О т с т а и в а н и е

Метод очистки топлива отстаиванием пред­полагает, что за выделенное для этой операции время осядут тяжелые механические примеси и вода. Интенсивность отстаива­ния зависит от вязкости топлива, разности плотностей топлива и находящихся в нем примесей, высоты цистерны и продолжитель­ности операции. Естественно, что при спокойном состоянии ци­стерны качество очистки выше. Если в стационарных установках создать благоприятные условия для отстаивания не представляет особых трудностей, то на судне сложнее выполнить все эти тре­бования, и поэтому качество очистки значительно ниже. Проведенные исследования и опыт эксплуатации СДУ показывают, что очистка топлив отстаиваниём эффективна только при невысокой их вязкости (12—20 сСт). Чтобы достичь такой вязкости топлива, необходимо нагреть его в цистерне До 85—110° С, что не допускается, Правилами Регистра.

Отстаивание вязких моторных топлив (ГОСТ 1667—68) дает следующие результаты. Из топлива ДТ (вязкостью 36 сСт при 50° С) за период суточного отстаивания при температуре на 15° ниже температуры вспышки (температура вспышки ДТ 65° С) отделяется около 50% воды и 15% механических примесей. Из топлива ДМ (вязкостью 150 сСт при 50° С) за сутки при 60° С отстаивается около 15% воды и 7% механических примесей. Эти цифры показывают малую эффективность метода отстаивания; она значительно повышается с уменьшением вязкости топлива. Сле­довательно, применение отстаивания целесообразно для очистки легких сортов топлив, вязкостью меньше 36 сСт при 50° С.

Исходя из таких данных, ЦНИИМФ рекомендует отказаться от отстойных цистерн, возложив функции очистки только на сепа­раторы. Однако в установках, где весь процесс очистки топлива ограничивается фильтрацией в специальных фильтрах, отстойные цистерны все же применяются.

Сепарация. В сепараторах используется принцип рас­слоения жидкостей различных плотностей или жидкости и взве­шенных в ней частиц под действием центробежных сил, возникаю­щих при вращении барабана.

На рис. VI. 12, а представлена схема барабана 1 сепаратора, в котором установлены конусные тарелки (диски) 5. В зависи­мости от способа установки тарелок (дисков) сепаратор может быть собран для отделения воды —пурификации или для очистки от механических примесей — кларификации. Левая сторона бара­бана показана собранной для пурификации, а правая — для кла­рификации. Очистка происходит следующим образом. Барабан 1, закрепленный на валу 2, вращается вместе с полой втулкой под­водящего канала 3. На этой втулке внутри барабана 1 набираются конусные тарелки 5. При пурификации верхняя тарелка 6 имеет длинную горловину, образующую два канала для движения жидкостей: очищенной — вдоль втулки 3 в полость 7 чистого топлива (масла) в корпусе сепаратора и отсепарированной воды — вдоль горловин барабана / и тарелки 6 в полость отлива воды 8. По центральному каналу 3 обводненное топливо проходит в ниж­нюю часть барабана) и отводится к периферии тарелкой (диском). Тарелки создают вращение топлива, причем образуется раздели­тельный слой А — А, к периферии от которого будет собираться вода, выжимаемая вверх в полость 8 поступающим под давлением грязным топливом, а к центру — топливо различной степени очистки. Чистое топливо будет отжиматься ближе к центру, к втулке 3, и по каналу уходить в полость 7. Тяжелые механиче­ские примеси будут частично оседать на корпус барабана 1.

Для создания разделительной зоны А — А, достаточно удален­ной как от периферии, так и от центра, в барабан с топливом может подаваться горячая вода. При этом растворяются некоторые хи­мические примеси и вымывается часть механических. Таким обра­зом одновременно с сепарацией топлива происходит его промывка, что способствует снижению зольности.

При настройке сепаратора на кларификацию нижний конус­ный диск 4 устанавливают сплошной, а вверху помещают короткую горловину б", предотвращающую попадание чистого топлива в по­лость 8 (водяную). Кларификации подвергается топливо, прошед­шее пурификацию, или топливо, не содержащее воды.

Рис. VI. 12. Барабаны сепаратора: а — несамоочищающегося.

/ — барабаы; 2 — вертикальный вал; 3 — втулка подвода топлива и крепления конусных тарелок 5; 4 — нижняя конусная тарелка (спе­циальные для пурификацин и кларификации); 6 — верхняя тарелка с длинной горловиной для пурификации и с короткой горловиной для

кларификации; 7 — полость чистого топлива; 8 — полость отлива воды;

б — самоочищающегося.

/ — разгрузочные отверстия; 2 — запирающий поршень (левая сторона показана при закрытом отверстии, правая — при открытом);

3 — водяная полость открытия поршня; 6 — водяная полость закрытия поршня; 4, 7, 9, 10 — отверстия; 5, 11 — каналы; 8 — камера;

12 ■ — кольцевой паз, обеспечивающий перераспределение подачи воды в полости 3 и 6 для подъема или опускания поршня 2.

В процессе работы сепаратора в барабане / накапливается грязь — шлам, который периодически удаляется. Это требует остановки сепаратора, его разборки, промывки дисков и барабана. Процесс очистки выводит сепаратор из строя на довольно длитель­ный срок.

В настоящее время выпускают сепараторы, у которых процесс очистки не требует разборки. У этих сепараторов барабан 1 раздви­гается по линии В — В, и горячая вода, подаваемая по каналу 3 (вместо топлива), вымывает грязь. После этого корпус снова сжи­мается. Такой сепаратор называют самоочищающимся; барабан его представлен на рис. VI. 12, б. Процесс работы может быть пол­ностью автоматизирован.

Выпускаются также сепараторы, в которых удаление шлама происходит непрерывно. На рис. VI. 13 показана схема барабана такого сепаратора. Как видно, внутренний объем сужается к пери­ферии, а корпус имеет прорези, через которые при очистке топлива постоянно вытекает вода и выходит грязь. Чтобы вместе с водой не уходило топливо, в сепаратор дополнительно подается такое количество воды, при котором разделительная зона достаточно да­леко отстоит от края дисков. Такая конструкция сепаратора яв­ляется весьма перспективной. Однако необходимость применения воды для сепарации не позволяет использовать его для очистки масел, содержащих присадки, которые под воздействием воды мо­гут выпадать в осадок.

Процесс сепарации проводится при температуре топлива по­рядка 85—95° С, поэтому сепаратор оснащен подогревателем.

Рис. 13. Принцип работы барабана-пурификатора се­паратора типа Гравитрол фирмы Шарплес.

1 — подача топлива; 2.— обвод­ной трубопровод; 3 — слив из­лишка обводненного осадка; 4 — водосливное кольцо (регулиро­вочная шайба); 5 — подвод грязного топлива в район гра­ницы раздела; 6 — канал подачи обводненного осадка для под­держания границы раздела; 7 — сопло для удаления грязи; 8 — поверхность раздела фаз топли­ва и воды; 9 — отвод чистого топлива

Подача на очистку и откачка очищенного топлива осуществ­ляются двумя насосами — подкачивающим и откачивающим, ко­торые могут быть навешены на сепаратор или поставляться отдельно. В результате сепарации пред­ставляется возможность удалить из топлива все металлические частицы размером более 1—2 мкм и неметал­лические размером более 2—3 мкм, снизить содержание воды до 0,02%, уменьшить зольность. Необходимо отметить, что с уменьшением произ­водительности сепаратора повышает­ся качество очистки.

Производительность сепаратора Q_v, м³/ч, определяется по формуле

Q_v = SV/ ti (VI. 3)

Где Q_v — объем жидкости, кото­рую необходимо просепарировать, м³; t —заданное время сепарации, ч; i — число параллельно работающих сепараторов.

В соответствии с Правилами РМРС в топливной системе необходимо предусматривать не мене двух саморазгружающихся сепараторов, которые должны обеспечить очистку как тяжелого, так и легкого топлива. В некоторых случаях сепа­ратор легкого топлива ставят отдель­но от сепаратора тяжелого топлива, подключая его к системе очистки масла в качестве резервного.

Сепараторы включаются парал­лельно и могут заменять друг друга, как показано на рис. VI.2. Производительность одновременно работающих параллельно включенных сепараторов должна обеспечить сепарацию суточ­ного расхода тяжелого топлива за врем я t = 8—12 ч. Если на этом же топливе работает и вспомогательный парогенератор, то его суточный расход должен быть прибавлен к расходу на главный двигатель. В установках, работающих на тяжелом топливе, про­должительность сепарации легкого топлива целесообразно при­нимать по верхнему значению.

В установках, работающих только на легком топливе, продол­жительность сепарации принимается такой же, как для тяжелого топлива. Мощность, требуемая для привода подкачивающего и откачивающего насосов сепаратора, может быть определена по формуле (VI.2). Окончательная мощность выбранного типа сепа­ратора уточняется по техническим условиям или каталогу. Если подкачивающие насосы сепараторов имеют автономный привод, как показано на рис. VI.2, то производительность их должна быть на 15—20% выше, чем у одновременно обслуживаемых сепара­торов.

Фильтрующие устройства для тяжелого топлива. Сложность, дороговизна и относительно низкая надежность сепараторов объ­ясняют стремление конструк­торов полностью отказаться от них. Опыт эксплуатации систем топливоподготовки, в которых полный цикл очист­ки осуществляется в фильт­рующих устройствах, пока­зывает, что по сравнению с сепараторами они имеют ряд существенных преимуществ, а именно:

— отсутствуют подвиж­ные детали, вследствие чего конструкция значительно проще и надежнее;

— процессы очистки от воды и механических приме­сей объединены в одном цикле;

— себестоимость изготовления фильтрующих устройств значительно меньше, чем для сепараторов;

— фильтрующие устройства хорошо приспосабливаются к авто­матизации и безвахтенному обслуживанию.

В фильтрующих устройствах применяют фильтры поверхност­ного или объемного типа с сильно развитыми поверхностями и малой скоростью фильтрации.

В фильтрах поверхностного типа капли воды при малой ско­рости движения топлива собираются на поверхности и стекают к дренажным отверстиям. В фильтрах объемного типа задержа­ние воды обеспечивается применением гидрофобных материалов. Разборку и ручную очистку фильтров поверхностного типа про­изводят каждые 3—6 мес, а патроны фильтров объемного типа сменяют примерно через 3 тыс. ч. По данным фирм тонкость очистки может обеспечить отделение частиц размером от 2 мкм и выше.

На рис. IV. 14 представлена одна из схем очистки тяжелого топлива при помощи фильтрующих устройств с фильтрами

Рис. VI.14. Схема фильтрующего устройства фирмы Винслоу.

объемного типа. Топливо из отстойной цистерны 1 через фильтр 8 забирается насосом 5 и через подогреватель 4 подается в фильтры объемного типа / и //. Фильтр / задерживает более крупные ча­стички, а фильтр // — более мелкие. После фильтров топливо вновь направляется в отстойную цистерну /, а часть его забирается

Рис. VI. 15. Типы подогревателей топлива:

а — с U -образными трубками.

/ — нагревательные трубки; 2 — корпус; 3 — подвод пара; 4 — отвод конденсата; 5 — трубные доски; 6 — выход топлива; 7 — крышка; 8 — вход топлива.

б — штыкового типа.

насосом 7 и через подогреватель 6 поступает на окончательную очистку в фильтр ///. Затем очищенное топливо подается в рас­ходную цистерну. Для контроля за работой системы установлены манометры 2. Отстой из фильтров и цистерны сливается через кла­пан 3.

Подогреватели. Подогреватели обеспечивают подогрев топлива до необходимой вязкости. В СДУ применяют главным образом паровые кожухотрубные подогреватели, конструкция которых представлена на рис. VI. 15, а также пластинчатые фирмы Де-Лаваль. Для подбора подогревателя необходимо в первом прибли­жении определить его греющую поверхность для принятых пара­метров пара и подогреваемой жидкости.

Расчет ведут в такой последовательности. Количество теплоты Q, кДж/ч, подводимой к рабочей жидкости для доведения ее до температуры, при которой она будет иметь требуемую вязкость,

(4)

Греющая поверхность подогревателя F, м²

F=QK₁/KDT (5)

Требуемое количество греющего пара G, кг/ч,

G = Q/(i_1­-i_k)h (6)

В этих формулах: Q_v — расход подогреваемой жидкости, м³/ч; r — плотность подогреваемой жидкости, кг/м³; с — удельная теплоемкость [может быть принято с= 1,68-2,1 кДж/(кг•К)]; T₁, Т₂ — начальная и конечная температура жидкости, К; К₁ = 1,1-1,15 —коэффициент запаса греющей поверхности; К — коэффициент теплопередачи, который для ориентировочных рас­четов может приниматься в следующих пределах:

При теплопередаче	К, кДж/(м2•ч•К)
от воды к воде...............	4 200—8 400
от конденсирующего пара к воде......	10 500—14 700
»»» к маслу.....	420—1 470
»»» к мазуту.....	420—1 680

DT,= T_s —(T₁+T) /2 - температурный напор; Т_с — температура греющего пара при рабочем давлении р ≤ 1,0 МПа; i_n, i_K — эн­тальпия греющего пара и конденсата, кДж/кг; h = 0,97-0,98 — к. п. д. подогревателя.

Окончательный выбор подогревателей производится по ката­логам.

Регулятор вязкости. Устанавливается для поддержания тре­буемой вязкости подаваемого в двигатель тяжелого топлива. Устройство может иметь ручную или автоматическую регулировку степени подогрева. В качестве датчика импульса на исполнитель­ное устройство, изменяющее степень подогрева топлива, служит дроссельное устройство, скорость истечения топлива через кото­рое (а следовательно, и перепад давления в нем) будет меняться с изменением вязкости.

Схема датчика регулятора вязкости типа Копенгаген системы Кюлевейн представлена на рис. VI. 16. Топливо по каналу 3 по­дается в камеру 4 и по мере ее переполнения переливается в ка­меру постоянного уровня 5. Из камеры 4 отстой через отверстие внизу сливается в камеру 9 и далее в специальную цистерну. Из камеры 5, где поддерживаются постоянный уровень топлива и постоянное давление воздуха, поступающего по каналу 2, топливо через отверстие 6 попадает вкамеру 7, из которой через калибро­ванное отверстие 8 стекает в сливную камеру. Соотношение сече­ний отверстий 8 и 6 подобрано так, что при определенных вязкости топлива и давлении воздуха в канале 2 в камере 7 устанавливается уровень топлива h.

Если теперь по трубке / подать воздух в камеру 7 и в U-образ-ный манометр, то уровню топлива h в камере 7 будет соответство­вать столб ti в манометре. Допустим, что этому давлению отвечает заданная вязкость. В случае увеличения вязко­сти высота столба жидкости h увели­чится, что вызовет повышение столба h' в манометре. Потребуется увеличить подогрев топлива для снижения его вязкости. Этот процесс может быть автоматизирован, и вязкость будет под­держиваться автоматически.

Топливо в канал 3 отводится от топливоподающей магистрали вблизи топ­ливного насоса высокого давления.

Ресивер-деаэратор. Ресивер-деаэра­тор вмещает около 15—20% часового расхода топлива главного двигателя. Он имеет газоотводную трубу.

Расходные цистерны. Расходные ци­стерны легкого и тяжелого топлива устанавливаются, как правило, в МО. Для удобства эксплуатации, повыше­ния надежности и для возможности дополнительной очистки топлива от­стаиванием цистерны часто делают сдвоенными. Объем цистерны прини­мается кратным четырехчасовому рас­ходу топлива двигателем (или двигателями, если от одной цистерны их работает несколько). При выборе объема цистерны необходимо учитывать возможность их размещения в МО. В установках, работающих на тяжелом топливе, объем расходной цистерны легкого топлива составляет примерно 15—20% объема расходной цистерны тяжелого топлива. Объем расходной ци­стерны V, м³, определится по формуле

V>=4g_eN_eK₁K/r

где K₁ = 1-6 — число вахт работы двигателя (большее значе­ние для двигателей большей мощности); К₂ = 1,07— 1,1 — «коэф­фициент загроможденности цистерны и «мертвого» запаса.

Расходная цистерна оборудуется трубопроводами: наливным, вентиляционным, переливным, расходным (к дизелю), спускным (для отстоя), паровым (подогревателем). Под цистерной для сбора протечек устанавливают поддон, откуда топливо стекает в ци­стерну грязного топлива. Контроль за количеством топлива в цис­тернах ведется по местным указателям уровня— прозрачным стеклам (для топлив, не требующих подогрева) или указателям уровня поплавкового типа.

Подача топлива для вспомогательных двигателей может обес­печиваться для каждого из своей цистерны, общей для всех вспо­могательных двигателей или из расходной цистерны легкого топ­лива главного двигателя. С точки зрения надежности наи­более целесообразно иметь для каждого двигателя автономное питание.

Отстойные цистерны. Как правило, отстойные цистерны изго­товляют спаренными, вмещающими каждая суточный запас тя­желого топлива; их размещают в районе МО. Объем каждой ци­стерны определяется по формуле (VI.7) при /С_х = 6. Отстойные и расходные цистерны, хранящие тяжелое топливо, оборудуются преимущественно паровыми (давление пара не выше 0,7 МПа) подогревателями, обеспечивающими подогрев топлива до темпера­туры, при которой гарантируется наиболее эффективное отстаи­вание и перекачка (но обязательно на 10° ниже температуры вспышки паров топлива). Оборудуется отстойная цистерна так же, как расходная.

Кроме указанных цистерн Правила РМРС требуют, чтобы на судах неограниченного района плавания устанавливалось хранилище вне междудонного пространства для размещения суточного аварийного запаса топлива, не требующего подогрева и дополнительной подготовки перед употреблением.

Объем цистерн вспомогательного назначения, устанавливае­мых в МО, составляет (на 1 тыс. кВт мощности ДУ): цистерны гряз­ного топлива и масла 0,1—0,3 м³, цистерны сбора протечек топ­лива и масла 0,03—0,1 м³. В ряде случаев эти цистерны заменяются одной.

Объем цистерн сбора отходов сепарации должен составлять 8—12% суточного расхода топлива. Раз в сутки цистерны осу­шаются винтовыми, шестеренными насосами или сжатым возду­хом. Цистерны оборудованы подогревателями.

В соответствии с требованиями Регистр а_ССС_Р тоттлитшыр п стерны, расположенные в шахте Ми, снабжаются устройствами' с дистанционным управлением, позволяющими в аварийном случае слить топливо в донные цистерны в течение не 'бо­лее 6 мин.

При размещении топливных цистерн необходимо учитывать требования пожарной безопасности.