Предупреждение пожаров на танкерах: система инертных газов и паротушения

1

Реферат на тему:

Предупреждение пожаров на танкерах: система инертных газов и паротушения

Система инертных газов и паротушения

В течение последних десятилетий объем морских перевозок постоянно возрастает. Средний годовой прирост составляет 7,5%.

В настоящее время одним из путей развития мирового судостроения является создание узкоспециализированных типов судов, которые могут перевозить несколько видов груза.

Как показывают расчеты, для перевозки на дальние расстояния, в частности сырой нефти, самым рентабельным средством являются танкеры.

Вместе с тем, строительство танкеров выдвигает ряд проблем, и одной из наиболее актуальных является предупреждение пожаров и взрывов на таких судах, поскольку перевозимые грузы выделяют пары, способные воспламеняться в смеси с воздухом.

Известно несколько способов предотвращения образования взрывоопасной атмосферы в танках. Одним из них является искусственное снижение содержания кислорода в атмосфере ниже минимально необходимого для поддержания процесса горения. Он основан на заполнении свободного от груза объема танков инертными газами, содержащими минимальное количество кислорода. Такое состояние атмосферы обеспечивается комплексом специального оборудования, трубопроводов, объединенных одним общим термином - система инертных газов.

В то же время система инертных газов может послужить источником возникновения чрезвычайной ситуации на судне, из-за того, что в инертном газе преобладает высокая концентрация окиси углерода (СО), которая является смертельно опасной для жизнедеятельности человека.

Причинами возникновения производственных аварий в системе могут являться:

· недостатки и ошибки при проектировании, монтаже трубопроводов или изготовлении трубопроводов и арматуры;

· нарушение технологического процесса, правил эксплуатации системы;

· низкий уровень подготовки обслуживающего персонала, халатное отношение к своим обязанностям.

Кроме того, аварии в системе инертных газов могут возникнуть из-за чрезвычайных ситуаций природного характера, таких как:

· морские гидрологические опасные явления: тайфуны, цунами, моретрясения и т.д.;

· метеорологические и акрометеорологические явления: бури, ураганы и т.д.

Руководящие документы по разработке и изготовлению судовых систем регламентируют мероприятия для обеспечения безаварийной работы системы инертных газов.

Чтобы избежать повреждений оборудования обломками разрушающихся конструкций необходимо рационально компоновать его. Предусматривать прочное закрепление оборудования на фундаментах, устройство контрфорсов, повышающих устойчивость к действию скоростного напора ударной волны. Создать запасы наиболее уязвимых деталей и узлов, а так же изготовить защитные конструкции для защиты оборудования от повреждений при обрушении конструкций судна. Накопление, хранение и поддержание в готовности средств индивидуальной защиты; обучение экипажа способам защиты и действиям по сигналам оповещения.

Руководящие документы по проектированию судовых конструкций, систем, устройств определяют условия, которые необходимо соблюдать при эксплуатации системы. В частности, должна производиться своевременная замена износившегося оборудования; регулярно проводиться обследование и профилактический ремонт, а так же проводить исследования устойчивости работы системы в условиях чрезвычайных ситуаций.

Объектом исследования в данном случае является система инертных газов.

Краткая характеристика СИГ

Инертный газ (ИГ) - это газ или смесь газов, таких как дымовые газы, содержащие незначительное количество кислорода (менее 8% по объему). Система инертных газов (СИГ) - это система, состоящая из оборудования и трубопроводов, предназначенных для охлаждения, очистки и подачи инертных газов в грузовые и отстойные танки для создания в них инертной атмосферы с целью предотвращения образования взрывоопасной среды в танках.

В предлагаемой на судне системе инертных газов в качестве инертных газов используются уходящие дымовые газы вспомогательного котла КАВ 16/0,7 и газы, которые вырабатывает газогенератор.

В систему инертных газов входят:

- трубопроводы подачи инертного газа в танки;

- трубопроводы вентиляции танков с высокоскоростными клапанами и пламепреграждающими сетками;

- оборудование для охлаждения и очистки дымовых газов;

- оборудование для подачи инертных газов в танки - нагнетатели.

Газы за счет разрежения, создаваемого нагнетателем, поступают в охладитель (скруббер), в котором они очищаются и охлаждаются. Охлажденные и очищенные дымовые газы поступают в палубный водяной затвор и далее в палубную магистраль. От этой магистрали по отросткам инертные газы поступают в верхнюю часть каждого грузового танка.

Наиболее опасным при возникновении чрезвычайной ситуации является участок системы включающий в себя: вспомогательный котел, аппарат струйной очистки газов, нагнетатели, а так же трубопроводы и арматуру, находящиеся в машинно-котельном отделении.

В связи с тем, что газогенератор и все его трубопроводы и арматура находятся на верхней палубе, т.е. не представляют опасности проникновения инертного газа в жилые помещения, то будем рассматривать схему подачи инертного газа от котла.

Основной опасностью для жизнедеятельности человека в системе инертных газов является аварийный выброс инертного газа в МКО, т.к. в состав инертного газа входит окись углерода (СО), поражающая концентрация которой составляет 0,22 мг/л, экспозиция 2,5 часа; смертельная концентрация 3,4 -5,7 мг/л, экспозиция 30 минут.

Окись углерода - бесцветный газ, не имеющий запаха, немного тяжелее воздуха.

При попадании в легкие человека, замещает собой кислород и вызывает удушье.

Программа и методика проведения исследования устойчивости работы СИГ в условиях чрезвычайной ситуации.

Исследование устойчивости работы СИГ проводится на заводе изготовителе и включает в себя три этапа.

Первый этап: разработка руководящих документов, определение состава участников проведения исследования и организация их обучения.

На втором этапе проводится непосредственно исследование устойчивости работы СИГ.

Система инертных газов обеспечивает создание и поддержание в грузовых и отстойно-грузовых танках атмосферы с содержанием кислорода не выше 8 % по объёму и избыточного давления от 125 до 800 мм вод. ст.

Производительность системы около 5000 м³/ч

Содержание кислорода в ИГ не более 5 %

Степень очистки более 1 мк

Относительная влажность 100 %

Содержание SO₂ в ИГ не более 50 частей на млн.

Температура газа на входе в танк не более 65 ^оС.

Система паротушения предназначена для тушения пожара паром в грузовых трюмах, топливных цистернах, котельных отделениях, шкиперских и специальных кладовых, глушителях и т. д.

На танкерах систему пропаривания грузовых танков используют в качестве резервной системы пожаротушения. В системе применяется насыщенный пар с давлением не выше 8-10⁵ Па.

Система паротушения (рис. 1) состоит из распределительного коллектора 3 с пусковыми клапанами 5 и трубопроводов 6, подводящих пар к очагам пожара. Пар от котла по трубопроводу 1 подводится к коллектору 3. Проходя через редукционный клапан 2, давление пара снижается до требуемой величины. Давление пара в коллекторе контролируют по манометру 4. Коллектор с клапанами размещен в отдельном помещении, откуда осуществляется управление пусковыми запорными клапанами 5.

К системе паротушения предъявляется требование одновременного заполнения паром не более чем за 15 мин половины объема всех обслуживаемых ею судовых помещений. По Правилам Регистра внутренний диаметр трубопроводов 6, отходящих от коллектора, должен быть не менее 20 мм; в обслуживаемом помещении должно быть не менее двух отростков от них.

Система паротушения отличается простым устройством и удобством управления. Ее недостаток: возможность тушения огня только в цистернах и необитаемых помещениях ввиду опасности пара для людей.

Рис. 1. Схема системы паротушения.

При перемещении жидкости или газа по трубопроводу (в дальнейшем под жидкостью будем понимать и газы) возникает сопротивление потоку, создаваемое трубопроводом. Это сопротивление вызывается двумя причинами: трением жидкости о стенки трубопровода и образованием завихрений потока в местах прохода его через стыки труб, арматуру и прочие препятствия. На преодоление сопротивления движению жидкости расходуется энергия потока, выражающаяся потерей давления, создаваемого насосом или вентилятором. Эти потери давления возрастают с увеличением скорости потока жидкости. Большие потери давления в конечном счете приводят к значительному уменьшению количества протекающей в единицу времени через трубопровод жидкости, т. е. к снижению ее расхода. Основной задачей гидравлического расчета судовой системы должно быть определение полного сопротивления трубопровода и сравнение его с давлением, развиваемым насосом. Причем в первую очередь важно проверить достаточность давления всасывания насоса на преодоление сопротивления трубопровода, присоединяемого к всасывающему патрубку насоса. На основе гидравлического расчета определяют внутренние диаметры трубопроводов, расход и скорость в них жидкости.

Если необходимо определить давление на преодоление гидравлических сопротивлений в трубопроводе, расход жидкости и диаметр трубопровода, задачу называют прямой и, наоборот, когда располагаемое давление в системе задано, а требуется определить давление в концевых точках трубопровода (у потребителей), задачу называют обратной. Достоверность гидравлического расчета зависит от качества монтажа фланцев (штуцеров), прокладок и чистоты сварных швов труб, вызывающих дополнительное сопротивление потоку жидкости. На практике гидравлический расчет часто выполняют как проверочный. В этом случае вначале обычно намечают схему трубопровода и выбирают диаметры его труб с учетом допустимых скоростей движения жидкости, а затем уже определяют сопротивления трубопровода. Насколько полным или приближенным должен быть гидравлический расчет, устанавливают в каждом случае отдельно для проектируемой конкретной системы. Рекомендуемый объем расчета будет приведен при рассмотрении отдельных судовых систем в следующем разделе.

В основу зависимостей, используемых при выполнении гидравлического расчета трубопровода, положены известные из гидромеханики уравнение неразрывности потока жидкости и уравнение Бернулли.

Введение новой системы единиц измерений -- СИ -- приводит к необходимости кратко рассмотреть известные из физики основные физические свойства жидкости, используемые для расчетов зависимости гидравлики, и упомянутые уравнения потока жидкости. Основные физические свойства жидкости характеризуются удельным весом, плотностью, вязкостью и давлением.

Удельный вес жидкости ? есть вес единицы ее объема (Н/м³)

????P/V

Где Р -- вес жидкости, Н;

V -- занимаемый ею объем, м³.

Плотностью жидкости q называется отношение ее массы к объему (кг/м³)

????m/V

где т -- масса жидкости, кг;

V -- занимаемый ею объем, м³.

Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигающим усилиям. Вязкость жидкости при повышении температуры уменьшается, а при изменении давления практически не изменяется. В расчетах применяется не вязкость, а коэффициенты динамической и кинематической вязкости.

Коэффициент динамической вязкости ?, зависящий от рода жидкости и ее температуры, выражается в паскалях в секунду (Па*с). Наиболее широко применяется коэффициент кинематической вязкости v, выражаемый в м²/с. Взаимосвязь его с коэффициентом ? устанавливается отношением

v = ???

Давлением называется сила, которая приходится на единицу поверхности и направлена перпендикулярно к ней. Выражается оно в паскалях (Па)

p = P/f

где Р -- сила, Н;

f -- площадь поверхности, м².

Рассмотрим зависимости гидравлики трубопровода.

Сечением потока f называется площадь поверхности потока, ко всем точкам которой нормальны соответствующие линии тока. Периметр сечения потока, который касается стенок трубопровода, называется смоченным периметром и обозначается x Отношение сечения потока f к смоченному периметру х называется гидравлическим радиусом.

R = f/x

Для практических расчетов будем упрощенно принимать за сечение потока площадь поперечного сечения трубопровода, выражаемую в м². Расходом жидкости называется количество жидкости, протекающее в единицу времени через данное сечение трубопровода. Расход выражают в массовых единицах (G, кг/с) или в объемных (Q, м³/с). Массовый и объемный расходы связаны зависимостью:

G = ?Q.

Рис. 2. Трубопровод неравного сечения. 1, 2 и 3 -- сечения трубопровода.

Применяемое в гидравлике уравнение неразрывности выражает постоянство расхода вдоль потока жидкости. Например, для сечений 1, 2 и 3 трубопровода, показанного на рис. 2, это уравнение будет иметь вид

Q₁ = Q₂ = Q₃ = const

В гидравлических расчетах принимаем расчетную скорость потока как среднюю скорость в сечении потока и условно обозначаем буквой v без указания индекса «ср».

Расход жидкости на участках 1, 2 и 3 трубопровода выражается

уравнениями

Q₁ = f₁v₁ Q₂ = f₂v₂ Q₃ = f₃v₃

гдеf₁, f₂ и f₃--площади сечений трубопровода 1, 2 и 3, м²;

v₁ v₂ и v₃-- скорости потока в сечениях 1, 2 и 3, м/с.

Тогда уравнение неразрывности потока

f₁v₁ = f₂v₂= f₃v₃ = Q

В общем виде fv = Q, откуда можно определить скорость потока v=Q/f или площадь сечения трубопровода f = Q/v.

Если площадь сечения трубопровода f выразить через его внутренний диаметр d, то

f = ?d²/4 откуда диаметр трубопровода (м) d =

Гидравлический расчет разветвленного трубопровода начинают с составления расчетной схемы. Арматуру, механизмы и путевые элементы на схеме обозначают в соответствии с принятыми условными обозначениями в судостроении. На каждом расчетном участке указывают длину l (м), диаметр d (мм), скорость v (м/с), расход Q (м³/с) и геометрическую высоту z (м). Точки разветвления трубопровода называют узловыми точками, обозначенными цифрами или буквами на схеме. Практические расчеты систем выполняют приближенно. Обычно участок трубопровода от насоса (вентилятора) до наиболее удаленной точки принимают за расчетную магистраль как предположительно имеющую наибольшие потери давления. Но такой магистралью может быть и короткий участок, наиболее насыщенный местными сопротивлениями.

Рнс. 3. Параллельное соединение трубопроводов.

1. магистраль; 2. ветви

Рис. 4. Расчетная схема разветвленного трубопровода. 1, 2, 3, 4. 5 --узловые точки трубопровода.

Если в разветвленном трубопроводе имеются параллельно соединенные с магистралью ветви (рис. 3), расход жидкости в них будет пропорционален внутренним диаметрам. Расход в магистрали Q равен сумме расходов Q₁, Q₂ и Q₃ в ветвях, т. е.

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃

После выполнения гидравлического расчета системы можно сделать заключение, что принятые диаметры трубопроводов: или допустимы или нет, и при необходимости могут быть: или уменьшены или увеличены.

Литература

1. Епифанов Б.С. Судовые системы, Л., Судостроение, 1980

2. Ермошкин Н.Г. Судовые установки очистки нефтесодержащих вод, Одесса, 2004

3. Смирнов Н.Г. Теория и устройство судна, М., Транспорт, 1992.