CC BY
117
УДК 621.436.0046 ББК 39.354
О. С. Можаев, Е. С. Попов
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСА ТАНКЕРА ХИМОВОЗА-ПРОДУКТОВОЗА
O. S. Mozhaev, E. S. Popov
DISTRIBUTION OF ENERGY FLOW AND ANALYSIS OF INDUSTRIAL APPLICATION OF POWER COMPLEX OF CHEMICAL-PRODUCT TANKER
Представлен состав энергетического комплекса танкера химовоза-продуктовоза из крупной серии судов водоизмещением 36 000 т. На основании информации вахтенных журналов, официальных протоколов испытаний, а также на основе около 3 000 комплексных измерений, произведённых в процессе эксплуатации судна, был выполнен анализ распределений нагрузок на элементы исследуемого энергокомплекса и распределений потоков энергии по потребителям. Выполнен анализ режимов нагружения электро- и пароэнергетического комплексов на различных этапах выполнения задания. Приведены порядок расчета и значения коэффициента использования энергии и коэффициента выработки энергии в виде электронных таблиц.
Ключевые слова: судно, машинно-движительный комплекс, поток энергии, техническое использование, коэффициент использования энергии, коэффициент выработки энергии.
The paper presents the power complex composition of 36 000 dwt chemical-product tanker. Based on the data from the log books, official protocols of tests and 3 000 complex measurements made during the process of ship exploitation the analysis of load distributions among the elements of the studied power complex and distributions of energy flows among consumers is made. The modes of loading power and vapor power complexes at the different stages of task performance are also analyzed. The list of calculations and the values of the factor of energy consumption and the factor of power generation presented in the form of e-tables are given.
Key words: ship, propulsion plant, energy flow, industrial application, energy utilization factor, energy generation factor.
В предлагаемой работе рассматривается энергетическая установка танкера химовоза-продуктовоза «CPO Germany» из крупной серии судов водоизмещением 36 000 т, в состав которой, наряду с машинно-движительным комплексом (МДК), включающим в себя главный двигатель (ГД) фирмы Hyundai MAN-B&W модели 6S50MC-C (6ДКРН 50/200), мощностью 9 480 кВт, валопровод и четырехлопастный гребной винт фиксированного шага также производства фирмы Hyundai, входят три вспомогательных дизель-генератора (ВДГ) фирмы HiMSEN 5H21/32 (5ЧН 21/32) и два паровых котла (ПК) фирмы AALBORG моделей MISSION OL и MISSION OC па-ропроизводительностью 18 000 и 3 100 кг/ч соответственно при давлении 0,7 МПа. Приводные генераторы HFC7 506-14K мощностью 780 кВт с напряжением 440 В и частотой 60 Гц обеспечивают все потребности судна в электроэнергии.
Суда спроектированы и построены на класс LR *$<100А1 Ллойда Великобритании и имеют неограниченный район плавания (ледовое усиление ЛУ1 (неарктическое)).
Имеется подруливающее устройство FRAMO мощностью 900 кВт; ГД, ВДГ и ПК работают на топливе с вязкостью до 700 мм2/с при температуре 50 °С.
Система технического использования (ТИ) судов и судового энергооборудования предназначена для управления техническими средствами и организации использования топлив, смазочных масел и других рабочих тел. При этом решаются задачи обеспечения готовности технических средств к выполнению требуемых операций и их экономичной работы. Условия ТИ энергокомплексов определяются случайным характером процессов потребления энергии и отличаются разнообразием даже на судах одного типа. Кроме того, отсутствуют взаимосвязи в потреблении энергии различных видов (механическая, электрическая, тепловая).
Судовая энергетическая установка (СЭУ) обеспечивает функционирование судна по прямому назначению - перевозку жидких грузов, работу других подсистем судна, жизнедеятельность экипажа, оказывает определяющее влияние на безопасность и эффективность эксплуатации танкера.
Все расчеты, выполненные в ходе исследований, базируются на основе технической документации судна, статистической информации из судового и машинного журналов. Существует несколько характерных режимов работы танкера-химовоза: переход, стоянка в порту (на рейде), обогрев груза, промывка грузовых танков, переход без дополнительных операций, погрузка, выгрузка и смешанный режим. Для каждого из них характерны свои особенности распределения видов энергии. На основании информации, полученной из вахтенных журналов,
выполнен анализ режимов нагружения ГД за рейс N = f (г) в грузу на переходе расстоянием
4 500 морских миль.
Из рис. 1 видно, что 38 % времени рейса ГД работал на режимах нагружения близких к оптимальному, характеризующихся минимальным удельным эффективным расходом топлива ge и минимальным удельным расходом моторесурса. Отсутствовали предпосылки к перегрузке отдельных цилиндров и двигателя в целом.
0,7 0,65 -0,6 ■
0,55 ■
0,5 -0,45 •
0,4 -
г
о,з -0,25 ■
0,2 -0,15 ■
0,1 -0,05 -0 -
0,1 0,2 0,3 0,4 0.5 0.6 0.7 0,8 0,9 1,0
N
Рис. 1. Распределение нагрузки ГД за рейс
На переходе, без обогрева груза, в работе попеременно находился один из трех ВДГ, за исключением моментов прохождения узкостей. Потребителями являются механизмы СЭУ и навигационное оборудование. Нагрузка на систему электроснабжения (СЭС) составляет при этом (14-15) % от номинальной. В процессе маневрирования и использования подруливающего устройства нагрузка на СЭС достигает до 70 % от номинальной.
Во время разгрузочных операций нагрузка на СЭС составляет (75-95) % от номинальной за счет подключения гидроагрегатов. При погрузочных операциях гидроагрегаты не используются. Распределение нагрузки ВДГ и СЭС за рейс в целом представлены на рис. 2, а, б, в, г.
Из рис. 2 видно, что ВДГ работают 90 % времени на долевых режимах, характеризующихся повышенным удельным эффективным расходом топлива, смазочного масла и моторесурса.
Судовые потребители электроэнергии разделяются на основные и второстепенные. К основным относится оборудование, обеспечивающее движение и управление судном, безопасность мореплавания и борьбу за живучесть. Второстепенными потребителями являются системы вентиляции и жизнеобеспечения, палубные механизмы, грузовые устройства, системы гидравлики, система инертного газа, системы пароэнергетического комплекса. На судах рассматриваемой серии количество электроприводов составляет 121 единицу, общая мощность потребителей электроэнергии - порядка 3 000 кВт.
Потребление электроэнергии определяется условиями выполнения судном поставленного задания. Этапы погрузки и выгрузки характеризуются стабильными уровнями потребления электроэнергии, а на этапе перехода уровень потребления электроэнергии зависит от вариантов использования оборудования пароэнергетического комплекса, обеспечивающего обогрев груза. На основании анализа нагружения судового оборудования в различных режимах работы судна представлены схемы распределения потоков электроэнергии по потребителям (рис. 3-5).
■ 0,62
0.02
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
'0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0,44
0,09
0,22
0,19
0,03 0,03
І I
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 N
а
0,45 0,40 0,35 0,30 -0,25 -* (і .-'О 0,15 0,10 0,05 0,00
0,13
0,06
0,09
0,22
0,06
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,5 N
0,45 0,40 0,35 0,30 - 0,25 * <)./[< 0,15 0,10 0,05 0,00
0,41
0,13 0,13
0,25
0,03 0,03
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,0 1,0 N
в
0,60 0.55 0.50 0.45 0,40 _ 0.35
* о.:-о
0.25
0,20
0.15
0.10
0.05
0.00
-0,34
0.02 0.01 0,01
-1 I— |=| 1
0,1 0,2 0,3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.Э 1,0 N
Рис. 2. Распределение нагрузки: а - ВДГ 1; б - ВДГ 2; в - ВДГ 3; г - СЭС
2 - системы обеспечения безопасности мореплавания 4 %
1 - системы СЭУ 18,5 %
3 - системы МДК и ВДГ 12 %
Насос забортной воды (з. в.) центральной системы охлаждения (ЦСО), насос пресной воды (п. в.) низкотемпературного (НТ) контура ЦСО, насос п. в. высокотемпературного (ВТ) контура ЦСО, масляный, насос ГД, компрессор пускового воздуха
4 - системы вспомогател ьного парового котла (ВПК) и утилизационного котла (УК) 4 % Питательные насосы ВПК, питательные насосы УК, форсунка ВПК, форсунка УК, насосы опреснителя
5 - Системы Вискоратор, циркуляционные насосы вискоратора, подготовки топливоподкачивающие насосы ГД и ВДГ, топливные горючесмазоч- насосы ВПК, циркуляционные насосы форсунки УК, ных материал °в сепараторы ВТ, сепараторы масла, насосы перекачки (ГСМ) 2,5 % топлива, насос циркуляционный масла
6 - системы управления судном 3 % Рулевая машина, навигационные приборы и освещение
7 - системы безопасности жизнедеятельности (БЖД) 1 % Осушительный насос, пожарный насос
8 - Системы Вентиляторы машинно-котельного отделения (МКО), вентиляторы вентиляции системы кондиционирования воздуха (СКВ), компрессор СКВ
6 %
9 - Системы гидравлики 0 %
10 - Системы жизнеобеспечения 1,5 % Камбуз, рефрижераторная установка, насосы гидрофоров, санитарная установка
11 - Гидроагрегаты
12 - Дизель- Балластные насосы, швартовые лебедки, гидроагрегаты брашпиль, грузовые насосы для рециркуляции груза (кратковременно)
б
Рис. 3. Схема распределения потоков электроэнергии по потребителям на переходе с обогревом груза; а - собственно схема; б - описание схемы
*
б
г
1 - системы СЭУ 18,5 %
2 - системы обеспечения безопасности мореплавания, 8 %
3 - системы МДК и ВДГ 12 % Насос з. в. ЦСО, насос п. в. НТ контура ЦСО, насос п. в. ВТ контура ЦСО, масляный, насос ГД, компрессор пускового воздуха
4 - системы подготовки ГСМ 2,5 % Вискоратор, циркуляционные насосы вискоратора, топливоподкачивающие насосы ГД и ВДГ, топливные насосы ВПК, циркуляционные насосы форсунки УК, сепараторы ВТ, сепараторы масла, насосы перекачки топлива, насос циркуляционный масла
5 - системы ВПК и УК 4 % Питательные насосы ВПК, питательные насосы УК, форсунка ВПК, форсунка УК, насосы опреснителя
6 - системы управления судном 0 % Рулевая машина, навигационные приборы и освещение
7 - системы БЖД 8 % Осушительный насос, пожарный насос
8 - системы вентиляции 6 % Вентиляторы МКО, вентиляторы СКВ, компрессор СКВ
9 - системы гидравлики 0 %
10 - системы жизнеобеспечения 1,5 % Камбуз, рефрижераторная установка, насосы гидрофоров, санитарная установка
11 - гидроагрегаты
12 - дизель-гидроагрегаты Балластные насосы, швартовые лебедки, брашпиль, грузовые насосы для рециркуляции груза (кратковременно)
13 - грузовые устройства 1,5 % 14 - провизионный кран
15 - кран для грузовых шлангов
б
Рис. 4. Схема распределения потоков электроэнергии по потребителям при погрузке; а - собственно схема; б - описание схемы
| СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ [~ | ПОТРЕБИТЕЛИ*!
I
|основные (26,5 %) |
Л ,ё
»1* •
:=]____________
[второстепенные (70 %)
І13І її 9 I 110II171
1»Н Iі и
О
16
5 - системы Вискоратор, циркуляционные насосы вискоратора, Подюговки топливоподкачивающие насосы ГД и ВДГ, топливные ГСМ 2 5 % насосы ВПК, циркуляционные насосы форсунки УК, сепараторы ВТ, сепараторы масла, насосы перекачки топлива, насос циркуляционный масла
6 - системы управления Рулевая машина, навигационные
судном 0 % приборы и освещение
7 - системы БЖД 8 %
Осушительный насос, пожарный насос
8 - системы вентиляции 8 % Вентиляторы МКО, вентиляторы СКВ, компрессор СКВ
9 - системы гидравлики 54 %
10 - системы жизнеобеспечения 1,5 %
11 - гидроагрегаты
1 - системы СЭУ 18,5 %
2 - системы обеспечения безопасности мореплавания 8 %
3 - системы МДК и ВДГ 12 % Насос з. в. ЦСО, насос п. в. НТ контура ЦСО, насос п. в. ВТ контура ЦСО, масляный, насос ГД, компрессор пускового воздуха
4 - системы ВПК и УК 4 % Питательные насосы ВПК, питательные насосы УК, форсунка ВПК, форсунка УК, насосы опреснителя
Камбуз, рефрижераторная установка, насосы гидрофоров, санитарная установка
12 - Дизель- Балластные насосы, швартовые лебедки,
гидроагрегаты брашпиль, грузовые насосы для
рециркуляции груза (кратковременно)
13 - грузовые устройства 1,5 %
14 - провизионный кран
15 - кран для грузовых шлангов
16 - электрогидроагрегаты
Балластные насосы, швартовые лебедки, брашпиль, грузовые насосы
17 - система Вентиляторы, топливный насос, насос орошения,
инертного газа насос гидроуплотнения (СИГ) 5 %
б
Рис. 5. Схема распределения потоков электроэнергии по потребителям при выгрузке; а - собственно схема; б - описание схемы
а
В связи с необходимостью получения данных об эффективности использования электрической и тепловой энергии, а также численных значений коэффициента использования энергии и коэффициента ее выработки построены электронные таблицы для расчетов значений вышеперечисленных показателей.
Так как все потребители электроэнергии не находятся в работе одновременно, интерес вызывают следующие вопросы ТИ СЭС и потребителей:
- какое количество потребителей запитано от СЭС в данных условиях рейса;
- каково их долевое потребление энергии от вырабатываемой СЭС в данных условиях рейса;
- какова эффективность использования СЭС в данных условиях рейса.
В табл. 1 приведены расчетные значения распределения потоков электроэнергии в условиях перехода судна с обогревом груза. В табл. 1 отражены: перечень потребителей, сгруппированных по своему назначению и судовым системам, к которым они относятся; количество потребителей своей группы, находящихся в работе; доля потребления энергии группой потребителей; коэффициент использования энергии потребителем (группой однотипных потребителей).
Таблица 1
Результаты расчетов
Потребители Системы и устройства Агрегат В работе Потребляемая мощность, кВт Суммарная потребляемая мощность, кВт т и и В н и
1. Насос з. в. ЦСО 1 из 3 42,60 42,6 0,039
2. Насос п. в. НТ контура ЦСО 2 из 3 42,60 85,2 0,078
3. Насос п. в. ВТ контура ЦСО 1 из 2 17,30 17,3 0,016
4. Масляный насос ГД 1 из 2 63,00 63 0,058
Основные 5. Компрессор пускового воздуха 1 из 2 35,00 35 0,032
Системы МДК и ВДГ 6. Насос химической очистки воздухоохладителя ГД 0 из 1 1,73 0 0,184 0,000
7. Компрессор сервисного воздуха 1 из 1 22,00 22 0,020
8. Насос лубрикаторной системы ГД 1 из 2 2,20 2,2 0,002
9. Автоматический масляный фильтр ГД 1 из 1 0,09 0,09 0,000
10. Насос предварительной смазки ВДГ 1 из 3 0,85 0,85 0,001
11. Валоповоротное устройство 0 из 1 2,20 0 0,000
1. Питательные насосы ВПК 1 из 2 21,30 21,3 0,019
2. Питательные насосы УК 1 из 2 8,60 8,6 0,008
Системы ВПК и УК 3. Дутьевой вентилятор ВПК 1 из 1 64,00 64 0,058
4. Форсунка УК 1 из 1 4,60 4,6 0,080 0,004
5. Дистиллятный насос опреснительной установки (ОУ) 1 из 1 0,75 0,75 0,001
6. Насос рабочей воды эжектора ОУ 1 из 1 17,30 17,3 0,016
1. Вискоратор и автоматический фильтр 1 из 1 0,09 0,09 0,000
2. Циркуляционные насосы топливного модуля 1 из 2 4,60 4,6 0,004
3. Топливоподкачивающие насосы ГД и ВДГ 1 из 2 2,53 2,53 0,002
4. Циркуляционный насос дизельного топлива (ДТ) ВДГ 0 из 1 1,30 0 0,000
Системы подготовки ГСМ 5. Топливные насосы ВПК 1 из 2 3,60 3,6 0,003
6. Циркуляционные насосы форсунки УК 1 из 2 0,50 0,5 0,025 0,000
7. Сепараторы ВТ 1 из 2 5,50 5,5 0,3 0,005
8. Насос сепаратора ВТ 1 из 2 1,27 1,27 54 0,001
9. Сепараторы масла 2 из 2 5,50 11 0,010
10. Насос сепаратора масла 2 из 2 0,86 1,72 0,002
11. Насосы перекачки ВТ 1 из 1 6,33 6,33 0,006
12. Насосы перекачки ДТ 0 из 1 6,33 0 0,000
13. Насос перекачки масла 0 из 1 1,73 0 0,000
Системы 1. Насос рулевой машины (РМ) 1 из 2 35,00 35 0,032
управления 2. Маслоохладитель РМ 1 из 2 0,30 0,3 0,045 0,000
судном 3. Навигационные приборы и освещение 1 из 1 30,00 30 0,027
1. Осушительный насос 0 из 1 0,75 0 0,000
Системы безопасно- 2. Пожарный насос 1 ск 0 из 2 98,00 0 0,000
2а. Пожарный насос 2 ск 1 из 2 29,00 29 0,026
3. Насос пенообразователя 0 из 1 5,50 0 0,020 0,000
деятельно- сти 4. Шлюпочная лебедка 0 из 1 5,50 0 0,000
5. Насос сплинклерной СПР 0 из 1 5,50 0 0,000
6. Аварийный пожарный насос 0 из 1 34,50 0 0,000
7. Аварийный воздушный компрессор 0 из 1 6,70 0 0,000
Продолжение табл. 1
Потребители Системы и устройства Агрегат В работе Потребляемая мощность, кВт Суммарная потребляемая мощность, кВт т и и В н И
Грузовые 1. Провизионный кран 0 из 1 11,00 0 0,000 0,000
устройства 2. Кран для грузовых шпангов 0 из 1 45,00 0 0,000
1. Вентиляторы СИГ 0 из 2 62,00 0 0,000
Система 2. Топливный насос СИГ 0 из 2 1,25 0 0,000
и й я и я и н о о а о н И инертного 3. Насос орошения СИГ 0 из 1 86,00 0 0,000 0,000
газа 4. Насос гидроуплотнения СИГ 0 из 2 2,53 0 0,000
5. Форсунка СИГ 0 из 1 0,09 0 0,000
Системы вентиляции 1. Вентиляторы МКО 4 из 4 15,00 60 0,055
2. Вентиляторы СКВ 1 из 1 17,30 17,3 0,077 0,016
3. Компрессор СКВ 1 из 2 34,50 34,5 0,032
1. Электрогидроагрегат FRAMO 1 из 3 420,00 420 0,384
2. Бустерный насос FRAMO 2 из 3 11,00 22 0,020
Системы 3. Маслоперекачивающий насос FRAMO 0 из 1 1,30 0 0,304 0,000
гидравлики 4. Система дистанционного управления клапанов грузовой и балластной систем 1 из 2 1,75 1,75 0,002
1. Камбуз 1 из 1 4,00 4 0,004
2. Вдувной вентилятор 1 из 1 0,43 0,43 0,000
3. Вытяжной вентилятор 1 из 1 0,43 0,43 0,000
Системы 4. Компрессор провизионной рефрижераторной установки 1 из 2 6,33 6,33 0,006
жизнеобеспе- 5. Вентиляторы воздухоохладителей 3 из 3 0,20 0,6 0,016 0,001
чения 6. Насосы гидрофоров 1 из 2 2,53 2,53 0,396 0,002
7. Циркуляционный насос горячей воды 1 из 1 2,53 2,53 0,002
8. Вакуумный насос санитарной установки 2 из 2 2,55 5,1 0,005
9. Вентилятор санитарной установки 1 из 1 0,90 0,9 0,001
Другие 1. Лебедка парадного трапа 0 из 2 3,70 0 0,000
системы 2. Кран МКО 0 из 1 2,75 0 0,000 0,000
и устройства 3. Насос перекачки шлама 0 из 1 4,60 0 0,000
Аналогично рассчитывается распределение потоков электроэнергии в любом другом режиме работы танкера. Данная методика применима для любых типов судов.
По данным табл. 1 рассчитываем коэффициент выработки электроэнергии (КВЭ):
КВЭ = Шсум/Ытен = 1094,63/1460,00 = 0,75,
где Ысум - мощность на шинах главного распределительного щита (ГРЩ), принимается равной суммарной мощности потребителей, находящихся в работе в данных условиях, и не учитывает реактивной составляющей; ^ген - суммарная номинальная мощность генераторов, параллельно работающих на шины ГРЩ.
Коэффициент использования СЭС (КИсэс) рассчитывается по формуле
КИсэс = Ысум / ^сэс = 1094,63/2190,00 = 0,50,
где Ысэс - мощность судовой электростанции.
Коэффициент технического использования (КТИ) элемента или коэффициент использования энергии потребителем рассчитан для каждого потребителя (группы однотипных потребителей) по следующей формуле и приведен в табл. 1:
КТИ = N / N = N / N
А х А 1У потр' ^ ’ сумм 1 ’ потр' ’ сум?
где N„0^ - мощность потребителя; N сум - мощность, вырабатываемая СЭС в данных условиях (принимается численно равной Д;ум, без учета потерь при передаче электроэнергии от ГРЩ к потребителю).
Количество генераторов, работающих в параллели на шины ГРЩ, - два из трех, суммарная мощность Д,ен при этом составляет 1 460 кВт.
Проведен также анализ распределения потоков электроэнергии в случаях погрузки и выгрузки. По данным расчетов построены гистограммы энергопотребления основными и второ-
степенными потребителями (рис. 6, а), значений КВЭ (рис. 6, б) и коэффициента использования судовой электростанции (рис. 6, в).
КВЭ
Переход с обогревом груза
Погрузка
Выгрузка
I Основные потребители □ Второстепенные потребители
1,000
0,800
0,600
0,400
0,200
0,000
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
Переход Погрузка с обогревом груза б КИ „с
Переход с обогревом груза
а
в
Рис. 6. Гистограммы: а - распределения потоков электроэнергии; б - значений КВЭ; в - коэффициента использования СЭС
Выполнен анализ режимов нагружения D(t) пароэнергетического комплекса на этапах выполнения задания (рис. 7).
О 3 ■ и 3
[
U 4 ■
(1 І J
о.1 0.2 о,э 0.4 о; oje о; о,о о.э і
п
Рис. 7. Распределение нагрузки пароэнергетического комплекса:
1 - переход и стоянка в порту с обогревом груза; 2 - переход и стоянка в порту с промывкой грузовых танков; 3 - переход и стоянка в порту без дополнительных операций
На основании анализа использования потребителей пара на переходе и разгрузке с подогревом груза представлена схема распределения потоков тепловой энергии (рис. 8). Основными потребителями являются элементы СЭУ и система борьбы с пожаром. К второстепенным относятся системы жизнеобеспечения, венлиляции, подогрева груза.
Общая паропроизводительность комплекса в данном случае составляет 20 000 кг/ч, из которых 16 % производимого пара расходуется основными потребителями и 77,5 % - второстепенными, а 6,5 % пара сбрасывается регулирующим клапаном в конденсатор.
По результатам анализа использования потребителей пара на переходе и стоянке в порту с промывкой грузовых танков представлена схема распределения потоков тепловой энергии (рис. 9).
ПАРОВЫЕ КОТЛЫ
і^ІОТРЕБИТЕЛІ^
основные (16 %)
I
конденсатор 0-77 %
второстепенные (77,5 %)
□□□□
а
1 - системы борьбы с пожаром 1 %
Система паротушения
2 - системы Теплообменники танков и цистерн, сепа-поді-отопки рггоро®, :путииксЕый'й'ігргв; :еплг-
М 4 % сб.-ленники вчскоратора; тспливоподогрг-
ватель ВПК и УК
3 - системы ВПК и УК 10 % Система сажеобдува ВПК, теплый ящик (паровой инжектор); форсунка ВПК (пар на распыл); обогрев водяного пространства ВПК и УК
4 - система обогрева ГД 1 % Пароводяной теплообменник системы охлаждения ГД; опреснительная
установка
5 - системы жизнеобеспечения 1 % Водоподогреватели
6 - система вентиляции 2 % Паровоздушные теплообменники
7 - система обогрева груза 74,5 % Циркуляционные подогреватели груза; змеевиковые обогреватели сборных цистерн
б
Рис. 8. Схема распределения потоков тепловой энергии по потребителям на переходе и выгрузке в порту с подогревом груза; а - собственно схема; б - описание схемы
I
основные (16 % )
]
ПАРОВЫЕ КОТЛЫ
|-------1------|
I ПОТРЕБИТЕЛИ I
I
конденсатор 0-77 %
второстепенные (70 % )
шшш
а
1 - системы борьбы с пожаром 1 % Система паротушения
2 - системы подготовки ГСМ 4 % Теплообменники танков и цистерн, сепараторов; спутниковый обогрев; теплообменники вискоратора; топливоподогреватель ВПК и УК
3 - системы ВПК и УК 10 % Система сажеобдува ВПК, теплый ящик (паровой инжектор); форсунка
ВПК (пар на распыл); обогрев водяного пространства ВПК и УК
4 - система обогрева ГД 1 % Пароводяной теплообменник системы охлаждения ГД; огтреснительнаяустановка
5 - системы жизнеобеспечения 1 % Водоподогреватели
6 - система вентиляции Паровоздушные теплообменники
2 %
7 - система мойки танков 67 % Кожухотрубный подогреватель моечной воды
б
Рис. 9. Схема распределения потоков тепловой энергии потребителям на переходе и стоянке в порту с промывкой грузовых танков; а - собственно схема; б - описание схемы
Общая паропроизводительность комплекса в данном случае составляет 17 000 кг/ч, из которых 16 % производимого пара расходуется основными потребителями и 70 % второстепенными, а 14 % пара сбрасывается регулирующим клапаном в конденсатор.
По результатам анализа использования потребителей пара на переходах и стоянке в порту без дополнительных операций представлена схема распределения потоков тепловой энергии (рис. 10).
При отсутствии операций, связанных с обогревом груза или промывкой грузовых танков, потребление пара не превышает 2 000 кг/ч и обеспечивается работой утилизационного комбинированного парового котла. При этом 70 % производимого пара расходуется основными потребителями и 30 % - второстепенными.
В связи со спецификой перевозки различных жидких грузов на танкере в некоторых случаях возникает необходимость их длительного и безостановочного обогрева, что, в свою очередь, вызывает необходимость дополнительной выработки большого количества тепловой энергии в виде насыщенного пара.
В табл. 2 приведены расчетные значения распределения потоков тепловой энергии в условиях перехода судна с обогревом груза. В табл. 2 отражены: перечень потребителей, сгруппиро-
ванных по своему назначению и судовым системам, к которым они относятся; количество и на-груженность потребителей своей группы, находящихся в работе; доля потребления энергии группой потребителей; коэффициент использования энергии потребителем (группой однотипных потребителей); КВЭ.
ПАРОВЫЕ КОТЛЫ I ПОТРЕБИТЕЛИ I
|основные (70 % )| конденсатор
0-100 %
второстепенные (30 % )
]0[
1 - системы борьбы с пожаром 10 % Система паротушения
2 - системы Теплообменники танков и цистерн,
подготовки ГСМ сепараторов; спутниковый обогрев;
40 % теплообменники вискоратора;
топлтвоподогреватель ВПК и УК
3 - системы ВПК и УК 10 %
Система сажеобдува ВПК, теплый ящик (паровой инжектор); форсунка ВПК (пар на распыл); обогрев водяного пространства ВПК и УК
4 - система обогрева ГД 10 % Пароводяной теплообменник системы охлаждения ГД; опреснительная установка
5 - системы жизнеобеспечения 10 % Водоподогреватели
6 - система вентиляции 20 % Паровоздушные теплообменники
а
б
Рис. 10. Схема распределения потоков тепловой энергии без дополнительных операций; а - собственно схема; б - описание схемы
Таблица 2
Распределение потоков тепловой энергии по потребителям, результаты расчетов
Потребители Система или устройство Агрегат/ Узел В работе D, кг/ч КВЭ КТИ
Системы борьбы с пожаром 1. Система паротушения 0,00 из 1 0 0,00 0,00
1. Теплообменники танков и цистерн МКО 0,50 из 1 250 0,02
2. Теплообменники сепараторов высоковязкого топлива 1,00 из 2 98 0,01
Основные Системы подготовки ГСМ 3. Теплообменники сепараторов циркуляционной масляной системы 2,00 из 2 120 0,04 0,01
45. Спутниковый обогрев 1,00 из 1 20 0,00
5. Теплообменники топливного модуля 1,00 из 2 0 0,00
6. Топливоподогреватель ВПК 1,00 из 1 250 0,12 0,02
1. Система сажеобдува ВПК 0,25 из 1 50 0,00
Системы 2. Теплый ящик. Паровой инжектор 0,25 из 1 38 0,00
ВПК И УК 3. Форсунка ВПК. Пар на распыл 1,00 из 1 1 200 0,08 0,07
4. Обогрев водяного пространства ВПК и УК 1,00 из 2 300 0,02
Система 1. Пароводяной теплообменник системы охлаждения ГД 0,15 из 1 31 0,00
обогрева ГД 2. Опреснительная установка 0,00 из 1 0 0,00 0,00
Системы 1. Водоподогреватели 1,00 из 1 10 0,00 0,00
и й и с ь о о & £ ш жизнеобеспечения 2. Паровой обогрев помещения АДГ и СО2 0,00 из 2 0 0,00
Системы вентиляции 1. Теплообменники воздуха 1,00 из 2 200 0,01 0,72 0,01
Система 1. Циркуляция подогреватели груза 12 из 12 12 000 0,71 0,75
обогрева груза 2. Змеевиковые обогреватели сборных цистерн 2,00 из 2 1 500 0,09
Система мойки танков 1. Кожухотрубный подогреватель моечной воды 0,00 из 1 0 0,00 0,00
Сброс излишнего пара на конденсатор 18 % из 100 % 2 933 2,04
Вспомогательный паровой котел 1 из 1,00 18 000
Паровые котлы Утилизационный комбинированный паровой котел Форсунка 0 из 1,00 0
Газы от ГД 1 из 1,00 1 000 19 000
Комбинир. 0 из 1,00 0
Таким же образом рассчитывается распределение потоков тепловой энергии в любом другом режиме работы танкера данной серии. По данным табл. 2 рассчитываем коэффициент выработки тепловой энергии (КВЭт):
КВЭТ = Аум/ DCпк = 16067/19000 = 0,85,
где Dсум - суммарное паропотребление; Dспк - суммарная номинальная паропроизводительность параллельно работающих судовых паровых котлов (СПК).
Коэффициент использования (КИпэк) рассчитывается по формуле
КИпэк = Dсум / Dпэк = 16067/21100 = 0,76,
где Dпэк - суммарная номинальная паропроизводительность всех СПК.
Коэффициент технического использования (КТИт) элемента или КВЭт потребителем рассчитан для каждого потребителя (группы однотипных потребителей) по следующей формуле и приведен в табл. 2.
КТИт = Dпотр/Dсум,
где DПoТр - паропотребление данным элементом.
Выполнен анализ распределения потоков тепловой энергии в случаях погрузки и выгрузки. По данным расчетов построены гистограммы энергопотребления основными и второстепенными потребителями (рис. 11, а), коэффициентов выработки тепловой энергии (рис. 11, б) и коэффициентов использования ПЭК (рис. 11, в).
П ереход Погрузка
с обоеревом груза
□ Второстепенные потребители
□ Основные потребители
0,90
0,85
0,80
0,75
0,70
0,65
Пе^ход с обогревом груза
Погрузка
б
КИспк
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Переход с обогревом груза
Вы грузка
В 0%
7 0%
6 0%
5 0%
4 0%
3 0%
2 0%
1 0%
в
а
Рис. 11. Гистограммы: а - распределения потоков тепловой энергии; б - коэффициентов выработки тепловой энергии; в - коэффициентов использования ПЭК
Случайность процессов потребления всех видов энергии на судах данного типа определяется рядом факторов, таких как заданный бюджет ходового времени, вид и количество перевозимого груза, зачистные и балластные операции.
В общем случае задачи системы ТИ формируются следующим образом [1]:
- выбор наивыгоднейших режимов работы судов и их энергокомплексов;
- использование оптимальных методов контроля, регулирования и управления, позволяющих с помощью соответствующих технических средств обеспечить поддержание заданных эксплуатационных характеристик элементов судовых энергокомплексов;
- поиск путей рационального использования энергоносителей;
- разработка нормативов, положений и правил, способствующих решению ТИ с наименьшими затратами.
Для решения поставленных задач необходимо иметь более полную информацию об условиях эксплуатации судов, что позволит сформировать характерные в конкретных условиях показатели потребления всех видов энергии. Использование методов имитационного и математического моделирования дает возможность с достаточной вероятностью прогнозировать распределение энергопотоков, режимы работы элементов энергокомплекса и потребления энергоносителей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петухов В. А. Совершенствование оценки эффективности топливоиспользования в судовых дизельных установках / В. А. Петухов // Двигателестроение. 1988. № 6. С. 40-42.
REFERENCES
1. Petukhov V. A. Sovershenstvovanie otsenki effektivnosti toplivoispol'zovaniia v sudovykh dizel'nykh ustanovkakh [Improvement of estimation of efficiency of fuel consumption in marine diesel engines]. Dvigate-lestroenie, 1988, no. 6, pp. 40-42.
Статья поступила в редакцию 30.09.2013
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Можаев Олег Сергеевич — Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота, Калининград; канд. техн. наук, доцент; профессор кафедры «Эксплуатация судовых энергетических установок»; [email protected].
Mozhaev Oleg Sergeevich — Baltic Fishing Fleet State Academy, Kaliningrad; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department "Exploitation of Marine Power Installations"; [email protected].
Попов Евгений Сергеевич — Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота, Калининград; аспирант кафедры «Эксплуатация судовых энергетических установок»; [email protected].
Popov Evgeniy Sergeevich — Baltic Fishing Fleet State Academy, Kaliningrad; Postgraduate Student of the Department "Exploitation of Marine Power Installations"; [email protected].
