Сравнительный анализ способов снижения вредных выбросов в окружающую среду с выпускными газами на танкерах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат наук Пьяе Пхио Аунг

• Пьяе Пхио Аунг
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Пьяе Пхио Аунг

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор технический литературы по методам снижения вредных выбросов в окружающую среду при эксплуатации нефтеналивных

судов. Постановка задачи исследования

1.1. Обзор методов определения потребностей судна в топливе для

движения, получения электроэнергии и пара

1.2. Обзор положений стандартов IMO по нормативам загрязнений окружающей среды вредными соединениями с выпускными газами ГД,

ДГ и ВК и методам достижения указанных нормативов

1.3. Обзор методов снижения выбросов в окружающую среду азотистых соединений

1.4. Обзор методов снижения выбросов в окружающую среду сернистых соединений

1.5. Обзор методов снижения выбросов в окружающую среду

углекислого газа

1.6. Анализ задач, требующих решения и постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. Выбор варианта модернизации СЭУ при использовании

традиционного тяжелого топлива

2.1. Исследование выбора скрубберных систем из типоразмерного ряда и определения характеристик обслуживающих их систем

2.2. Система автоматизированного проектирования СЭУ

с двигателями фирмы MAN Diesel & Turbo типа МЕ

2.3. Выработка предложений по составу типоразмерного ряда

двухступенчатых утилизационных котлов

2.4. Разработка предложений по конструкции типоразмеров.

двухступенчатых утилизационных котлов

2.5. Разработка методик проектирования типоразмеров двухступенчатых утилизационных котлов

2.6. Модели проектирования и разработка примеров конструкции котлов из типоразмерного ряда. Определение их массогабаритных

и стоимостных характеристик

2.3. Модернизация СЭУ базового танкера и выбор оборудования

при использовании традиционного тяжелого топлива

2.8. Анализ варианта модернизации СЭУ при использовании

традиционного тяжелого топлива

ГЛАВА 3. Выбор варианта модернизации СЭУ при использовании

альтернативных видов жидкого топлива

3.1. Анализ использования различных видов малосернистого жидкого

топлива, соответствующих стандарту 1МО

3.2. Модернизация СЭУ базового танкера и выбор оборудований

при использовании малосернистого мазута

3.3. Анализ варианта модернизации СЭУ при использовании

малосернистого мазута

ГЛАВА 4. Выбор варианта модернизации СЭУ при использовании

альтернативных видов газового топлива

4.1. Анализ использования различных видов газового топлива,

соответствующих стандарту 1МО

4.2. Модернизация СЭУ базового танкера и выбор оборудования

при использовании природного газа

4.2.1. Разработка принципиальной схемы системы

распределения газовых потоков

4.2.2. Расчет энергозапасов и определение вместимости

топливных цистерн

4.2.3. Выбор варианта хранения СПГ и расчет толщины

изоляции танков запаса

4.2.4. Расчет производительности оборудования системы распределения газовых потоков, комплектование системы

необходимым оборудованием

4.2.5. Определение стоимостных характеристик оборудования

системы распределения газовых потоков и танков хранения запаса СПГ

4.2.6. Гидравлический расчет сечения трубопроводов,

комплектация системы арматурой

4.3. Анализ варианта модернизации СЭУ при использовании

природного газа

ГЛАВА 5. Экономический анализ вариантов эксплуатации СЭУ

типового танкера при использовании разных типов топлива

5.1. Расчет первоначальной стоимости вариантов снабжения

типового танкера топливом и оборудования очистки от загрязнений

5.2. Расчет текущих расходов по эксплуатации на типовых линиях

5.3. Сравнительный анализ вариантов снабжения типового танкера топливом и оборудования очистки от загрязнений по критериям

экономической эффективности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВК - вспомогательный котел, работающий на топливе;

ВКУ - вспомогательная теплоэнергетическая (котельная) установка;

ВТС - высокотемпературная секция ДУК;

ГГД - главный газовой двигатель;

ГД - главный двигатель;

ГДГ - газодизель-генератор;

ГТН - газотурбонагнетатель двигателя;

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

ДГ - дизель-генератор;

ДУК - двухступенчатый утилизационный котел;

ДЭМ - длительная эксплуатационная мощность;

КПД - коэффициент полезного действия;

МДМ - максимальная длительная мощность;

МКО - машинокотельное отделение;

МО - машинное отделение судна;

МОД - малооборотный ДВС;

НМДМ - номинальная максимальная длительная мощность;

НТС - низкотемпературная секция ДУК;

ПК - судовой пропульсивный (движительный) комплекс;

САПР - система автоматизированного проектирования;

СМДМ - спецификационная МДМ;

СОД - среднеоборотный ДВС;

СЭУ - судовая энергетическая установка;

ТКС - турбо-компаундная система;

УГТ - утилизационная газовая турбина, эквивалент ТКС;

УК - утилизационный котел;

ЭУ - энергетическая установка;

DMA - информационная и маркетинговая ассоциация;

DW - дедвейт - переменная часть водоизмещения судна, т;

EEDI - индекс проектирования энергоэффективности судов;

SEEMP - проект руководства энергоэффективности судов при эксплуатации;

IMO - международная морская организация;

ISO - международная организация по стандартизации;

Bнб - наибольшая ширина судна, м;

Нб - высота борта до главной палубы, м;

кз - коэффициент загрузки - отношение фактической загрузки потребителя

к номинальной; Ьпл - дальность плавания судна, мили;

Ьпп - длина судна между перпендикулярами, м;

Тг - расчетная осадка судна, м;

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сравнительный анализ способов снижения вредных выбросов в окружающую среду с выпускными газами на танкерах»

ВВЕДЕНИЕ

Целью настоящей работы является сравнительный анализ и обоснование наиболее экономичного способа удовлетворения актуальных и перспективных требований IMO к ограничению выбросов в атмосферу вредных веществ с выпускными газами на танкерах. Танкеры, перевозящие тяжелые нефтепродукты, расходуют на подогрев последних во избежание потери их текучести значительное количество тепловой энергии, соизмеримое с расходами энергии на движение на длительном эксплуатационном режиме. Вследствие этого они расходуют на данном режиме вдвое больше топлива и способны выделять в окружающую среду вдвое больше получаемых при сжигании топлива вредных веществ - соединений серы SOx и углекислого газа CO2. Кроме того сжигание топлива в ДВС при повышенном давлении и температуре способствует образованию окислов азота NOx. На основе указанного, достижение поставленной цели для танкеров наиболее актуально.

В технической литературе рассматриваются следующие основные способы снижения сернистых и парниковых выбросов с отработавшими газами СЭУ:

1. Использование традиционного тяжелого топлива и применение дополнительного оборудования (скруббер) для нейтрализации и очистки отработавших газов;

2. Использование альтернативных видов топлива (марингазойл, метанол, диметилэфир, водотопливная эмульсия, малосернистый мазут, нефтяной газ и природный газ) соответствующих стандарту IMO;

3. Применение двухступенчатых котлов, позволяющих снизить расход топлива в случае применения мазутов. Меньше сжигается топлива - меньше выпускных газов и меньше вредных примесей поступает в окружающую среду.

Следует отметить, что ни один способ из вышеуказанных не является абсолютно предпочтительным. У каждого способа есть свои недостатки и достоинства. Необходимо выполнить сравнительный анализ каждого из них и сделать выбор оптимального варианта для модернизация СЭУ в соответствии с требованиями IMO.

Вредная примесь к выпускным газам - окислы азота NOx. При их контакте с водой образуется азотная кислота, оказывающая исключительно вредное воздействие на бактерии и водоросли у водной поверхности, убивая этих, основных производителей кислорода, поступающего в атмосферу. В настоящее время разработаны методы позволяющие снизить содержание NOx в выпускных газах до нормативов, установленных в IMO Tier III. Основным методом является борьба с NOx в источнике, так как фильтрующие элементы на NOx оказывают слабое влияние.

Для транспортных судов предъявляется высокие требования к эффективности грузоперевозок, к снижению затрат на топливную составляющую эксплуатационных расходов.

Известно большое количество способов повышения энергетической эффективности судов - от выбора оптимальной скорости и направления движения относительно направления ветра, регулярной очистки корпуса и полирования винта до различных способов утилизации тепловых потерь.

Кроме прямого экономического эффекта применение таких систем позволяет повысить экологическую безопасность судов в связи с уменьшением расходования первичных энергоресурсов и снижением выбросов загрязняющих атмосферу. В последнее время эти проблемы стоят исключительно остро, так, как эффективность новых судов оценивается в соответствии с методикой IMO Индексом Проекта Эффективности Энергии (EEDI) как выделение СО2 при сжигании топлива всеми потребителями судна на милю пройденного пути.

Все двигатели в настоящее время проектируются для эксплуатации на высоковязком сернистом мазуте. Эксплуатация двигателей на этом топливе обеспечивает снижение эксплуатационных расходов на топливо на 30 % и более вследствие более низкой цены этого топлива по сравнению с другими марками. Однако для этого топлива с вязкостью 700 сСт при 50 °С требуется подогрев до 150 ^ 155 °С для снижения вязкости до значений, необходимых для впрыска в цилиндры двигателей. Для подогрева до этой температуры требуется пар с температурой ок. 180 °С, превышающей на 25 ^ 30 °С требуемую температуру топлива и обеспечивающую достижение умеренных поверхностей теплообмена в подогревателях и приемлемую их массу и стоимость.

Основным типом двигателей, на 90 и более % применяемых в настоящее время в качестве главных двигателей на морских транспортных судах, является двигатели из типоразмерного ряда ME фирмы MAN Diesel & Turbo. Для проведения комплексных исследований СЭУ с этими двигателями необходимо разработать систему автоматизированного проектирования, в настоящее время отсутствующую. Проблема заключается не столько в автоматизированном выборе двигателей - выбор может быть осуществлен и вручную, сколько в пересчете параметров - расходов и температуры наддувочного воздуха, выпускных газов, удельного расхода топлива, заданных в инструкциях фирмы - производителя для режима НМДМ на режим ДЭМ, на котором судно эксплуатируется до 95% эксплуатационного периода.

Малооборотные двигатели на выходе из ГТН имеют температуру ок. 245 °С на режиме номинальной максимальной длительной мощности. Эта температура снижается еще на 10 ^ 15 °С при работе на длительном эксплуатационном режиме, на который и настраивается система утилизации, так как именно этот режим является длительным и составляет до 95 % ходового времени. Применение дробного впрыска и повышенной температуры выпускных газов до 265 °С на двигателях последнего десятилетия для снижения выбросов окислов азота расширяет возможность повышения ресурсов утилизации.

Применение совмещенной системы питания потребителей паром из общего коллектора делает необходимым выработку пара с температурой нужной для потребителя требующего наиболее высокой температуры. Обычно это тяжелое топливо, подогреваемое для подачи в двигатели. Это ограничивает возможности систем утилизации теплоты вторичных энергоресурсов. В результате может быть получено только незначительное количество пара с температурой 180 °С, возможно достаточное только для подогрева топлива, сжигаемого в двигателе, но ни для чего более. В то же время на судах всех типов требуется значительно большее количество пара, в то время как температурный потенциал выхлопных газов остается недоиспользованным.

Потребители пара могут быть разделены на группы в зависимости от их назначения и особенностей работы. Недостающее количество пара приходится производить во вспомогательных котлах за счет сжигания топлива, что увеличивает эксплуатационные расходы, массу запасов топлива и загрязнение окружающей среды. Вместе с тем есть примеры работ, показывающих возможность полностью обеспечить потребность судна в тепловой энергии за счет усовершенствования систем утилизации тепловых потерь даже на танкерах, перевозящих высоковязкие нефтепродукты - тяжелые мазуты и высоко парафинистые нефти [1].

Задача отыскания оптимальных вариантов - схем и параметров систем утилизации тепловых потерь актуальна не только в связи с выбором вариантов комплектации систем утилизации, но и в связи с целесообразным удовлетворением паром отдельных потребителей, существенно различающихся по требованию к параметрам пара. Например, для обогрева цистерн балласта достаточно горячей воды с температурой 30 ^ 40 °С, в то же время большая часть тепловой энергии на длительном режиме хода с подогревом груза нужна с температурой 90 ^ 100 °С. Для подогрева тяжелого топлива, сжигаемого в главных и вспомогательных двигателях необходим подогрев до 150 ^ 155 °С.

Важным вопросом, пока еще не нашедшим своего отражения в методиках автоматизированного проектирования, является повышение достоверности прогнозирования потребности судна в тепловой энергии. Традиционная - ручная реализация этих методик приведена в стандартах, разработанных в 80-х ^ 90-х годах, когда проблема развития автоматизированного проектирования еще не вступила в стадию реализации. Разработка более достоверных моделей определения потребностей судна в тепловой энергии, базирующихся на применении САПР, позволит не только более точно определить потребности в тепловой энергии, но и более качественно сбалансировать потребности с возможностями систем утилизации и выбрать для дальнейшей реализации варианты наиболее эффективные по технико-экономическим показателям, рассчитываемым по показателям судна в целом [2, 3].

Проведение оптимизационных исследований всегда связано с выполнением трудоемких расчетов. Для исследуемой задачи эта проблема наиболее остра, так как количество вариантов комплектации ВКУ достаточно велико. Только с применением современных средств и методов исследования эти варианты могут быть подвергнуты количественному анализу с выходом на показатели судна в целом и с широким анализом области допустимых решений.

Существенной особенностью данной оптимизационной задачи является ее целочисленный характер: альтернативные варианты выбираются из стандартных типоразмерных рядов оборудования. Промежуточные варианты не существуют. Каждый типоразмер оптимален для определенного набора значений параметров. Его использование при ином сочетании параметров снижает эффективность варианта.

Для решения таких задач целесообразно применение двухэтапного метода: сначала на основе анализа основных показателей качества определяется разумный набор альтернативных вариантов, с определенной вероятностью включающий вариант экстремальный. Далее методом перебора вариантов определяется вариант наиболее эффективный. Его и принимают в качестве экстремального варианта. Такой подход применялся в СПбГМТУ при оптимизации судовых пропульсивных комплексов.

Вспомогательная котельная установка обеспечивает потребности судна в тепловой энергии за счет использования первичного источника теплоты - сжигания топлива или за счет использования теплоты вторичных источников тепловой энергии - теплоты рабочих тел, отработавших в элементах энергетической установки. Вторичными энергоресурсами ДВС являются теплота вторичных энергоносителей - выпускных газов, продувочного воздуха после сжатия его в газотурбонагнетателе, пресной воды после охлаждения ею цилиндровых втулок и крышек дизельных агрегатов, масла после охлаждения подшипников фундаментной рамы и шатунов.

Наиболее крупными потребителями тепловой энергии являются нефтеналивные суда -танкеры вследствие дополнительных, по сравнению с сухогрузными и промысловыми судами, затрат теплоты на технологические нужды - подогрев перевозимого груза, мойку танков от остатков груза, иногда применения турбинного привода грузовых насосов. Кроме того нефтетанкеры являются наиболее массовым видом судов и получение для них положительного эффекта способно принести большой объем дополнительной прибыли. Это делает задачу повышения энергетической эффективности нефтеналивных танкеров высоко актуальной и заслуживающей анализа в научном исследовании.

Следующим фактором, способствующим актуализации поставленной цели, является принятие комитетом 1МО ряда документов о предотвращении загрязнения окружающей среды с судов, в том числе требований к повышению энергоэффективности судов. В последний

достаточно значительный вклад вносит ВКУ - второй после главного двигателя потребитель топлива на судне. Ограничены выделения в окружающую среду продуктов сгорания органического топлива - СО2 и БОх. Образование КОх, также ограниченного требованиями 1МО, для ВКУ не характерно. Повышение энергоэффективности вспомогательных котельных установок нефтеналивных судов способствует решению задач установленных требованиями 1МО.

Одним из способов частичного решения проблем с прибылью от перевозки нефтегрузов является снижение скорости эксплуатации танкеров с 14 ^ 15 узлов по проекту до 10 ^ 12 узлов фактической средней скорости. Согласно некоторым исследованиям это приносит дополнительную прибыль в объеме 7 ^ 10 %. Однако это не только удлиняет рейс, но и снижает мощность, затрачиваемую на движение, а также уменьшает объем вторичных энергоресурсов и возможность заместить ими затраты топлива на ВКУ. Это повышает расход топлива на ВКУ на некоторых отрезках рейса и снижает предполагаемую прибыль от снижения скорости.

Поскольку на морских танкерах применяются в основном малооборотные дизеля с температурой газов на выходе из ГТН 235 ^ 265 °С, получить в них сколько-нибудь существенное количество пара в одноступенчатом утилизационном котле невозможно. Как показывает практика, получаемого при этом пара хватает только на подогрев топлива для главных и вспомогательных дизелей. Вследствие этого на всех режимах эксплуатации судна требуется работа на топливе вспомогательных котлов, обеспечивающих практически всю потребность в паре. Наличие в выпускных газах сернистых соединений ограничивает охлаждение газов теплоносителем с температурой выше точки росы - 135 ^ 140 °С, а значит, температура газов в принципе не может быть получена ниже 170 °С.

Необходимость вырабатывать пар с параметрами 10 бар / 180 °С исключает из процесса утилизации продувочный воздух, имеющий температуру 160 ^ 180 °С (греющее рабочее тело должно иметь температуру не ниже 205 °С). Однако продувочный воздух не включает сернистых соединений и не имеет, поэтому ограничений по низкотемпературной коррозии. При отдельной утилизации теплоты продувочного воздуха, вследствие возможности более глубокого охлаждения, может быть получено количество теплоты, превышающее таковое, получаемое от УК.

Одновременно следует отметить требования отдельных потребителей к различной температуре греющего пара или воды. Как уже указывалось выше для подогрева тяжелого топлива требуется пар с температурой 180 °С в количестве 3,7 % от общей потребности судна в паре. Все остальные потребители пара нуждаются в существенно более низкой температуре, частично даже в горячей воде с температурой 100 °С и ниже [4, 5, 6]. Это свидетельствует о неэффективности применения объединенных схем генерирования теплоты, так как абсолютное

большинство количества пара требуются с параметрами значительно ниже производимых. При этом недоиспользуются вторичные ресурсы выпускных газов и совсем не используются ресурсы продувочного воздуха.

Следует также отметить, что проектирование систем снабжения судна тепловой энергией осуществляется на самые тяжелые условия - на зимние параметры, а также на наиболее тяжелый нефтепродукт вероятный для транспортировки, а это мазут М-100. В современных условиях - при сниженных параметрах главных двигателей возможностей системы утилизации в зимний период недостаточно для обеспечения всех потребностей судна в тепловой энергии. Однако зимние условия сохраняются не весь период эксплуатации и перевозимый груз не обязательно самый тяжелый. Поэтому высока вероятность того, что в течение большей части эксплуатационного периода возможна эксплуатация без работы вспомогательных котлов на топливе и обеспечение всех потребностей в теплоте за счет работы утилизационных котлов.

Повышение эффективности вспомогательных котельных установок нефтеналивных судов может быть достигнуто раздельным обеспечением потребителей, нуждающихся в паре с различными параметрами, применением более совершенных схем утилизации тепловых потерь главных двигателей с включением в схему утилизации теплоты продувочного воздуха и с прямой выработкой пара различных параметров в соответствии с требованиями, учета реальных параметров окружающей среды и фактических нефтепродуктов, перевозимых в конкретном рейсе, учетом влияния ВКУ на энергоэффективность судна и влияния ее на окружающую среду.

В диссертации выделен один тип судов - танкеры для перевозки нефтегрузов. Однако проблемы, решаемые в диссертации актуальны и для других типов судов по снижению выбросов вредных сернистых, азотистых соединений и углекислого газа. И методы, рекомендованные в диссертации пригодны и для этих судов.

ГЛАВА 1

ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКИЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО МЕТОДАМ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕНАЛИВНЫХ

СУДОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Обзор методов определения потребностей судна в топливе для движения, получения электроэнергии и пара. Определение расхода топлива

На судне устанавливают главные двигатели для движения, вспомогательные дизель-генераторы для получения электроэнергии и вспомогательные котлы для получения пара, обеспечивающего обогрев различных потребителей. Эти установки расходуют топливо для выполнения своих функций. На этапе проектирования судна, определение расхода топлива для судовых установок является одной из важных задач.

В качестве главных двигателей морских судов широко используются малооборотные двигатели, обладающие высоким коэффициентом полезного действия. Ведущие фирмы-производители судовых двигателей, изготавливают и непрерывно совершенствуют типоразмерные ряды малооборотных двигателей.

В справочниках типоразмеров судовых двигателей указаны диапазоны доступных режимов МДМ и удельный расход топлива на режиме НМДМ. При выборе соответствующего главного двигателя для построенного судна, располагаются спецификационный режим СМДМ в диапазоне доступных режимов МДМ. Как показывает анализ построенных судов наиболее часто (более 98 %) в качестве СМДМ принимается режим НМДМ.

В зависимости расположения режим СМДМ в диапазоне доступных режимов МДМ двигателя, номинальный удельный расход топлива данного двигателя изменяется. Для стандартного двигателя самый низкий удельный расход топлива получается в пределах 75 ^ 85 % от мощности СМДМ [7]. Поэтому режим ДЭМ располагается по возможности ближе к этой точке. Вследствие того, что двигатель работает на режиме ДЭМ до 95 % ходового времени, определение удельного и абсолютного расхода топлива на этом режиме является важной задачей при этапе проектирования СЭУ.

В справочниках приведена графическая зависимость изменения удельного расхода топлива в пределах диапазона допустимых МДМ для различных типоразмеров двигателей. В кандидатской диссертации соискателям Мьо Чжо Ту [1], эти графические зависимости изменения удельного расхода топлива описаны следующей приближенной формулой:

P

be = bel + ((A х kN + B) X kN) + C + (D X (E - , кг/кВтхч. (1.1)

Pe1

где Ье - удельный расход топлива на искомом режиме, кг/кВт*ч; кы - отношение мощности на режиме искомой к мощности на режиме СМДМ; Ре - среднее эффективное давление на искомом режиме, бар; Ье1, Ре1 - удельный расход и эффективное давление на режиме НМДМ; А, В, С, Б, Е - корреляционные коэффициенты зависимости удельного расхода топлива двигателя. Значения этих коэффициентов различаются в зависимости от типоразмера двигателей и приведены в работе Мью Чжо Ту.

Обычно на судне устанавливают три вспомогательных дизель-генератора. Согласно с Правилами Регистра судоходства, на длительном эксплуатационном режиме судна желательна работа одного дизель-генератора. Остальные в резерве. Это позволяет согласовать суммарный ресурс источников электроэнергии и главных двигателей. Характеристики дизель-генераторов приведены в справочниках фирм - изготовителей. На этапе проектирования СЭУ можно принять удельный расход топлива на вспомогательный дизель-генератор из этих справочников.

Обычно на судне устанавливают два вспомогательных котла, не обязательно одинаковой производительности. Режимы разгрузки паровыми насосами и режим мойки грузовых танков являются самыми тяжелыми режимами для работы вспомогательных котлов. В данных режимах необходимо работать оба вспомогательных котла. В длительном эксплуатационном режиме работа одного вспомогательного котла может обеспечить потребности судна в паре. Расход топлива, используемого для производства пара во вспомогательном котле, работающим при полном нагрузке, определяется по следующей формуле:

О т = ^, кг/ч. (1.2)

т Q

где О - паропроизводительность вспомогательного котла, кг/ч; у - теплота испарения пара при его соответствующим давлении, Дж/кг; Qрн - низшая теплота сгорания топлива, используемого в ВК, Дж/кг. Таким образом может быть получен расход топлива на вспомогательные котлы. Определение расхода пара

Методика расчета потребности танкера в паре для подогрева перевозимого груза приведена в отраслевых стандартах [8, 9]. Методика определяет суммарную нагрузку пара для подогрева груза на танкере. Танкеры, предназначенные для перевозки нефтепродуктов, требуют поддержания груза при определенной температуре и при определенной вязкости. В зависимости от конструкции танкера применяются два типа системы подогрева груза: трубная система подогрева и циркуляционная система подогрева. В настоящее время строят танкеры только с двойным дном и двойными бортами для того, чтобы избежать аварийных разливов груза при случайных пробоинах. В зависимости от величины линии эксплуатации танкеров, методики расчетов определения расхода пара могут быть различны.

Для танкеров с автономностью менее пяти суток расход пара следует определять расчетом из условия необходимости поддержания температуры принятого жидкого груза, т.е. компенсации потерь теплоты в окружающую среду.

Для танкеров с автономностью более пяти суток расход пара определяется расчетом из условия разогрева груза от предельно допустимой температуры остывания жидкого груза до его рабочей температуры, т.е. температуры необходимой для обеспечения работы насосов. Для этих танкеров также необходимо выполнять определения расхода пара для компенсации потерь теплоты через все ограждающие участки танков. Время разогрева груза в зависимости от автономности плавания танкера может достигаться до 5 суток.

Рабочая температура жидкого груза - это температура, при которой его сдача обеспечивается насосами. Рабочая температура разных жидких грузов различны в зависимости от типа грузов. Во время перевозки груз требует поддерживать при температуре превышающей его температуру застывания не менее, чем на 5 ^ 10 °С. В расчетах температуры наружного воздуха и забортной воды принимаются по ГОСТ 24389 - 80 [10].

Существуют два методы определения потребности пара на танкере: графоаналитический метод расчета и аналитический метод расчета паром. Погрешность аналитического метода расчета не превышает 15 %, графоаналитического метода - 20%. Итак, аналитический метод представляет для нас интерес.

При определении потребности пара на танкере приняты следующие допущения: смежные танки и рассматриваемый танк заполнены одинаковым грузом и теплообмен между ними отсутствует; расход греющего пара определяется из условии его полной конденсации в подогревателе; расчетная температура груза считается в зависимости от условия, если необходимо подержаться груз при принятой температуре - та температура является расчетной температуре груза в расчетах, если в случае необходимости разогрева груза от предельно допустимой температуры остывания до его рабочей температуры - расчетная температура груза считается по формуле:

1 гр = (0,33 X1 нач ) + (0,67 X1 кон ), "С. 0.3)

где 1нач - начальная температура груза, "С; 1*он - конечная температура груза, "С.

Потери теплоты в окружающую среду грузом, перевозимым на танкере, определяется для отдельных расчетных участков танка. Потери теплоты на 1-ом расчетном участке танка определяется по следующей зависимости:

= к1 XX(1гр -11) , Вт. 0.4)

где 1 - номер рассчитываемого участка; 11 - температура окружающей среды для 1-го участка, "С; К - коэффициент теплопередачи 1-го участка теплообмена танка, Вт/м2х"С; Б; - площадь 115

го участка, м2. Коэффициенты теплопередачи и площадь отдельных расчетных участков танка определяются в зависимости от конструкции корпуса танкера, локализации анализируемого танка [8, 9]. Так определяются потери теплоты всех участков танка и получается суммарные потери теплоты этого анализируемого танка - Опот.

Для танкеров с автономностью более пяти суток необходимо учитывать не только потери теплоты танком, но и полезное тепло, необходимое для повышения теплосодержания груза. Полезное тепло определяется по следующей формуле:

Опол = (tнач -1 кон ) , Вт. (1.5)

т

где Ог - масса груза, кг; Сг - удельная теплоемкость груза, Дж/кг*°С; т - время разогрева, с; остальные обозначения представлены выше.

Итак тепловая нагрузка на подогрев груза для анализируемого танка танкера с рейсом более 5-и суток получается как суммой теплопотери в окружающую среду и полезной теплоты для повышения теплосодержания груза в танке. Таким образом, определяется тепловая нагрузка для иных танков нефтеналивных и комбинированных танкеров и далее получается полная тепловая нагрузка этого танкера для подогрева перевозимого груза.

О = Опот + Опол , Вт. (1.6)

Величины давления пара на входе и выходе змеевика (подогревателя) зависят от типа перевозимого жидкого груза и его вязкости. Массовой расход пара на подогрев груза определяется следующим расчетом:

Оп = —'т—, кг/с. (1.7)

^ п ^ конд

где 1п - энтальпия пара на входе змеевика (подогревателя), Дж/кг; 1кон - энтальпия конденсата греющего пара на выходе из змеевика (подогревателя), Дж/кг.

Таким образом, в данном разделе рассматриваются методы определения расхода топлива, используемого для работы СЭУ, и расхода пара, применяемого для подогрева перевозимого груза на танкерах. Программное обеспечение для этого разработано и приведено в работе [1].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пьяе Пхио Аунг, 2020 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Мьо Чхо Ту. Анализ способов повышения эффективности вспомогательных котельных установок нефтеналивных судов: дис. канд. техн. наук; специальность: 05.08.05 - судовые энергетические установки и их элементы - СПб.: СПбГМТУ, 2015. - 158 с.

2. Даниловский А. Г. Проектирование судовых энергетических установок на основе САПР : учебное пособие. - СПб.:, СПбГМТУ, 2013.

3. Даниловский А. Г., Боровикова И. А. Автоматизированное проектирование и оптимизация судовых вспомогательных энергетических комплексов / Монография. - СПб.: Изд. центр СПГУВК, 2008. - 220 с.

4. ГОСТ 24389 - 89. Системы кондиционирования воздуха, вентиляции и отопления судов.

5. РД 5.5584-89. Системы кондиционирования воздуха и вентиляции судов. Правила и нормы проектирования.

6. РД 5.30.033-84. Системы парового отопления и хозяйственного пароснабжения. Правила и нормы проектирования.

7. MAN B&W МС - TII Type Engines. Engine selection guide. Denmark: MAN Diesel & Turbo, 2010.

8. РДР 5524 - 82. Системы подогрева жидких грузов морских нефтеналивных судов. Утвержден распоряжением министерства судостроительной промышленности № 32/7 -5524 - 506 от 24.09.82. Срок введения с 01.01.84 г.

9. РД 5.113-85. Системы подогрева жидкостей в судовых цистернах. Правила и нормы проектирования.

10. Расчетные параметры воздуха и расчетная температура забортной воды. Введен 01.07.90. М.: Изд. Стандартов, 1990 г.

11. Иванченко А. А., Иванченко А. А. Охрана воздушного бассейна при проектировании и эксплуатации судовых энергетических установок / Монография. - Изд-во ГУМРФ им. адм. С О. Макарова, 2013. - 327 с.

12. Кульчицкий А. Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. Владимир: Изд. ВГУ, 2000.

13. Международная морская организация IMO. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.imo.org/en/Pages/Default.aspx / (дата обращения: 20.12.2018).

14. Приложение VI МАРПОЛ. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.marpol-annex-vi.com / (дата обращения: 20.12.2018).

15. Руководство по средствам защиты окружающей среды компании Wartsila. - Вааса: Wartsila, 2012. - 61 c.

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

Румб В. К., Яковлев Г. В., Шаров Г. И., Медведев В.В., Минасян М.А. Судовые энергетические установки. Судовые дизельные энергетические установки: учебник. СПбГМТУ. - СПб., 2007. - 622 с.

Freestone D., Gjerde K. M., Rayfuse R., Zwaag D. V. International union for the conservation of Nature / The International Journal of Marine and Coastal Law. - 2008. Vol. 23. - Is. 2. - Pp. 359 - 363.

MAN B&W ME - T II Type Engines. Engine selection guide. Denmark: MAN Diesel & Turbo, 2010.

JohannesK. How does common rail injection work? - Germany: MTU, 2018. - 6 p. Reduction of SOx, NOx and Particulate Matter from Ships with Diesel Engines. Denmark: Milj0styrelsen, 2014.

Environmental product guide. Environmental technologies. - Vaasa: Wartsila, 2017. - 66 p. Kuimov D. N., Minkin M. S., Lukyanov A. D. Low-sulfur fuel and oil production / The collection of the papers of material science forum. - 2016. Vol. 870. - Pp. 671 - 676. Ibrahim S. S., Mohamed M. E. Eco-friendly selection of ship emissions reduction strategies with emphasis on SOx and NOx emissions / International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. - 2014. Vol. 6.3. - Pp. 737 - 748.

Methanol as an alternative fuel for vessels. Public final report. - Netherland: - Maritime Knowledge Centre, 2017. - 24 p.

Li G. Dimethyl Ether (DME) - a new alternative fuel for diesel vehicle / Advanced materials research journal. - 2010. Vol. 156 - 157. - Pp. 1014 - 1018.

Малахов А. Повышение эффективности эксплуатации морских судов путем использования водотопливных эмульсий / Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2016. - № 8 (81). - С. 48 - 53.

Шагеев М. Ф., Хайриева Э. М. Использование водотопливной эмульсии как метод энергосбережения и повышения экологической безопасности энергетических предприятий / Журнал - Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего востока. - 2011. - № 1. - С. 174 - 176.

LPG for marine engines. The marine alternative fuel. - France: WLPGA, 2017. - 142 p. Guide to LPG Use in waterborne vessels. - France: WLPGA, 2017. - 34 p. Sveinbjorn K. A Feasibility Study on Propane and Butane as Marine Fuel: master thesis. -Sweden.: Chalmers University of Technology, 2011. - 48 p.

Дорохов А. Ф., Апкаров И. А., Хоан Коанг Лыонг. Особенности применения газообразных топлив с судовых энергетических установках / Вестник Астраханского государственного

технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2012. - № 2. - С. 70 -75.

32. Кристен К., Бранд Д. IMO Tier 3: газовые и двухтопливные двигатели — экологически чистое и эффективное решение (материалы конгресса CIMAC 2013) / Журнал -Двигателестроение, 2013. - № 4 (254). - С. 42 - 56.

33. Electronically controlled dual fuel two stroke engines S70ME-C10.5-GI-TII. Project guide. -Denmark: - Man B&W, 2018. - 436 p.

34. WARTSILA 20DF. Product guide. - Finland: - Wartsila, 2016. - 176 p.

35. Логачев С. И., Николаев М. М. Суда для перевозки сжиженных газов. Л.: Судостроение, 1966. - 260 с.

36. Луцкевич А. М., Крестьянцев А. Б. СПГ - бункеровщик родом из Петербурга / Журнал -портньюс. портовый сервис, 2017. - № 1 (25). - С. 74 - 77.

37. Bahadori A. Thermal insulation handbook for the oil, gas and petrochemical industries. Monograph. - Amsterdam: Elsevier, 2014. - 394 p.

38. Григорьев Л. Я. Судовые сосуды, работающие под давлением (определение напряжений и деформаций). Л.: Судостроение, 1965. - 196 с.

39. Вашедченко А. Н., Михайлов Б. Н. Определение основных элементов и характеристик газовозов на ранних стадиях проектирования / Судостроение, 1990. - № 2. - С. 6 - 9.

40. Зайцев В. В. Определение размеров основных конструктивных элементов корпусов газовозов с призматическими танками / Тр. Николаев. кораблестроит. ин-та. Вып. 166. Николаев, 1980. - С. 68 - 72.

41. Han S., Lee J. Y., Park Y. I., Che J. Structural risk analysis of an NO96 membrane-type liquefied natural gas carrier in Baltic ice operation / Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment, 2008. Vol. 222. - Is. 4. - Pp. 179 - 194.

42. Морейнис Ф. А., Барабанова М. Н., Нахимковский М. А., Наумова И. А. Исследование основных характеристик судов для перевозки различных природных газов / Тр. ИНИИ Мор. Флота. Вып. 209. Л.: Транспорт, 1976. - С. 44 - 55.

43. Правила классификации и постройки газовозов / Регистр СССР. Л.: Транспорт, 1975. - 170 с.

44. Зайцев В. В., Мартынец Б. Н. Определение размеров основных конструктивных элементов призматических танков газовозов / Тр. Николаев. кораблестроит. ин-та. Вып. 166. Николаев, 1980. - С. 72 - 77.

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

Зайцев В. В., Коробанов Ю. Н. Анализ возможности использования зависимостей некоторых классификационных обществ для определения размеров основных элементов переборов внутри танков газовозов / Там же. Вып. 166. Николаев, 1980. - С. 39 - 46. Коменецкий Ю. Т., Шостак В. П., Танцюра А. Г. К вопросу о выборе архитектурно-конструктивного типа и главных размерений судна-газовоза / Там же. Вып. 58. Николаев, 1974. - С. 114 - 122.

Танцюра А. Г., Ивеницкий К. Ф., Шостак В. П., Шаборшин В. Р., Бридан Е. В. Конструктивные особенности и некоторые вопросы технологии постройки грузовых танков метановозов / Технология судостроения, 1975. - № 3. - С. 12 - 20. Кочанов Ю. П. Температурные напряжения в обшивке вкладных танков и корпусов газовозов при возникновении местных дефектов в теплоизоляции / Тр. Николаев. кораблестроит. ин-та. Вып. 175. Николаев, 1981. - С. 29 - 38.

Шостак В. П., Шаборшин В. П. Материалы, применяемые в конструкции танков при строительстве судов-метановозов / Технология судостроения, 1 979. - № 6. - С. 15 - 20. Code for the construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk. Resolution F 328 (IX) - IMCO. London, 1975. - 101 p.

Нестеров Ю. Ф. Теория и расчет судовой тепловой изоляции. Л.: Судостроение, 1973. -423 с.

Zhou J., Zhou S, Zhu Y. Experiment and prediction studies of marine exhaust gas SO2 and particle removal based on NaOH solution with a U-type scrubber / Industrial and engineering chemistry research. - 2017. Vol. 56. - Is. 43. - Pp. 12376 - 12384. SOx scrubber technology. - Finland: Wartsila, 2017. - 8 p.

Руководство на изделие скруббер (газоочиститель) Wartsila. 20, сентября 2013. Санитарные правила для морских судов СССР. М.: В/О Мортехинформреклама, 1984. Санитарные правила для речных судов. Л.: Транспорт, 1988.

Centrifugal pumps. Vertical or horizontal single-stage centrifugal pumps. The publication of Iron Pump for the specifications of CHV.

Eelco D. B., Maarten H. Scrubber. An economic and ecological assessment. - Assessment. -Delft: NABU, 2015. - 45 p.

Wartsila I-SOx scrubber system. - Finland: Wartsila, 2017. - 4 p.

Third IMO Greenhouse Gas Study 2014. United Kingdom: IMO, 2014.

Reducing Greenhouse Gas Emissions from Ships. United of America: icct, 2011.

Thermo Efficiency System for Reduction of Fuel Consumption and C02 Emission. Denmark:

MAN Diesel & Turbo, 2014.

63. Иванов М. Ю., Неелов А. Н., Сорокин В. А., Шишкин В. А. Состояние и перспективы развития судовых малооборотных дизелей MAN B&W с электронными системами управления (ЭСУ) / Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. 2004. № 27. - С. 241-262.

64. MAN B & W 60-35 ME Type Engines. Engine Selection Guide. Electronically Controlled Two-stroke Engines. 1st Edition, June 2010.

65. MAN B & W 98-50 ME Type Engines. Engine Selection Guide. Electronically Controlled Two-stroke Engines. 1st Edition, June 2010.

66. Архипов А. Г., Даниловский А. Г., Пьяе Пхио Аунг. Обоснование типоразмерного ряда двухступенчатых паровых котлов / Сборник материалов четвертой Всероссийской межотраслевой научнотехнической конференции. - СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2015. - C. 221-224.

67. Даниловский А. Г., Иванченко А. А., Мьо Чжо Ту. Анализ методов повышения эффективности судовой вспомогательной котельной установки / Журнал университета водных коммуникаций. - 2012. - № 3 (15). - С. 87 - 94.

68. Пьяе Пхио Аунг, Архипов А. Г., Даниловский А. Г. Разработка типоразмерного ряда двухступенчатых паровых котлов / Сборник материалов пятой Всероссийской межотраслевой научно-технической конференции. - СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2016. - C. 221 - 224.

69. Пьяе Пхио Аунг. Создание ряда двухступенчатых утилизационных котлов для морских судов / Сборник материалов VII межвузоской научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов. - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2016. - C. 180 - 183.

70. Пьяе Пхио Аунг, Архипов А. Г., Даниловский А. Г. Типоразмерный ряд двухступенчатых паровых котлов / Сборник материалов XVII международного экологического форума «День Балтийского моря». - СПб.: Изд-во ООО «Свое издательство», 2016. - C. 123-125.

71. Yordanov V., Danilovsky A. G., Pyae Phyo Aung. Prospects of application of two-stage exhaust gas boiler in dual pressure ship's auxiliary steam generation system / Collection of the works of thirteen international conference on marine science and technologies «Black Sea 2016». -Bulgaria: BSHC, 2016. - Pp. 215 - 220.

72. Significant ships. A publication of The Royal Institution of Naval Architects, 2007.

73. Significant ships. A publication of The Royal Institution of Naval Architects, 2008.

74. Significant ships. A publication of The Royal Institution of Naval Architects, 2009.

75. Significant ships. A publication of The Royal Institution of Naval Architects, 2010.

76. Significant ships. A publication of The Royal Institution of Naval Architects, 2011.

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

Significant ships. A publication of The Royal Institution of Naval Architects, 2012. Significant ships. A publication of The Royal Institution of Naval Architects, 2013. Significant ships. A publication of The Royal Institution of Naval Architects, 2014. Significant ships. A publication of The Royal Institution of Naval Architects, 2015. Пьяе П. А., Даниловский А. Г. Методика оптимизации типоразмерного ряда двухступенчатых утилизационных котлов / Сборник материалов Всероссийского межотраслевого научно-технического форума. - СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2017. - C. 260 -264.

Архипов А. Г., Даниловский А. Г., Пьяе Пхио Аунг. Повышение тепловой экономичности судовой вспомогательной котельной установки / Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова: - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2016. -C. 21 - 30.

Пьяе П. А., Даниловский А. Г. Структура модели проектирования двухступенчатого утилизационного котла / Сборник материалов Всероссийского межотраслевого научно-технического форума. - СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2017. - C. 264 - 268. Хряпченков А. С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: Учебное пособие. -2-е изд. перераб. и доп. . - Л.: Судостроение, 1988. - 296 с.

Волков Д. И., Дмитриев Г. И. Судовые утилизационные и вспомогательные котлы: Учебное пособие. - изд. Ленинград, 1979. - 102 с.

Кузнецов Н. В., Митор В. В., Дубовский И. Е., Карасина Э. С., Рубин М. М., Блох А. Г., Маршак Ю. Л., Петросян П. А., Локшин В. А., Мочан С. И., Кендысь П. Н. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). - М.: «Энергия», 1973. - 296 с. Балдина О. М., Локшин В. А., Питерсон Д. Ф., Семеновкер И. Е., Шварц А. Л. Гидравлический расчет котельных агрегатов: (Нормативный метод). - М.: «Энергия», 1978. - 256 с.

Мочан С. И. Аэродинамический расчет котельных установок (Нормативный метод). - Л.: «Энергия», 1977. - 256 с.

Даниловский А. Г., Йорданов В. А., Пьяе Пхио Аунг. Типоразмерный ряд двухступенчатых утилизационных котлов / Журнал - морские интеллектуальные технологии. - 2017. - № 3 (37). - С. 54 - 60.

Пьяе П. А. Оптимизация типоразмерного ряда двухступенчатых утилизационных котлов / Сборник материалов седьмой Всероссийской межотраслевой научно-технической конференции. - СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2018. - C. 335 - 339.

91. Бируля В. А., Чертищева Е. В. Оценка затрат на создание СЭУ. Учебное пособие. Л.: Изд-во ЛКИ, 1936.

92. Даниловский А. Г., Гарбузов А. Ю. Экономические обоснования при проектировании СЭУ. - СПб.: СПбГМТУ, 1999.

93. Пьяе Пхио Аунг. Анализ способов снижения содержания соединений серы в выпускных газах судовых двигателей / Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова, 2018. - Т. 10. - № 4. - С. 793 - 803.

94. Пьяе П. А. Сравнительный анализ способов снижения вредных выбросов в окружающую среду с выпускными газами / Сборник материалов восьмой международной научно-технической конференции. - СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2019. - C. 284 - 290.

95. Администрации морских портов Балтийского моря. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.morflot.ru / (дата обращения: 01.5.2018).

96. Thermax cold water cryogenic vaporizer. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.chartindustries.com/Industry/Industry-Products/Vaporizers/Circulating-Water-Vaporizers / (дата обращения: 22.12.2018).

97. Грузовые системы для перекачивания природного сжиженного газа. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://lgmcryo.ru / (дата обращения: 22.12.2018).

98. Винтовые компрессоры низкого давления высокой производительности. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://shipsystems.spb.ru/vintovye-kompressory-nizkogo-davleniya-serii-lsk.html / (дата обращения: 22.12.2018).

99. Поршневые компрессорные установки среднего и высокого давления. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.chkz.ru/catalog/reciprocating-compressors-and-booster-compressors/compressors-high-and-medium-pressure / (дата обращения: 22.12.2018).

100. Баллон большого объема 800 литров ГОСТ 12247-80. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.vpk-vlz.ru/ballony-bolshogo-ob_ema-800l-gost-1 / (дата обращения: 22.12.2018).

101. Alibaba Group - Multinational conglomerate company. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.alibaba.com / (дата обращения: 22.12.2018).

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1.1. Программа для расчета вторичных энергоресурсов утлилизации двигателей типа МЕ «КЕБт^У».

1. Файл MTG_MOD.DAT - исходные данные для расчета вторичных ресурсов утилизации.

ФАЙЛ MTG_MOD.DAT - ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА Gг и Тг ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ МОД |

Nпп¡ НАИМЕНОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОЙ ¡ОБОЗНАЧУ РАЗМЕРН. |ЧИСЛ.ЗНАЧЕН.!

град.

МПа град. МПа

1 Мощность на режиме оптимизации | Nо

2 Частота на режиме оптимизации | п

3 Температура воздуха в МКО | ^

4 Барометрическое давление | Pv

5 Температура забортной воды | Tw

6 Противодавление на выхлопе ¡ dPвых

7 Мощность на длит.режиме(% от N0)! Nр

8 Частота на длит.режиме(% от п) ! ОВР

9 Темпер.продув.возд.в коллекторе ^н

10 ! Температура пресной воды передГД ! Тпрв

11 ! Температура циркул.масла передГД ! Тм

12 ¡ Код типоразмера цилиндра ! TRGD

13 ¡ Число цилиндров МОД в агрегате ! Ецил

14 ! Признак наличия ТКС ! TCS

15 ¡ Код типа движителя ! WINT

град.С град.С град.С

100.0

100.0

25. 000

0 . 100

25 . 000

0 . 003

90. 000

100. 000

50 . 000

70 000

42 000

20

5

0

1

—I

2. Файл MTG_REZ.DAT - результаты расчета вторичных ресурсов утилизации.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ (файл MTG MOD.DAT)

N0= 10 0. 000 N= 10 0.000 ТУ= 25.000 РУ= 0 . 100

TW= 25 . 000 БР2 = 0.003 NP= 90.000 0ВР= 100. 000

50 . 000 ТРК= 70.000 ТМ= 42.000

ЕС= 5 ТКОБ= 2 0 ТСБ = 0 WINT= 1

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

Материальый и энергетический баланс систем

на один цилиндр МОД ДКРН типа МЕ типоразмера J = 20

на режиме номинальной МДМ ^1) по данным фирмы MAN

3. 370 - расход продувочного воздуха, кг/с;

3. 770 - расход выхлопных газов, кг/с;

255. 000 - температура выхлопных газов, град. С;

11. 700 - расход пресной воды, м3 /ч;

50. 000 - общий расход забортной воды, м3 /ч;

33. 330 - расход циркуляционного масла, м3 /ч;

521. 670 - отвод теплоты от продувочного воздуха, кВт;

25. 000 - расход забортной воды через охл.воздуха м3/ч;

115. 000 - отвод теплоты от циркуляционного масла, кВт;

16. 700 - расход забортной воды через охл.пр.воды м3 /ч;

188. 300 - отвод теплоты от пресной воды, кВт. /

Баланс агрегата МОД на длительном эксплуатационном режиме

18. 092 - расход выхлопных газов, кг/с;

242. 800 - температура выхлопных газов, град. С;

58220. 676 - расход продувочного воздуха, кг/с;

204. 798 - температура продувочного воздуха, град. С;

2608. 350 - отвод теплоты от продувочного воздуха, кВт;

58 500 - расход пресной воды в системе охлажд., м3 /ч;

83 828 - темпер.пресной воды на выходе из ГД, град. С;

70 000 - темпер.пресной воды на входе в ГД , град. С;

941 541 - отвод теплоты от пресной воды, кВт;

166 650 - расход циркуляционного масла м3 /ч;

47 915 - температура масла на выходе, град. С;

575 000 - отвод теплоты с маслом, кВт.

3. распечатка модуля программы «RESURSY».

SUBROUTINE RESURS(MOG,TOG,QV,TV,QP,WP,TP,TPN,QM,TM1) C Программа расчета расхода и температуры газов, продувочного воздуха,

C C

пресной воды и циркуляционного масла на выходе из ДВС МОД типа МE INTEGER ZW

REAL NO,N,NP,MA,MOG,MV INTEGER TRGD,ZC,TCS,WINT CHARACTER ZAST(20,80),ZA0(40,73) open(22,file='SIST2 017.TAB') open(16,file='MTG_REZ.DAT') open(17,file='MTG_MOD.DAT') 43 FORMAT (/20X,' РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА'/

*10x,' Материальый и энергетический баланс систем '/ *10x,' на один цилиндр МОД ДКРН типа МE типоразмера J =',I6/ *10x,' на режиме номинальной МДМ (L1) по данным фирмы MAN '/

*6x,F10.3, *6x,F10.3, *6x,F10.3, *6x,F10.3, *6x,F10.3, *6x,F10.3, *6x,F10.3, *6x,F10.3, *6x,F10.3, *6x,F10.3, *6x,F10.3, 801 FORMAT 808 FORMAT

расход продувочного воздуха, кг/с;'/

расход выхлопных газов, кг/с;'/

температура выхлопных газов, град.С;'/

расход пресной воды, м3/ч;'/

общий расход забортной воды, м3/ч;'/

расход циркуляционного масла, м3/ч;'/ отвод теплоты от продувочного воздуха, кВт;'/

- расход забортной воды через охл.воздуха.м3/ч;'/

- отвод теплоты от циркуляционного масла, кВт;'/

- расход забортной воды через охл.пр.воды м3/ч;'/

- отвод теплоты от пресной воды, кВт./') ;72A1,8X)

;29X,F5.2,1X,F5.2,1X,F5.1,1X,F4.2,1X,F4.2,1X,F4.1,1X, *F5.1,1X,F5.1,1X,F5.3) 809 FORMAT (44X,F6.1,1X,F5.1,1X,F5.1,1X,F5.1,1X,F5.1,1X,F4.1)

40 FORMAT (2X,F4.2,1X,F6.0,1X,F4.0,1X,F4.1,1X,F4.0,1X,F4.1,1X,F4.2, *1X,F5.0,1X,F4.1,1X,F4.0,1X,F4.1,1X,F4.0,1X,F4.2,1X,F2.0,8X)

41 FORMAT (60X,F12.3,8X)

42 FORMAT (70X,I2,8X) 77 FORMAT (80A1)

61 FORMAT (6X,F12.3) 65 FORMAT (6X,I12)

62 FORMAT (/

*10X,' РАСЧЕТ РЕСУРСОВ УТИЛИЗАЦИИ ДВС ТИПА МE (МОД ДКРН-7-10)'/ *10X,' на длительном эксплуатационном режиме'// *2 0X,' ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ (файл MTG_MOD.DAT)'/ *6X,'NO=',F10.3,5X,'N=',F10.3,4X,'TV=',F10.3,4X,'PV=',F10.3/ *6X,'TW=',F10.3,3X,'DP2=',F10.3,4X,'NP=',F10.3,3X,'OBP=',F10.3/ *5X,'TVN=',F10.3,3X,'TPR=',F10.3,3X,' TM=',F10.3/ *6X,'ZC=',I10,2X,'TRGD=',I10,3X,'TCS=',I10,2X,'WINT=',I10) rewind 17

READ (17,77) ((ZAST(I,J),J=1,80),I=1,5)

READ (17,41) NO,N,TV,PV,TW,DP2,NP,OBP,TVN,TPR,TM

READ (17,42) TRGD,ZC,TCS,WINT

write(16,62) NO,N,TV,PV,TW,DP2,NP,OBP,TVN,TPR,TM,ZC,TRGD,TCS,WINT rewind 22

READ (22,801) ((ZA0(I,J1),J1=1,72),I=1,TRGD+5)

810 READ (22,808) GV,GGN,TGN,W1,W2,WPR,WZ,WM rewind 22

READ (22,801) ((ZA0(I,J1),J1=1,72),I=1,TRGD+37)

811 READ (22,809) QVN,WZV,QMN,WZP,QPN,QT

WRITE(16,43) TRGD,GV,GGN,TGN,WPR,WZ,WM,QVN,WZV,QMN,WZP,QPN

QR=1.

WZR=1.

C write(16,61) QR,WZR

TPN=TPR MA=0. DTA=0. DMB=0. DTB=0. DMC=0. DTC=0. DMG=0. DTG=0. N=N/100. NO=NO/100.

DMA=-24.*ALOG(N)+14.*ALOG(NO) DTA=45.*ALOG(N)+15.*ALOG(NO) C write(16,61) DMA,DTA

DMB=-0.41*(TV-25.)+0.03*(PV-0.1)+0.19*(TW-25.)-11000.*(DP2-0.003) DTB=1.6*(TV-25.)-100.*(PV-0.1)+0.1*(TW-25.)-50 00.*(DP2-0.003) C write(16,61) DMB,DTB

NP=NP/100.

DMC=37.*NP*NP*NP-83.*NP*NP+31.*NP+19. DTC=280.*NP*NP-410.*NP+13 0. C write(16,61) DMC,DTC

C 50 CONTINUE C IF (TCS.EQ.0) GO TO 51

C DMG=-8.

C DTG=30.

C 51 CONTINUE C write(16,61) NO,MA,NP

C MOG - КГ/Ч, TOG - град.С

MOG=GGN*NO*(1+DMA/100.) *(1+DMB/100.) *(1+DMC/100.)*NP*ZC

TOG=TGN+DTA+DTB+DTC+DTG

OBR1=N*OBP/100.

MV=GV/GGN*MOG*3 600.

POP=1.+0.27*(1-NO)

QVO=100.*POP*EXP(1.68*ALOG(NO))*EXP(-0.83*ALOG(N)) QPO=EXP(-0.0 811*ALOG(N*100.)+0.8 07 2*ALOG(NO*100.)+1.2614) QMO=67.30 09*ALOG(N*100.)+7.63 04*ALOG(NO*100.)-245.0714 QV=QVN*QVO/10 0.*ZC CPV=1.

TV=TVN+QV/CPV/GV/ZC QP=QPN*QPO/100.*ZC CPR=4.19 WP=WPR*ZC

TP=TPR+QP/CPR/WP*3.6 CM=2.1

QM=QMN*QMO/10 0.*ZC TM1=TM+QM/CM/WM/ZC*3.6 GM=WM*ZC

write (16,63) MOG,TOG,MV,TV,QV,WP,TP,TPN,QP,GM,TM1,QM,DMA,DTA,DMB,

*DTB,DMC,DTC,DMG,DTG,QVO,QPO,QMO 63 FORMAT (/

*7x,'Баланс агрегата МОД на длительном эксплуатационном режиме'/

*6x, F10 3, ' - расход выхлопных газов, кг/с;

*6x, F10 3, ' - температура выхлопных газов, град. С;' /

*6x, F10 3, ' - расход продувочного воздуха, кг/с; '/

*6x, F10 3, ' - температура продувочного воздуха, град. С;' /

*6x, F10 3, ' - отвод теплоты от продувочного воздуха, кВт; ' /

*6x, F10 3, ' - расход пресной воды в системе охлажд., м3 /ч; '/

*6x, F10 3, ' - темпер.пресной воды на выходе из ГД, град. С;' /

*6x, F10 3, ' - темпер.пресной воды на входе в ГД , град. С;' /

*6x, F10 3, ' - отвод теплоты от пресной воды, кВт; ' /

*6x, F10 3, ' - расход циркуляционного масла м3 /ч;

*6x, F10 3, ' - температура масла на выходе, град. С;' /

*6x, F10 3, ' - отвод теплоты с маслом, кВт. ' //

*6x, ' Поправоч ные коэффициент количества и температуры газов

*6x,F10.3,F10.3,' - MA, DTA (режим оптимизации)'/ *6x,F10.3,F10.3,' - DMB, DTB (отличие от условий ИСО)'/ *6x,F10.3,F10.3,' - DMC, DTC (отклонение от режима оптимизации)'/ *6x,F10.3,F10.3,' - DMG, DTG (наличие ТКС) '// *6x,' Поправочные коэффициент к расходам тепла '/ *6x,F10.3,10X,' - QVO (продувочного воздуха) '/ *6x,F10.3,10X,' - QPO (пресной воды) '/ *6x,F10.3,10X,' - QMO (циркуляционного масла) '/) RETURN END

Приложение 1.2. Программа для проектирования двухступенчатых утилизационных котолов «DUK».

1. Файл ISX.DAT - исходные данные для проектирования ДУК.

ФАЙЛ ISX.DAT - ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА ДВИГАТЕЛЯ ИЗ ТИПОРЯДА МС

--1-------

NппI НАИМЕНОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОЙ

1---1----1----

ОБОЗНАЧ.I РАЗМЕРН. IЧИСЛ.ЗНАЧЕН.

1 Мощность двигателя на режиме ДЭМ NEGD кВт I 4599.0

2 Удельный расход топлива ГД наДЭМ BEGD кг/кВт ч 0 . 173

3 Мощность ДГ на ходовом режиме NEDG кВт I 0.00000

4 Удельный расход топлива ДГ BEDG кг/кВт ч I 0.00000

5 Расход газов ГД на режиме ДЭМ I GG I кг/ч I 13 . 8600

6 Температура газов на входе в ВТС TG1 I гр.С 239 .408

7 Минимальный температ.напор в ВТС DT1 гр.С 25 .000

8 Минимальный температ.напор в НТС DT2 гр.С 25 .000

9 Температура газов на выходе НТС TG4 I гр.С 170 .000

10 Давление пара в секции ВТС PP1 кг/см2 I 1. 0000

11 I Давление пара в секции НТС PP2 кг/см2 I 0 . 5000

12 I Наружный диаметр труб ВТС DN1 I м 0 . 0290

13 I Толщина стенок труб ВТС SD1 м 0 . 0015

14 I Поперечный шаг труб ВТС H1B м 0 . 0450

15 Продольный шаг труб ВТС H2B м 0 . 0430

16 I Наружный диаметр труб НТС DN2 I м 0 . 0290

17 I Толщина стенок труб НТС SD2 м 0 . 0915

18

19

20 21 22

Поперечный шаг труб НТС Продольный шаг труб НТС Коэффициент полноты омывания Коэффициент загрязнения 1 прибл.скорости газов в ВТС

НШ H2N OMG

R WG1

м м

_1_

м2град/Вт м/с

0.0450 0.0430 0 .9500 0.0050 20.0000

_1_

2. Файл DUK_REZ.DAT - результаты проектирования ДУК.

ФАЙЛ DUK_REZ.DAT - Результаты проектирования 2-х ступенчатого котла

Nпп 1 НАИМЕНОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОЙ 1 ОБОЗНАЧ. 1 РАЗМЕРН. 1 ЧИСЛ.ЗНАЧЕН.|

1 Температура газов на входе в УК TG1 гр.С

2 Температура газов на выходе из1ст TG2 гр.С

3 Температура газов на входе во 2ст TG3 гр.С

4 Температура газов на выходе из2ст TG4 гр.С

5 Температура пара в 1 ступени ДУК TS1 гр.С

6 Температура пара во 2 ступени ДУК TS2 гр.С

7 Энтальпия газов на входе в УК EG1 кДж/кг

8 Энтальпия газов на выходе из 1ст EG2 кДж/кг

9 Энтальпия газов на входе во 2 ст EG3 кДж/кг

10 Энтальпия газов на выходе из 2ст EG4 кДж/кг

11 Объем газов на 1 кг. топлива VG1 м3/кг.топ

12 Часовой расход топлива на ГД и ДГ ВТ кг/час

13 Температура пара в 1 ступени Ts1 гр.С

14 Теплота отдаваемая газом в 1 ст. 01 кВт

15 Паропроизводительность 1 ст (ВТС) GP1 кг/час

16 Расход теплоты на подогрев тяж.то ОТ кВт

17 Теплота отдаваемая газом во 2 ст. 02 кВт

18 Паропроизводительность 2 ст (НТС) GP2 кг/час

19 Коэффициент свободн.прохода газов WB -

20 Скорость газов в 1 ступени (ВТС) WG1 м/с

21 Живое сечение для газов в 1 ст. Е1 м2

22 Ширина/длина газохода в 1 ст. В м

23 Число труб одного ряда в ВТС Z1 -

24 Поверхность нагрева 1 ряда труб FNB м2

25 Коэффициент теплопроводности газов ТР -

26 Коэффициент кинемат.вязкости газов BJAZ -

27 Критерий Прандтля в ВТС PR1 -

28 Коэффициент теплоотдачи конвекц. АК Вт/м2К

29 Коэффициент теплопередачи в ВТС ТРК м/с

30 Средний температурный напор в ВТС DTSR гр.С

31 Поверхность нагрева пучка ВТС ЕВ м2

32 Число рядов труб ВТС ZRB -

33 Коэффициент свободн.прохода газов WN -

34 Живое сечение для газов во 2 ст. Е2 м2

35 Ширина/длина газохода во 2 ст. В2 м

36 Число труб одного ряда в НТС ZN -

37 Поверхность нагрева 1 ряда труб ЕNN м2

38 Коэффициент теплопроводности газов ТР2 -

39 Коэффициент кинемат.вязкости газов BJA2 -

40 Критерий Прандтля в НТС PR2 -

41 Коэффициент теплоотдачи конвекц. АК2 Вт/м2К

42 Коэффициент теплопередачи в НТС ТРК2 м/с

43 Средний температурный напор в НТС DTS2 гр.С

44 Поверхность нагрева пучка НТС ЕN м2

45 Число рядов труб НТС ZRN -

46 Средняя скорость газов в ВТС WBSR м/с

47 Число Рейнольдса по WBSR RE1 -

48 Соотношение прохода по гор и верт PSI -

49 К-т сопротивления одного ряда DZ1 -

50 К-т сопротивления всех рядов ВТС DZB -

51 Гидр.сопротивление пучка труб ВТС DHB МПа

52 Средняя скорость газов в НТС WNSR м/с

53 Число Рейнольдса по WNSR RE2 -

54 Соотношение прохода по гор и верт PS2 -

55 К-т сопротивления одного ряда DZ2 -

56 К-т сопротивления всех рядов ВТС DZN -

57 Гидр.сопротивление пучка труб ВТС DHN МПа

58 1 Сумма сопр.пучков ВТС и НТС 1 1 DHS МПа

3. распечатка модуля программы «DUK».

При определении параметров пара использованы программы, разработанные к.т.н., профессором Погодиным Юрием Михайловичем : 1егшо_81;, шушаШ!.

PROGRAM PG_2st; { Проектирование двухступенчатого УК } Uses Crt, termo_st, mymath1, datform;

Type string73=string[73];

VAR Nn,Be,Tgn,Awn,K3,Px,Tpw,DT,DP,Xs,Tr,Kmin,Psn,Psk,DPs: real; Ksox,Cr,Hr,O2r,Nr,Sr,Wr,Ar,Pr,Rr,Alw,Ww,Tg,Ex1,Es1,V: real; Tg1,Aw,Ps,Tpp,Ppp,Epp,X,Tek1,Ts,Ex,Es,Sx,Ss,Vx,Vs,U: real; SP,Esm,DT3,Tg3,BtS,Eg1,GgS,Eg3,Dpp,Et1,Spp,Had,NT,Epw: real; Egz,V_G,R_g0,T,Ws,Eek1,Kz,DsP,DTek2,Tek2,Eek2,Ext,Tk: real; KPD,Xtg,NTE,KPDE,NTmin,NTmax,DNT,Eps,PsOpt,AK2,TPK2: real; DX,DKZ,KZmin,KZmax,Dpmin,Dpmax,DDp,Hamin,Hamax,DHa,WB: real; VG1,RG1,BT,TG2,EG2,RG2,VG2,Q1,GP1,CT,QT,TRK,TPK,DTS2: real; RG3,VG3,EG4,RG4,VG4,Q2,GP2,W,TSRB,F1,B,Z1,WBSR,FNB,TP,R: real; BJAZ,PR1,CZ,CB,AA,BB,AK,PSI,DTSR,FB,ZR,TSRN,F2,B2,ZRN: real; Z2,WN2,FNN,TP2,BJA2,PR2,AA2,BB2,FN,ZR2,RE1,PS1,WN1,WG2: real; DZ1,DZB,DHB,RE2,PS2,DZ2,GZN,DHN,DHS,DEL,TG4,PI,WNSR,OMG: real; NEGD,BEGD,NEDG,BEDG,GG,DT1,DT2,TGU,PP1,PP2,Ts1,DZN,ZN: real; DN1,SD1,H1B,H2B,DN2,SD2,H1N,H2N,WG1,TT1,TT2,Ts2,ZRB,WN: real; DL,K,J,M,M2,WI,J1,c,md,I:integer;

CH: char;

N1: string [60];

N12,M12,D12: string[12];

N: string[60];

INP1,OUTPUT1,OUTPUT2:text;

STR:string73;

C60: array [1..60] of char;

MPs : array [1. .30] of real;

MTs : array [1. .30] of real;

MTpp : array [1. .30] of real;

MTek2: array [1. .30] of real;

MTek1: array [1. .30] of real;

MTpw: array [1. .30] of real;

MTgl : MTg3 : MPpp : MKz : MDpp : MHad : MNT :

array array array array array array array

1. .30] of real;

1..30] of real;

1..30] of real;

1..30] of real;