытан до относительной влажности воздуха 90%, конденсация отсутствует. (В воздухе насыщенном влагой до 100%, прибор должен постоянно включаться).

- вибрация: испытан при 6 граммах. Электронное измерительное устройство защищено дополнительно встроенными виброгасителями.

- род защиты: IP 54, согласно публикации МЭК 144 (пыле- и брызгозащищенное исполнение).

- материалы: монтируемая и соединительные части, корпус измерительного устройства - отливка из легкого металла, виброгасительная платформа - из оцинкованной и хромированной стали.

- вес: 7,5 кг, колпак 2,3 кг.

- максимальные размеры: ширина 175 мм, высота 435 мм, глубина 122 мм без колпака; ширина 230 мм, высота 471 мм, глубина 170 мм - с колпаком.

Система отсоса для отбора атмосферы из контролируемого картера двигателя.

К отдельным секциям картера двигателя (1), (рисунок 10.2), монтируются трубки для отсоса (2). Трубки монтируются таким образом, что при появлении масляного тумана, вызванного недостатком смазки, по крайней мере, одна из трубок производит отсос и подает туман через коллекторы (62) к прибору (4). К коллекторам могут присоединяться максимально десять отсасывающих трубок (2х5). В приборе коллекторы подводятся к коробке для присоединения трубок и оканчиваются в ресивере (40). В последующем сепараторе (5) под действием центробежной силы происходит отделение крупных частиц масла. Масло, отделенное в коллекторе (40) и сепараторе, по сточным каналам (6) направляется непосредственно к продувочному насосу (7) и выводится из прибора. Благодаря этому прибор оказывается защищенным от попадания в него масла. Из сепаратора (5) по каналу (8) отсосанная атмосфера картера поступает к оптическому барьеру (9) в измерительном приборе VN 115. Для предотвращения загрязнения инфракрасных фильтров (10) измерительного канала поступающей смесью, в обе камеры (11) через воздушные фильтры (12) подается определенное количество свежего воздуха, который препятствует загрязнению инфракрасных фильтров атмосферой картера путем стабилизации газового потока картерной атмосферы захваченным свежим воздухом таким образом, что соприкосновение газового потока с инфракрасными фильтрами полностью исключается. По каналу (13) атмосфера картера поступает к продувочному насосу (7). Выступающий из продувочного насоса расширенный воздух (15) насыщен атмосферой картера и подтекающим маслом и направляется в балластный танк.

Измерение концентрации масляного тумана картерной атмосферы и срабатывание сигнализации тревоги.

К оптическому каналу (9) относится полупроводник LED (18), излучающий инфракрасный свет, который генерирует определенную яркость на фотодиоде (19). Фотодиод преобразует яркость света в электрический сигнал, который подается к усилителю (20). На участке измерения (9) часть светового потока поглощается картерной атмосферой, электрический сигнал уменьшается. Компаратор (48) сравнивает поступающий от усилителя (20) измерительный сигнал с контрольным напряжением, установленным на потенциометре (22) и в случае, если логика аварийной сигнализации (21) установила готовность к эксплуатации, вводит в действие аварийный выходной каскад (23), как только измерительный сигнал станет меньше контрольного напряжения. Аварийный светоизлучающий диод (LED) масляного тумана зажигается, и аварийный контакт масляного тумана переключает. Это имеет место при повышенной непрозрачности картерной атмосферы на участке измерения вследствие дефекта в картере. Оба выхода сигнала усилителя (20) отличаются своими динамическими свойствами. Выход к компаратору регулировочного контура (24) подает сигнал, пропорциональный входному сигналу усилителя. Выход к компаратору аварийной сигнализации (48) подает сигнал с пропорциональной и дифференциальной частью входного сигнала. Дифференциальная часть образуется при быстром увеличении непрозрачности в случае дефекта в картере. Она вызывает увеличение сигнала до фактора 3 при скоростях повышения более 10% в течение 10 секунд. Благодаря этому достигается ускоренная подача аварийного сигнала уже при повышении непрозрачности. Эта дифференциальная часть является эффективной, однако, только в том случае, если реле потока (30) установило, что снабжение воздухом прибора работает правильно.

Автоматическое регулирование чувствительности. При условии, что яркость источника света (18) имеет определенное значение, система, описанная в пункте 10.3.2, оказывается достаточной для вызова аварийной сигнализации. На практике, однако, имеют место факторы, ухудшающие недопустимо точность подачи аварийного сигнала. К этим воздействиям относятся: старение и температурный дрейф элементов конструкции, и возможное загрязнение инфракрасных фильтров (10). Во избежание влияния этих факторов яркость источника света (18) не поддерживается, как обычно, постоянной, а регулируется с помощью регулировочной системы, состоящей из элементов (24), (25), (26) и (27), таким образом, что генерируемая на приемнике (19) яркость остается постоянной. Регулирование производится очень медленно, в результате чего быстрое увеличение непрозрачности в случае дефекта не может быть компенсировано повышенной яркостью источника света (18). Яркость источника света (18) определяется поступающим от усилителя (27) током. Входной сигнал для этого усилителя поступает из электронного шагового переключателя (26) и может увеличиваться или уменьшаться ступенями около 5%. Шаговый переключатель управляется датчиком тактовых импульсов (25) с низкочастотным тактом для увеличения яркости при повышении загрязнения. Второй высокочастотный такт вызывает снижение яркости, как это, например, оказывается необходимым после очистки. Благодаря этому обеспечивается слишком большая яркость, вызывающая снижение чувствительности прибора, которая корректируется в течение короткого времени. При включении рабочего напряжения устанавливается, как правило, максимальная яркость, которая понижается до фактической величины путем регулировки. Благодаря этому имеет место период пуска до 30 секунд, в течении которого прибор работает с пониженной чувствительностью. Бесконечное подрегулирование является невозможным, поэтому при определенном значении от шагового переключателя (26) к выходному каскаду «Ready» (26) вызывается аварийная сигнализация «детектор масляного тумана отказал» и необходимо произвести очистку инфракрасных фильтров. При этом светоизлучающий диод «Ready» гаснет и контакт «Ready» переключает.

Подключение рабочего воздуха. Разряжение, необходимое для отсасывания масляного тумана из картера, создается продувочным насосом, встроенном в приборе. Рабочий воздух (14) подается к прибору через патрубок R 1/2». Давление рабочего воздуха для продувочного насоса, (рисунок 10.3), должно быть отрегулировано так, чтобы в измерительной камере прибора VN 115 было создано разряжение от 60 до 80 мм водяного столба. Разряжение может быть замерено путем подключения U-образного трубного манометра к резьбовому патрубку на измерительной крышке. Регулировка давления всасывания путем настройки давления рабочего воздуха должна быть проведена на неработающем двигателе, но при полностью включенной вентиляции МО. Повышение или понижение давления в картере и его воздействие на скорость потока масляного тумана, во всасывающих трубках, компенсируется в значительной степени через встроенный в приборе дроссельный канал (+25 мм водяного столба в картере против атмосферы создает повышение скорости потока масляного тумана во всасывающих трубках около 8%, 50 мм водяного столба около 14%, чем пренебрегается).

Рисунок 10.3 - Подключение рабочего воздуха

Это является важным потому, что при чрезвычайно высокой скорости потока происходит выпадение масляного тумана, вследствие чего снижается чувствительность прибора. Классификационное требование от BV, согласно которому даже при наличии дефектного редукционного клапана не должно создаваться всасывающее давление выше 25 мм водяного столба (замеряется на входе в приборе или на соответствующем патрубке на приборе), надежно выполняется применением специального редукционного клапана со встроенным дросселем и фильтром.

Редукционный клапан с дросселем регулируется согласно следующей инструкции: к резьбовому патрубку, предусмотренному для замера давления, присоединяется U-образный трубный манометр. Видимая высота замера (разница между водяными столбами) должна составлять не менее 100 мм. Затем ослабить контргайку (2) на редукционном клапане (3) и вращать регулировочный винт (4) в направлении часовой стрелки до тех пор, пока крутящий момент заметно не возрастет. Открыть защитный колпак (5) на дросселе (6) и вращать от руки установочный винт (7) в направлении часовой стрелки до тех пор, пока не почувствуется некоторое сопротивление. Затем включить сжатый воздух с начальным давлением 2-12 бар. На U-образном трубном манометре никакого отклонения показания быть не должно. Установочный винт (7) вращать против часовой стрелки, пока на U-образном трубном манометре не появится пониженное давление порядка около 80 мм водяного столба. Установочный винт (7) путем небольшого поворота установить так, чтобы можно было закрыть защитный колпак (5). После этого следует подкрутить установочный винт (4) в направлении против часовой стрелки до тех пор, пока пониженное давление не снизится до 60 мм водяного столба. Установочная гайка (4) закрепляется путем затягивания контргайки (2). Для проверки открывается замыкающий винт (8) на редукционном клапане и снимается пружина (9). Вследствие этого редукционный клапан становится бездейственным. После завинчивания замыкающего винта - без пружины - пониженное давление в измерительной камере поднимается снова до 80 мм водяного столба. При необходимости, можно произвести регулировку при помощи установочного винта (7). В заключение необходимо вставить снова пружину (9) и во избежание недопустимого открывания зашплинтовать защитный колпак (5) проволокой через отверстие (10). Кроме того, редукционный клапан предохраняется устройством защиты от перестановки (13), которое в заключение необходимо запломбировать.

Подключение отвода воздуха. Смесь, выходящая со стороны выхода продувочного насоса (присоединение отводящих трубопроводов через трубное присоединение R3/4»), отводится непосредственно в атмосферу и/или в дно трюма, или через трубопровод (16) с внутренним диаметром не менее 24 мм может быть подключена к системе вентиляции картера (17). Отводимый воздух, однако, должен вытекать свободно, образование противодавления не допускается. Избегать обязательно масляных зависаний в трубопроводе (16).

Автоматический контроль. При исчезновении напряжения питания (29) или воздушного питания, которые контролируются датчиком потока (30), компенсационным усилителем температуры (31) и триггером Schmitt (32), подается аварийный сигнал «детектор масляного тумана не работает», индикация «Ready» с помощью светоизлучающих диодов гаснет, и релейный контакт «Ready» размыкается. Одновременно индицируется поступающий от компаратора (48) аварийный сигнал масляного тумана с помощью контрольного светоизлучающего диода, однако, он не передается наружу. При достижении предела загрязнения оптического измерительного канала и вызове счетчиком (26) аварийного сигнала «детектор масляного тумана не работает» (светоизлучающий диод «Ready» гаснет), аварийная сигнализация масляного тумана передается дальше компаратором (48) от аварийной логики (21) на выдачу аварийного сигнала масляного тумана (23).

При полном отключении оптического измерительного канала срабатывает аварийный сигнал масляного тумана (23), внешняя индикация непрозрачности (44) остается в левом углу индикаторной шкалы и сигналы «Контроль» (33) и «Ready» (28) с помощью светоизлучающих диодов исчезают.

Дистанционная индикация. Сигналы «аварийный предел масляного тумана» (22) и непрозрачность масляного тумана на выходе усилителя (20) преобразуются с помощью преобразователя напряжение - ток (60) в аналоговый сигнал тока и могут, при необходимости, индицироваться в контрольном помещении с помощью внешнего аналогового индикатора непрозрачности (44). При нормальной эксплуатации стрелка находится на значении установленного аварийного предела (22) (3 - 30%). Отклонение в отрицательном диапазоне (0%) означает аварийный сигнал масляного тумана. При вытянутом присоединительном штекере прибора VN 115 или отсутствии снабжения напряжением дистанционная индикация указывает непрозрачность 0%.

9 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПЗМ

Эксплуатация судов связана с возникновением и решением экологических проблем. К наиболее опасным относятся вещества, которые образуются и выбрасываются в атмосферу с газами при сгорании топлива в энергоагрегатах.

Процесс хранения ГСМ, подготовка топлива и очистка масел многоразового использования сопровождается испарением в атмосферу их легких компонентов, количество выбросов которых увеличивается при подогреве. Пары ГСМ являются наиболее опасными загрязнениями окружающей среды.

К категории наиболее опасных загрязнителей относятся такие газообразные вещества, содержащиеся в выпускных газах: окислы азота NOX, окись СО и двуокись СО2, образующиеся в результате сгорания топлива; сернистый и серный ангидриды SO2 и SO3, образующиеся результате окисления присутствующей в топливе серы, продукты неполного сгорания топлива СНХ. Нормативы МАРПОЛ 73/78 ИМО (73/78) на NOX, г/(кВт-ч):

- для СОД с п > 130 мин-1 - до (5-10);

- для ВОД с п > 2000 мин-1 - 9,84. SOх < 6; в топливе 1,5% S2 по массе.

Исходя из особенностей испарения ГСМ, одним из путей снижения выброса в атмосферу веществ являются режимы обработки в процессе использования.

Одним из путей решения проблемы является применение присадок к топливам, снижающих испаряемость их полностью или до безопасного уровня. В настоящее время разработана и рекомендуется присадка ЧАС-9. Ее действие заключается в следующем: при взаимодействии с молекулами топлива затрудняются процессы замещения легких компонентов топлива более тяжелыми, что уменьшает интенсивность испарения легких компонентов. Использование присадки ЧАС-9 при вводе в дизельное топливо в количестве 0,3% (по массе) снижает его испаряемость в 4-5 раз. Она также способствует уменьшению осадкообразования.

Другим направлением решения задачи по предотвращению образования экологически опасных веществ при сгорании топлива является обеспечение его полного и эффективного сгорания. Для эффективного сгорания высоковязких топлив рекомендуется применять смеси топлива с пресной водой в виде водотопливной эмульсии (ВТЭ) и присадок, улучшающих сгорание топлива.

При работе дизеля на Ne ном в топливо вводится ВТЭ в количестве (8-12)%, на долевых режимах работы дозирующее устройство обеспечивает повышение содержания воды до (15-16)% (не более). В результате интенсивного сгорания топлива уменьшается образование вредных для окружающей среды веществ (окислов азота, твердых агломератов, сажи и др.), а также полностью исключается образование веществ вида СН.

Для решения экологической проблемы также наиболее эффективно повышение эксплуатационных и экологических свойств самих ГСМ. Топлива с улучшенными свойствами, по сравнению с аналогичными топливами, вырабатываемыми в настоящее время, должны быть: узкофункционального состава, с меньшими испаряемостью и склонностью к осадкообразованию, меньшим содержанием серы, с контролируемым содержанием тяжелых металлов и минусовой температурой застывания.

Смазочные материалы по сравнению с аналогичными, вырабатываемые в настоящее время, в композициях присадок не должны содержать тяжелых металлов.

Применяемые меры позволяют снизить содержание в выпускных газах экологически опасных веществ. Однако некоторое их количество выбрасывается вместе с газами в окружающую среду. Поэтому завершающим мероприятием в полном решении проблемы защиты окружающей среды от вредных выбросов с выпускными газами является очистка последних в специальных устройствах.

Например, выпускные газы из дизеля поступают в очистительное устройство, в котором сажа удаляется с помощью противоточной перегородки, состоящей из набора гофрированных полос, которые орошаются водой. Сажа смывается с перегородок водой и скапливается над нейтрализующим пакетом для воды. Очищенный от сажи газ поступает к нейтрализующему пакету, состоящему из вертикально расположенных элементов между сетчатыми перегородками. Элементы нейтрализующих пакетов по мере работы и потери нейтрализующих функций подлежит регенерации, продолжительность регенерации составляет не менее 1500 ч работы дизеля. Скапливающиеся отходы в виде сажи и продуктов регенерации элементов пакет подлежат сдачи с судна на берег.

Комиссия по защите морской среды (The Marine Environment Protecting Committee - MEРC) при международной морской организации (ИМО) занимается разработкой международных правил для ограничения допустимых выбросов вредных компонентов с отработавшими газами судовых дизелей.

В России с 1983 г. введен государственный стандарт (ГОСТ 24585-81), ограничивающий выбросы NОх и СО для судовых тепловозных и промышленных дизелей следующими значениями:

eNOx = (14-29) г/(кВт-ч), еCо = 10 г/(кВт-ч).

Выбросы SOX обусловлены содержанием серы в топливе. Снизить этот выброс можно, снизив содержание серы в топливе путем очистки топлива или очистки отработавших газов.

Очистков топлива на перерабатывающих заводов ведет к его удорожанию. Однако этот вариант, по-видимому, будет использован как основной. Это обусловлено тем, что удаление SOX из отработавших газов путем через устройства мокрой очистки (скрубберы) потребует очень больших капитальных вложений. Возникнут проблемы хранения и сдача на берег серной кислоты слабой концентрации (большие объемы жидкости потребуют достаточных емкостей), что приведет к повышению эксплуатационных расходов.

Введение международных норм на выброс NOX потребует достаточно эффективный метод снижения эмиссии окислов азота. Борьбу с выбросами можно вести первичными методами, воздействуя на рабочие процессы дизеля с целью уменьшения образования NOX в цилиндре.

Первичные методы можно разделить на две группы:

- требующие изменения конструкции дизеля или отдельных элементов, реализуемые при разработке новых дизелей (совершенствование системы впрыска и смесеобразования дизеля, систем турбонаддува; выбор оптимальных механизмов газораспределения, степени сжатия, частоты вращения коленчатого вала; организации вихревого движения заряда в камере сгорания и др.);

- не требующие существенного изменения конструкции, реализация которых возможна при незначительной модернизации дизеля (перевод дизеля на работу на ВТЭ, изменения фаз топливоподачи, рециркуляция отработавших газов и др.).

Реальную апробацию прошли первые два способа. Физический смысл влияния этих факторов на эмиссию NOx состоит в том, что в обоих случаях уменьшается температура газов при сгорании топлива, определяющая скорость образования NОx в цилиндре. Установлено, что достижения требуемого уровня эмиссии CNOx = 60%, доля присадочной воды составляет 22%, угол опережения подачи топлива уменьшен на 2° ПКВ, удельный эффективный расход топлива увеличен на 2 г/(кВт-ч). что обусловлено увеличением продолжительности впрыска и снижение Рz.

К первичным методам снижения эмиссии можно также отнести выбор оптимального режима работы дизеля.

В целом благодаря применению первичных методов реально достичь снижения эмиссии NOX на (30-50)%. В настоящее время предлагается лишь одна технология для сокращения выбросов NO4 - селективная каталитическая очистка отработавших газов (SCR - Selective Catalistic Reduction).Существует более 25 различных способов SCR. По наиболее распространенному способу ОГ смешиваются с аммиаком NH3. Смесь проходит сквозь слой специального катализатора при температуре в пределах (300-400)оС. В качестве катализатора используется платина Pt и радий Rh.

На основании обобщения опыта специалисты считают, что на ближайшее время для СЭУ предпочтительно сокращение выбросов NO4 с помощью первичных методов.

Сохранение природной среды является одной из наиболее актуальных проблем, стоящих перед всем человечеством. Воздействие человека на среду своего обитания односторонне направлено на эксплуатацию природных богатств и поэтому ведет к нарушению равновесия между различными взаимосвязанными природными процессами. С каждым годом, все большее значение приобретает проблема защиты окружающей среды в местах концентрации судов: в портах и в рыболовных зонах.

Особую опасность представляет загрязнение Мирового океана нефтью и ядохимикатами вследствие транспортировки нефтепродуктов морем и судоходства в целом.

При плавании в морских территориальных водах все суда флота рыбной промышленности должны выполнять требования национальных правил России. Функции государственного технического контроля и надзора за судами в части предотвращения загрязнения моря нефтью с судов осуществляет Регистр. Его надзору подлежит:

- оборудование и системы сепарации нефтесодержащих вод;

- оборудование и системы автоматического контроля и замера, регистрации и управления сбросом нефтесодержащих вод;

- оборудование, устройство и системы сбора, обработки, хранения и передачи вредных веществ на приемные пункты;

- остановки для обработки хозяйственных фекальных вод;

- шланги для бункеровки и сдачи вредных веществ.

9.1 Меры по охране окружающей среды на проектируемом судне

Конструкция корпуса, механизмов, оборудования и систем судна удовлетворяют Конвенции МАРПОЛ 73/78.

Конструкция ГД, ВДГ и их систем обеспечивает удовлетворительное сгорание топлива во избежание загрязнения атмосферы продуктами неполного сгорания топлива и твёрдыми частицами. В состав оборудования включена утилизационная установка КУП 170Р и очистные фильтры с целью снижения газового и теплового загрязнения атмосферы.

Для временного сбора и хранения различных видов мусора на судне установлены пять контейнеров емкостью по 50 л каждый:

- бытовых отходов и пластмассы, шт; 2

- пищевых отходов, шт; 2

- золы, шт; 1

В машинном и румпельном отделениях установлены по одной ёмкости для сбора промасленной ветоши.

В целях уменьшения количества собираемых отходов на судне установлен инсенератор СП10, предназначенный для сжигания твёрдых отходов, мусора и промасленной ветоши. Производительность установки составляет 10 кг/ч.

Для предотвращения загрязнения моря нефтепродуктами на судне предусматриваются цистерны:

- сбора трюмных вод емкостью 7,0 м3 ;

- сбора нефтеостатков, утечного топлива и масла емкостью 2,8м3;

- сбора отработанного масла из дизелей и редуктора емкостью 4,8 м3.

Проектируемый СМТ оборудован сепарационной автоматизированной установкой УКФ-1.6, обеспечивающей очистку нефтесодержащих вод до 15ч/млн., оснащенной устройством, сигнализирующим о превышении нефтесодержания в очищенной воде и автоматически прекращающим сброс.

Сброс очищенных вод осуществляется за борт выше ватерлинии, а нефтесодержащие остатки сдаются на берег или на суда - сборщики.

В целях обеспечения учёта использования нефтепродуктов на судах ведётся «Журнал нефтяных операций», который заполняется при выполнении следующих операций:

- приём в топливные танки и их зачистка ;

- слив грязного балласта и промывочной воды из цистерны ;

- слив за борт нефтесодержащих льяльных вод.

Цистерны запаса топлива, отстойные и расходные оборудованы переливными трубами, исключающими выброс топлива на палубу при его приеме.

Для предотвращения загрязнения моря сточными и хозяйственно - бытовыми водами на судне располагается установка ЭОС-5 производительностью до 330 л/час, обеспечивающая обеззараживание стоков путем электрохимической обработки. Установка расположена в отдельном помещении. Отделенный в установке ЭОС-5 шлам сбрасывается в цистерну шлама емкостью 1,5 м3, которая обеспечивает судно на весь период его автономности.

10 ОХРАНА ТРУДА

10.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов

Опасные и вредные производственные факторы подразделяются по природе действия на следующие группы: физические; химические, биологические; психофизиологические.

При нахождении в машинно-котельном отделении на персонал воздействуют следующие физические опасные и вредные производственные факторы: движущиеся механизмы; загазованность рабочей зоны; повышенная температура поверхностей оборудования, материалов; повышенная температура рабочей зоны; повышенная или пониженная влажность и подвижность воздуха; повышенный уровень шума на рабочем месте; повышенный уровень вибрации; отсутствие или недостаток естественного света; недостаточная освещенность рабочей зоны; пониженная контрастность.

К химически опасным и вредным производственным факторам относятся: вредные пары и газы; аэрозоли; токсичные пыли; агрессивные жидкости.

К биологически опасным и вредным производственным факторам относят: бактерии; вирусы; микроорганизмы.

К психофизиологически опасным и вредным производственным факторам относят:

а) физические перегрузки: статические и динамические;

б) нервно-психические перегрузки: умственное перенапряжение; монотонность труда; эмоциональные перегрузки; интеллектуальное напряжение.

10.2 Опасные и вредные факторы судовой среды и защита от них

Гигиеническая характеристика воздушной среды на судах. Химический состав воздуха общесудовых помещений в своей основе имеет обычные компоненты атмосферного воздуха. Очень небольшая часть воздуха (в обычных условиях менее 0,01%) состоит из сложной и многокомпонентной смеси химических веществ, которые принято называть загрязнениями или вредными веществами. При контакте с организмом человека они могут вызвать профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, производственные травмы, обнаруживаемые как в процессе работы, так и в последующие периоды жизни человека. Относительно малые объемы судовых помещений и ограниченная кратность воздухообмена в них предопределяет большую потенциальную опасность любых, даже, казалось бы, незначительных количеств вредных веществ.

Источники загрязнения воздушной среды на судах делятся на три основные группы:

1) Продукты жизнедеятельности человека и вещества бытового происхождения (антропотоксины).

2) Технические средства (судовые энергетические установки, вспомогательные механизмы, устройства, котельные установки и т.п.).

3) Полимерные материалы, используемые для отделки внутренних помещений, изготовления мебели и других бытовых предметов.

Основным источником изменения химического состава в помещениях с ограниченным воздухообменом является человек. Воздушная среда невентилируемых помещений ухудшается пропорционально числу лиц и времени их пребывания. При выполнении физической работы потребление кислорода и соответственно выделение углекислого газа значительно возрастает. Углекислый газ, который намного тяжелее воздуха, является особо опасным в замкнутых судовых пространствах, скапливаясь в нижней их части. Оценку количества вредных веществ антропогенного происхождения в воздухе судовых помещений удобнее всего производить по концентрации углекислого газа или окисляемости воздуха. Верхний предел допустимости концентрации углекислого газа в судовых помещения составляет 0,1% (или 1,96 мг/м2 его массовой концентрации), а окисляемости воздуха - не более 65 мг О2.

При эксплуатации многочисленных технических средств в воздух судовых помещений поступают пары воздуха и масел, выхлопные газы. Соляр, используемый в качестве дизельного топлива, состоит из смеси различных углеводородов, из которых наиболее токсичные - ароматические - составляют до 60%. К основным компонентам выхлопных газов относятся окись углерода (4 - 12%), окислы азота (1 - 6%), углеводороды (40 - 55%), а также акролеин, сернистый газ и серный ангидрид. Наиболее токсичными веществами выхлопных газов являются окись углерода, окислы азота и акролеин.

Следует отметить, что уровень загрязнения помещений выхлопными газами может быть очень различным и зависит от конструкции систем газохода, газовыхлопа и вентиляции воздуха, наружных метеорологических условий и т.д. Особенное значение имеет расположение воздухозаборных устройств систем вентиляции и кондиционирования воздуха по отношению к местам газовыхлопа. Большое количество вредных веществ в воздух судовых помещений может попадать из-за неисправностей систем вентиляции и кондиционирования воздуха или несоблюдения режимов их эксплуатации.

При работе главных и вспомогательных механизмов характерным является выделение продуктов испарения, возгонки и термоокислительной деструкции смазочных масел. При этом образуются различные летучие кислородосодержащие вещества (в виде кетонов, фенолов, спиртов) а также окись углерода. Особенно резко возрастает концентрация окиси углерода при так называемых «местных» протечках масла на нагретые поверхности. В машинно-котельных отделениях (МКО) судов отмечается, как правило, концентрация окиси углерода до 5 - 8 мг/м3, а окислов азота - до 10 мг/м3 . Неблагоприятная газовоздушная среда характерна для судов нефтеналивного флота.

Синтетические полимерные материалы в настоящее время широко используются при строительстве судов. К наиболее распространенным при строительстве судов полимерным материалам относятся поливинилхлорид, фенолформальдегид, стирол, эпоксидные смолы, фторопласт, резины, лаки, краски и др. Их общее количество на судне может достигать десятков тонн.

Химические свойства полимерных материалов определяют их потенциальную способность выделять в окружающую среду ряд токсических веществ. Они подразделяются:

1) на постоянно выделяющиеся в воздух помещений,

2) выделяющиеся в результате воздействия на них факторов окружающей среды (повышенная температура воздуха, вибрация и др.). Из второй группы веществ особое значение имеют продукты термического разложения полимерных материалов при судовых пожарах. Как правило, такие материалы при их нагревании свыше 200? выделяют окись углерода, которая и является основным поражающим фактором при судовых пожарах.

Одной из важнейших особенностей полимерных материалов является процесс «старения» (деструкция), то есть свойство изменять физико-химические свойства с течением времени, в результате чего состав и количество выделяемых в воздух вредных веществ увеличивается.

Выделяемые в воздушную среду судовых помещений разнообразные токсические вещества вызывают аллергические реакции, поражение слизистых и кожных покровов, отравления. Острые отравления обусловлены высокими концентрациями отравляющих веществ и возникают в основном при судовых пожарах. Хронические отравления развиваются медленно и являются результатом накопления в организме токсических веществ.

К числу канцерогенных веществ относятся прежде всего полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), входящие в состав нефти и образующиеся при неполном сгорании дизельного топлива. Наиболее выраженной канцерогенной активностью обладают 3, 4- бензпирен, 1, 2- бензантрацен, входящие в состав выхлопных газов. Мутационной активностью обладают гидроксиламин, формальдегид, этиленамин, органические перекиси. Отрицательное воздействие на репродуктивную функцию оказывают бензол, сероуглеводород, сурьма, никотин, соединения ртути и др.

По степени опасности для организма человека все вредные вещества делятся на 4 класса:

1 - чрезвычайно опасные,

2 - высокоопасные,

3 - умеренно опасные,

4 - малоопасные.

Классы опасности вредных веществ устанавливают, используя ряд строго лимитированных показателей токсичности по критерию, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности (таблица 9.1).

Таблица 9.1 - Некоторые показатели классов веществ для воздуха

Показатели	1-ый	2-ой	3-ий	4-ый
ПДК для воздуха рабочей зоны, мг/м3	менее 0,1	0,1 - 1	1,1 - 10	более 10
Коэффицинет возможного ингаляционного отравления (КВИО)	более 300	300 - 30	29 - 3	менее 3
Зона острого действия	менее 6	6 - 18	18,1 - 54	более 54
Зона хронического действия, мг/м3	более 10	10 - 5	4,9 - 2,5	менее 2,5

Гигиеническое нормирование вредных веществ воздуха и санитарный надзор. Минимальная доза (концентрация) вещества в окружающей среде - это такое количество, при воздействии которого в организме возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций организма. Зона токсического действия является основной характеристикой вредных химических веществ и используется в гигиене и токсикологии для разработки ПДК (предельно допустимых концентраций).

Большинство химических веществ, загрязняющих воздух, вызывают ощущение запаха. Поэтому одним из критериев допустимости той или иной концентрации вещества в воздухе, является отсутствие запаха. Например, по зарубежному стандарту ASHRAE 62-73R воздух считается не содержащим раздражающих веществ, если не менее 80% неподготовленных лиц не имеет претензий к его органолептическому качеству.

В некоторых случаях расчетным путем определяется ориентировочный безопасный уровень воздействия вредных веществ (ОБУВ), который является временным нормативом. ОБУВ пересматривается в среднем через два года после его утверждения или заменяется ПДК с учетом накопленных медико-биологических данных.

Санитарный надзор за химическим составом воздуха в судовых помещения проводится в следующих основных направлениях:

- разработка ПДК ранее не изученных химических веществ и корректировка уже известных гигиенических нормативов;

- санитарно-химическая и токсилогическая оценка источников загрязнений воздуха, предполагаемых к размещению на судах;

- расчет насыщенности помещений полимерными материалами;

- разработка предложений по оптимизации химического состава воздуха с учетом использования систем вентиляции воздуха, средств дистанционного управления;

- зонирование помещений на служебные и жилые, повышение газоплотности и герметичности технических средств и т.д. Радикальным путем нормализации химического состава воздуха судовых помещений является исключение источников вредных веществ, однако, это трудно осуществлять. В ряде случаев приемлемыми являются принципы локализации источников вредных веществ путем их герметизации и даже вакуумирования, очистки воздуха, основанной на явлениях фильтрации, адсорбции и т.д.

Особое место в санитарном надзоре занимает допуск полимерных материалов при строительстве судов.

Для принятия профилактических мер очень важно знать состав вредных веществ, характеристики систем вентиляции. При текущем санитарном надзоре необходимо осуществлять приборный, а в некоторых случаях и лабораторный контроль за наличием и концентрацией вредных химических веществ, кислорода и углекислого газа. Определение в воздухе помещений вредных веществ производится с помощью переносных или стационарных газоанализаторов. Превышение ПДК является основанием для проведения конкретных мероприятий по очистке воздуха. Наибольшее распространение на судах получили сетчатые масляные фильтры (типа ФРМ), степень очистки воздуха в которых составляет 95 -98%. Высока степень очистки воздуха с помощью фильтров из нескольких слоев синтетических материалов.

10.3 Пожарная безопасность на морском транспорте

Пожары ежегодно уносят много человеческих жизней и уничтожают огромные материальные ценности. Особенно опасны пожары на судах.

Международная конвенция по охране человеческой жизни на море в 1960 г. (с дополнениями последних лет) установила порядок, по которому государственные власти обязаны каждому судну выдавать свидетельства об исправном состоянии противопожарного оборудования и выполнения всех правил и положений Конвенции.

Свидетельство пожарной охраны на выход судна в море судно получает в малом каботаже на 3 мес., в большом - на рейс лишь после специального осмотра. Судовой пожарно-контрольный формуляр, по которому проверяется противопожарное оборудование, содержит: пожарно-техническую характеристику; нормы и наличие пожарного оборудования и инвентаря; учет огнетушителей, проведенных учебных треног, занятий; учет и контроль состояния пенообразователей; требования пожарного надзора и др.

Выбор и последовательность противопожарных мероприятий на судах определяется их типом и назначением.

На наливных судах из всех видов аварий наиболее опасны взрывы и пожары. КПЗ разрабатывают с учетом разряда перевозимых грузов. Как известно, пары нефтепродуктов имеют свойство перемещаться и оседать в низких местах на судне, а также скопляться в плохо вентилируемых помещениях.

Отличительной особенностью КПЗ на наливных судах является отделение коффердамами грузовых цистерн от машинно-котельных отделений, сухогрузных трюмов и жилых помещений, а на судах, перевозящих грузы первого разряда и от отсеков, где хранится судовое топливо, а также от выгородок для вибраторов, эхолотов или шахт лага. Коффердамы, как правило, отделяют надстройку наливного судна от грузовой палубы. Они имеют размеры, позволяющие их осматривать. Коффердамы с водой проходят поперек судна, делят его на отдельные участки и препятствуют проникновению жидкого груза или его газов и паров из грузовых систем в смежные помещения. Как правило, коффердамы заполняют водой на 0,95 объема. Затопленные водяные коффердамы являются одновременно своего рода демпферами, поглощающими упругую энергию массой воды со стороны грузовой цистерны при деформации газонепроницаемой коффердамной переборки вследствие взрыва или других причин.

Грузовые цистерны наливных судов должны быть так устроены, чтобы газы и перевозимый груз не задерживались в конструкциях набора, для чего в горизонтальном наборе, днищевых стрингерах и палубных балках делают отверстия для их перетекания.

На наливных судах особо надежно следует закреплять трапы, трубопроводы и протекторную защиту в грузовых цистернах. Газоотводные трубы, которые можно объединить в магистрали, необходимо оборудовать огнепреградителем, установлены так, чтобы груз при любых условиях плавания не попадал в трубы, а их выходные концы - пламепрерывающими сетками. На судах, перевозящих жидкости первого разряда, эти отверстия должны возвышаться над палубой грузовых цистерн на 10 м, а над ближайшими верхними палубами рубок или надстроек - на 3 м. Выходные отверстия газоотводных труб, выведенные вдоль мачт, должны быть удалены от сигнальных огней, электрической аппаратуры и деталей грузового устройства не менее чем на 1м.