1

INSTALACJE PAROWE

Na statkach napędzanych silnikami spalinowymi obecność instalacji parowych wynika głównie z korzystnych właściwości pary wodnej jako czynnika grzewczego. Para na tych statkach jest stosowana do ogrzewania najróżniejszych czynników znajdujących się w instalacjach okrętowych, a przede wszystkim w instalacjach siłowni.

1. W instalacjach chłodzenia wodą słodką dużych wolnoobrotowych silników spalinowych, które wymagają podgrzewania przed ich uruchamianiem ze stanu zimnego, para służy do podgrzewania wody chłodzącej, cyrkulowanej przez silnik oraz tłoki. W ten sposób zarówno silnik jak i woda chłodząca zostają doprowadzone do takiej temperatury, przy której można uruchomić silnik bez obawy o jego trwałość. Podobne jest zadanie podgrzewania wody chłodzącej wtryskiwacze, realizowane za pomocą wężownicy grzewczej umieszczonej w zbiorniku wyrównawczo-obiegowym. Podgrzewanie wody chłodzącej tuleje cylindrowe i głowice jest wyłączane przed rozruchem silnika, natomiast podgrzewacz wody chłodzącej wtryskiwacze w niektórych silnikach, np. Sulzer RND, może być czynny przez cały czas pracy silnika ze względu na konieczność dość ścisłego utrzymywania temperatury tej wody na poziomie określonym przez producenta silnika. Utrzymywanie stałej temperatury wody chłodzącej wtryskiwacze zapewnia zawór termostatyczny regulujący dopływ pary do wężownicy grzewczej.

2. W instalacjach oleju smarowego para służy do podgrzewania oleju smarowego oraz wody słodkiej przed ich doprowadzeniem do wirówek, a ponadto do ogrzewania zawartości wszelkich zbiorników wchodzących w skład tej instalacji. Są to zbiorniki oleju cylindrowego (zapasowe i rozchodowe), oleju obiegowego (zapasowe, obiegowe, oleju zużytego itp.), zbiorniki przecieków i przelewów olejowych oraz zbiorniki odpadów z wirówek. Podgrzewanie olejów ma na celu zmniejszenie ich lepkości bądź dla umożliwienia względnie ułatwienia ich przepompowywania, bądź też polepszania efektów ich oczyszczania.

3. W instalacjach paliwowych siłowni spalających oleje ciężkie, paliwo przed jego doprowadzeniem do silnika jest podgrzewane parą w zbiornikach zapasowych (dennych i wysokich), w zbiornikach osadowo-rozchodowych i powrotnych. Właściwą lepkość, wymaganą dla uzyskania prawidłowego rozpylenia, paliwo uzyskuje w podgrzewaczu, do którego dopływ pary jest regulowany wiskozymetrem. Parą ogrzewane są również rurociągi, którymi jest transportowane paliwo. W instalacji oczyszczającej paliwo, podobnie jak w instalacji oleju smarowego, para służy do podgrzewania paliwa i wody przed wirówkami oraz odpadów z wirówek. Para służy również do podgrzewania oleju opałowego w zbiornikach zapasowych oraz w podgrzewaczu przed kotłem i zawartości zbiorników gromadzących ścieki i przelewy paliwa.

4. W instalacji zęzowo-balastowej parę doprowadza się do odolejacza wody zęzowej celem podgrzewania wydzielonego z wody oleju oraz do zbiorników celem uniemożliwienia zamarznięcia w nich wody balastowej.

5. Para jest również stosowana w instalacjach ogólno okrętowych do podgrzewania wody w instalacjach hydroforowych, podgrzewania powietrza w centralnym zestawie klimatyzacyjnym, a przy braku klimatyzacji - do parowego ogrzewania pomieszczeń.

6. Na uprzemysłowionych statkach rybackich para jest stosowana dodatkowo do celów technologicznych (wytwórnia mączki rybnej, tranownia itp.) oraz może służyć jako czynnik grzewczy dla wyparowników w tych przypadkach, gdy nie wystarcza ich ogrzewanie wodą chłodzącą silnik lub w czasie postoju silnika głównego.

7. Para jest niezbędna jako czynnik grzewczy na zbiornikowcach przewożących ropę naftową względnie jej produkty. W tym ostatnim przypadku wymagane są znaczne ilości pary służącej dodatkowo do podgrzewania wody morskiej w instalacji służącej do mycia zbiorników ładunkowych. Parą mogą być ogrzewane również korpusy pomp, filtry itp.

8. Oprócz celów grzewczych para na statkach napędzanych silnikami spalinowymi może być stosowana jako czynnik roboczy do napędu niektórych maszyn i urządzeń pomocniczych siłowni (zwłaszcza urządzeń obsługujących instalację parową, takich jak np. pompy zasilające, instalacja eżektorowa skraplacza), pomp ładunkowych i niektórych pokładowych maszyn pomocniczych na zbiornikowcach. Rozwiązanie takie, aczkolwiek niekorzystne pod względem energetycznym (napęd parowy maszyn o niewielkiej mocy jest niskosprawny), jest celowe z punktu widzenia bezpieczeństwa przeciwpożarowego.

9. W siłowniach spalinowych o większej mocy, w których poza potrzebami grzewczymi dysponuje się dodatkową ilością pary uzyskanej z utylizacji ciepła odpadkowego silnika głównego, coraz powszechniej stosuje się turboparowe zespoły prądotwórcze, co pozwala uzyskać znaczne oszczędności paliwa.

10. Para wodna na statkach napędzanych silnikami spalinowymi może być również wykorzystywana do gaszenia pożaru. Działanie pary jako środka gaśniczego polega na wypełnieniu chronionej przestrzeni parą, która podawana z odpowiednim natężeniem przepływu wytłacza powietrze i w ten sposób uniemożliwia podtrzymywanie procesu palenia się. W ten sposób mogą być chronione ładownie przeznaczone dla ładunków suchych, pomieszczenia z materiałami łatwopalnymi jak lampiarnie, farbiarnie, zbiorniki zawierające oleje mineralne, roślinne i zwierzęce, tłumiki silników spalinowych, kotły ogrzewane spalinami wylotowymi, rurociągi wylotowe spalin z kotłów itp. Rurociągi doprowadzające parę służącą do gaszenia pożaru w zbiornikach są równocześnie wykorzystywane do ich parowania, którego celem jest usunięcie ze zbiornika wszelkich palnych pozostałości oraz gazów, dla umożliwienia bezpiecznego wykonania prac remontowych (spawania).

Wymagania i charakterystyka głównych elementów instalacji parowej

·        Kotły

Na statkach napędzanych silnikami spalinowymi para wytwarzana jest przede wszystkim w kotłach ogrzewanych spalinami odlotowymi z silnika. Kotły takie zwane kotłami utylizacyjnymi są instalowane na przewodzie wydechowym spalin głównego silnika napędowego i w konwencjonalnych rozwiązaniach służą do wytwarzania pary nasyconej do celów grzewczych i technologicznych. Kotły te wykonywane są jako kotły z przymusowym obiegiem, a najczęściej, spotykanym typem jest kocioł typu La Monta. Całość powierzchni ogrzewalnej kotła, którą tworzą wężownice ustawione jedna nad drugą, jest podzielona na trzy sekcje, które mogą być włączane i wyłączane i tym samym umożliwiają regulację wydajności kotła stosownie do istniejącego na statku zapotrzebowania pary.

Ponieważ kocioł La Monta nie ma ani przestrzeni parowej, ani wodnej, musi on być połączony ze znajdującym się poza kotłem izolowanym zbiornikiem (walczakiem) lub też z kotłem opalanym paliwem płynnym, którego przestrzeń parowa i wodna są wspólne dla obu kotłów. To drugie rozwiązanie możliwe jest wówczas, gdy przestrzeń parowa kotła pomocniczego jest wystarczająca dla pracy równoległej obu kotłów z ich pełną wydajnością.

Typowe, spotykane w siłowniach spalinowych układy kotłów pomocniczych przedstawia rysunek. W czasie jazdy w morzu, przy pełnej mocy głównego silnika napędowego wydajność kotła utylizacyjnego zainstalowanego na pełnomorskich statkach towarowych zwykłego typu jest całkowicie wystarczająca do pokrycia zapotrzebowania na parę grzewczą. Przy zwiększonym zapotrzebowaniu pary, występującym np. w okresie zimowym, oba kotły utylizacyjny i opalany niezależnie, mogą pracować równolegle. W czasie postoju statku w porcie lub też przy częściowych obciążeniach silnika głównego pracuje tylko kocioł pomocniczy opalany olejem. Ze względu na stosunkowo niskie temperatury spalin wylotowych z silnika oraz dobrą kompensację wydłużeń cieplnych przez poszczególne wężownice, kocioł typu La Monta nie wymaga stosowania rurociągu omijającego dla spalin w stanach pracy, gdy jest on nieczynny. Konieczność wyłączania kotła z pracy przy częściowych obciążeniach silnika głównego wynika z możliwości zbytniego ochłodzenia spalin wylotowych z silnika i tym samym przekroczenie punktu rosy spalin, co mogłoby spowodować korozję niskotemperaturową kotła i przewodów wydechowych znajdujących się za kotłem.

Cyrkulację wody w kotle La Monta wywołuje pompa obiegowa o wydajności 8¸10 razy większej od wydajności kotła. Oznacza to, że w kotle utylizacyjnym tego typu jest odparowywana tylko pewna część wody tłoczonej pompą obiegową, a do zbiornika pary i wody dopływa mieszanina parowo-wodna, która ulega tam separacji. Z tego też powodu zbiornik ten nazywany jest separatorem.

Rys. Układy kotłów pomocniczych

l - kocioł utylizacyjny;

2 - kocioł opalany paliwem płynnym;

3 - zbiornik pary i wody;

4 - pompa obiegowa;

5 - pompa zasilająca;

6 - kocioł o opalaniu kombinowanym.

Para w siłowniach spalinowych może być również wytwarzana w kotłach przystosowanych zarówno do opalania olejem, jak i gazami odlotowymi z silnika. Powierzchnia ogrzewalna takich kotłów jest podzielona na dwie części: dolną opalaną palnikiem olejowym oraz górną ogrzewaną spalinami wylotowymi z silnika. Każdy ze sposobów opalania kotła może być stosowany niezależnie, lub też oba łącznie.

Na zbiornikowcach służących do przewozu ropy naftowej wymagane są znaczne ilości pary do ogrzewania ładunku. Do wytworzenia pary grzewczej oraz pary do napędu maszyn pomocniczych stosuje się na tych statkach kotły ogrzewane olejem opałowym, charakteryzujące się znacznymi wydajnościami.

·        Pompy

Wymagania

·     Każdy kocioł pomocniczy o ważnym przeznaczeniu1 lub grupa wspólnie pracujących kotłów powinny mieć, co najmniej dwie pompy zasilające z niezależnym napędem mechanicznym.

·     Kotły pomocnicze, które nie są kotłami o ważnym przeznaczeniu oraz kotły bezpaleniskowe (na gazy odlotowe), których konstrukcja pozwala na pozostawanie bez wody przy ogrzewaniu spalinami, mogą mieć jedną pompę zasilającą.

·     Kotłami pomocniczymi o ważnym przeznaczeniu są kotły zasilające parą mechanizmy pomocnicze i wyposażenie niezbędne do ruchu statku, jeżeli nie ma innych źródeł energii do utrzymywania w ruchu tych mechanizmów i wyposażenia w przypadku wyłączenia kotła.

·     Dla kotłów z ręczną regulacją zasilania wydajność każdej pompy powinna być nie mniejsza niż 1,5 nominalnej wydajności kotłów, a dla kotłów z automatyczną regulacją - nie mniejsza niż 1,15 nominalnej wydajności kotłów.

·     Jeżeli zainstalowano więcej niż dwie pompy zasilające, to po wyłączeniu z pracy jednej z nich łączna wydajność pozostałych pomp powinna być nie mniejsza od określonej wyżej wydajności pompy zasilającej.

·     Wydajność każdej pompy zasilającej kotła przepływowego powina być nie mniejsza od nominalnej wydajności kotła.

·     Doprowadzenie pary do pomp zasilających z napędem parowym powinno być wykonane oddzielnym rurociągiem i powinno być możliwe z każdego kotła obsługiwanego przez te pompy.

·     Kotły pomocnicze o ważnym przeznaczeniu z przymusowym obiegiem wody należy wyposażyć co najmniej w dwie pompy obiegowe, w tym jedną rezerwową. Wydajność tych pomp wynika z krotności cyrkulacji i wydajności kotła.

·     Jeżeli w siłowni zostaną zainstalowane kocioł utylizacyjny ze zbiornikiem pary i wody oraz kocioł pomocniczy o znacznej wydajności w stosunku do kotła utylizacyjnego, przy napędzie elektrycznym pomp zasilających może okazać się koniecznym zastosowanie osobnych pomp zasilających dla każdego z kotłów.

Układ rurociągów

Wymagania

·        Jeżeli dwa lub więcej kotłów połączono między sobą, to z każdego kotła, przed rurociągiem zbiorczym, należy zainstalować zawory zwrotne. Zaworów tych można nie instalować, jeżeli na kotłach przewidziane są zawory zaporowo-zwrotne.

·        Rurociągi parowe należy zaopatrzyć w kompensatory, które należy umieścić w taki sposób, aby wydłużenie cieplne rurociągów nie powodowało wzrostu naprężeń w połączonych z nimi mechanizmach i rurociągach.

·        Na rurociągach parowych doprowadzających, parę do mechanizmów i urządzeń skonstruowanych na ciśnienie niższe od kotłowego należy zainstalować zawory redukcyjne.

·        Na odgałęzieniach rurociągów parowych przeznaczonych do parowania i gaszenia zbiorników paliwa i ładunku ciekłego, należy zainstalować zawory zwrotne, a na magistrali tych rurociągów - zawór odcinający umieszczony w łatwo dostępnym miejscu poza obrębem zbiorników.

·        Rurociągi parowe w maszynowni i przedziale kotłowym należy prowadzić w miarę możności, w górne/ części tych pomieszczeń, w miejscach dostępnych do oględzin i obsługi.

·        Pod podłogą maszynowni i kotłowni nie należy prowadzić rurociągów parowych, 'z wyjątkiem rurociągu ogrzewania parowego i rur do szumowania iodmulania kotłów.

·        Rurociągów parowych nie należy prowadzić w pobliżu zbiorników paliwa.

·        Na rurociągach świeżej pary, w celu zabezpieczenia mechanizmów od uderzeń wody, należy przewidzieć urządzenia do odwadniania.

·        W przypadku stosowania otwartego układu odwodnień rurociągów parowych, rury odwadniające należy odprowadzać poniżę/poziomu płyt podłogi.

·        Instalację zasilającą każdego kotła głównego i kotła pomocniczego o ważnym przeznaczeniu należy tak wykonać, aby istniała możliwość zasilania wodą kotła lub grupy kotłów każdą pompą zasilającą przez dwa oddzielne i niezależne od siebie układy zasilania: główny i pomocniczy.

·        Dla kotłów pomocniczych, które nie są kotłami o ważnym przeznaczeniu, wystarczy jeden układ zasilania.

·        Należy zastosować wszystkie niezbędne rozwiązania konstrukcyjne zapobiegające przedostawaniu się oleju i produktów ropy naftowej do wody zasilającej kotły.

·        Zbiorniki wody kotłowej należy oddzielić od zbiorników paliwa płynnego, oleju smarowego i roślinnego przedziałami ochronnymi.

Instalacje parowe grzewcze

Do celów grzewczych stosowana jest para nasycona o ciśnieniach 0.4¸1.2 MPa. Odpowiadające tym ciśnieniom temperatury nasycenia wynoszą odpowiedni 144¸188 °C.

Stosowanie jako czynnika grzewczego pary nasyconej wynika ze znacznie korzystniejszych warunków wymiany ciepła (wyższych współczynników przejmowani ciepła) aniżeli w przypadku stosowania pary przegrzanej. Niższe ciśnienia pary rzędu 0,4 MPa wystarczają normalnie do ogrzewania wszelkich czynników znajdujących się w zbiornikach i podgrzewaczach siłowni.

Większe ciśnienia pary grzewczej stosuje się w instalacjach kotłów pomocniczych produkujących parę do ogrzewania ładunku na zbiornikowcach. Stosowanie wyższych ciśnień w tym ostatnim przypadku jest podyktowane większymi spadkami ciśnienia w instalacji ze względu na większe długości rurociągów, możliwością zmniejszenia średnic rurociągów doprowadzających pary, zmniejszeniem powierzchni wymiany ciepła (z uwagi na wyższe temperatury czynnik grzewczego) oraz dążeniem do zapewnienia przepływu czynnika grzewczego i skroplin bez dodatkowych urządzeń.

Schemat ideowy instalacji pary służącej wyłącznie do celów grzewczych przedstawia rysunek.

Rys. Schemat ideowy instalacji parowej grzewczej

l - kocioł utylizacyjny;

2 - kocioł opalany paliwem płynnym;

3 - zbiornik pary i wody kotła utylizacyjnego;

4 - kolektory pary dolotowej;

5 odwadniacz;

6 - zawór redukcyjny;

7 - zawory odwadniające;

8 - waposkopy;

9 - zawory zwrot płytkowe;

10- zbiornik skroplin;

11 - zbiornik obserwacyjny skroplin;

12- chłodnice skroplin;

13 - pompa zasilająca;

14 - pompa obiegowa kotła utylizacyjnego;

15 - kolektory skroplin.

Para nasycona, zwykle o ciśnieniu około 0,7 MPa może być wytwarzana w kotle utylizacyjnym l, w kotle opalanym paliwem płynnym lub w obu kotłach łącznie. W zależności od sposobu pracy instalacji para jest pobierana ze zbiornika pary i wody 3 kotła utylizacyjnego, z przestrzeni parowej kotła 2 lub też równolegle z obu urządzeń 2 i 3. Wytworzona w kotle (kotłach) para jest doprowadzana do kilku kolektorów 4, grupujących odbiorniki wymagające takiego samego ciśnienia par i zapewniających możliwie najmniejszą długość rurociągów.

Na rurociągach pary świeżej instaluje się zawsze odwadniacze 5 celem zabezpieczenia rurociągów, maszyn i urządzeń przed możliwością ich uszkodzeń spowodowanych uderzeniami wodnymi. Dla ochrony instalacji przed zanieczyszczeniami instaluje się niekiedy na rurociągach dolotowych pary filtry-osadniki, których zadaniem jest zatrzymywanie drobnych, porywanych z parą zanieczyszczeń. Jeżeli wymaga się, aby ciśnienie pary doprowadzonej do poszczególnych urządzeń było niższe od ciśnienia kotłowego, instaluje się zawory redukcyjne 6.

Zadaniem zaworu redukcyjnego jest zmniejszenie ciśnienia w rurociągu i utrzymywanie jego wartości w przybliżeniu na stałym poziomie, bez względu na wahania natężenia przepływu lub ciśnienia dolotowego przepływającego czynnika. Zasadę działania zaworu redukcyjnego wyjaśnia rysunek.

Rys. Zasada działania zaworu redukcyjnego.

Ciśnienie ps, do którego zostaje zdławione ciśnienie dolotowe p1 jest uzależnione od stopnia otwarcia zaworu czyli od położenia grzybka...