Дипломный проект №27 | ЭСЭУ | Анализ тепловой схемы танкера «Azov Sea» и повышение её эффективности за счет использования парового привода турбогенератора

ANALYSIS OF THE THERMAL BALANCE OF THE CHEMICAL TANKER “AZOV SEA” AND INCREASING ITS EFFICIENCY BY USE THE STEAM-DRIVEN TURBINE GENERATOR

Performer: V. V. xxxx, cadet, group 262.
Instructor: V.A. Elema, docent, SHE Department
The paper contains: pages 84, figures 8, tables 14, literature sources 19.

CHEMICAL TANKER, HEAT BALANCE, TURBO GENERATOR, HEAT RECOVERY, SHAFT GENERATOR

It is presented that the equipment of heat recovery contour of chemical tanker “Azov Sea” has not got sufficient reliability and does not contribute main engine heat efficiency.
The analysis and calculation of heat balance of diesel show that there is possibility for efficiency improvement with the help of using steam from exhaust gas boiler and takeoff power from main engine by shaft generator.
The diploma paper deals with problems of marine environment protection and labour protection.

Список условных обозначений……………………………………………………...7
Введение………………………………………………………………………………8
1. Общая характеристика судна………………………………………………….10
1.1. Общие сведения и характеристики………………………………………10
1.2. Судовые системы……………………………………………………….…12
2. Характеристика элементов судовой энергетической установки …….….16
2.1. Анализ параметров СЭУ серийного судна…………………………...….16
2.2.Характеристики высоковязкого топлива IFO 380 для ГД………….…....17
2.3. Главная энергетическая установка………………………………...…..…17
2.4. Электроэнергетическая установка…………………………………......…19
2.5. Опреснительная установка………………………………………….….....22
2.6. Установка сжигания судовых отходов ………………………………......23
2.7. Котельная установка…………………………………………………........24
2.7.1. Вспомогательный котел……………………………………….......24
2.7.2. Утилизационный котел ГД…………………………………….….25
3. Выбор и расчет тепловой схемы СЭУ…………………………………….….26
3.1. Описание и обоснование параметров теплоносителей………………....26
3.2. Описание тепловой схемы…………………………………………….….27
3.3. Взаимосвязь двигателя и гребного винта……………………………..…30
4. Расчет энергетического баланса……………………………………………....32
4.1. Расчет потоков энергии в главном двигателе…………………………...32
4.2. Расчет потоков энергии в ДГ на режиме полного хода ……………..…35
4.3. Расчет потоков энергии в УК на ходовом режиме………………….....40
4.4. Потоки энергии в СЭУ………………………………………………...….41
4.5. Расчет теплового баланса котла …………………………………………42
4.5.1. Определение энтальпий продуктов сгорания топлива……....…..42
4.5.2. Расчет таблицы Jг-v ………………………………………………..45
4.5.3. Термодинамические свойства воды и водяного пара………...….47
4.5.4. Тепловой баланс, определение расхода топлива……………...…48
5. Выбор утилизационного турбогенератора …………………………………..50
6. Расчет экономического эффекта…………………………………………...….54
6.1. Расчет замещения дизельгенератора валогенератором. ………………54
6.2. Расчет замещения дизельгенератора турбогенератором…………….....56
6.3. Оценка экономического эффекта и периода окупаемости…………......57
7. Техническое обслуживание насосов питательной системы котла......58
7.1. Дефекация вала и защитной гильзы……………………………………...58
7.2. Дефектация подшипника качения……………………………………..…59
7.3. Дефектация рабочего колеса с уплотняющими кольцами……………...61
7.4. Испытание насоса после ремонта…………………………………….…..65
8. Охрана окружающей среды и мероприятия по ПЗМ ……………………..65
9. Охрана труда ……………………………………………………………………70
9.1. Анализ вредных и опасных производственных факторов……………...70
9.2. Опасные и вредные факторы судовой среды и защита от них …….….71
11. Пожарная безопасность ……………………………………………………....77
Заключение…………………………………………………………………………..82
Список использованных источников……………………………………………....83
Приложение 1

СЭУ – судовая энергетическая установка;
МКО – машинно-котельное отделение;
ГД – главный двигатель;
ДГ – дизельгенератор;
АДГ – аварийный дизельгенератор
МОД – малооборотный двигатель;
ВГ – валогенератор;
ТУК – теплоутилизационный контур;
УТГ – утилизационный турбогенератор;
RCF – регулятор частоты вращения типа Renk
УК – утилизационный котел;
ВК – вспомогательный котел;
КПД – коэффициент полезного действия;
ПЗМ – предотвращение загрязнения моря
ЦПУ – центральный пункт управления;
СЭС – судовая электростанция;
ВЭР – вторичные энергоресурсы;
ОНВ – охладитель наддувочного воздуха.

Экономия энергетических ресурсов относится к основным задачам морского транспорта. Одним из путей ее решения является создание высокоэкономичных двигателей с эффективными энергосберегающими системами.
В настоящее рименение современных МОД ставит вопрос обеспечения потребностей ходового режима судна в тепловой и электрической энергии за счет ВЭР т.е. без дополнительных затрат топлива. Уменьшение потерь теплоты с выхлопными газами для МОД до 27 - 29 % [13] и их температуры до 235 - 270 °С делает малопригодным традиционные системы глубокой утилизации. Комплексные системы, использующие теплоту отработавших газов, наддувочного воздуха и пресной воды, охлаждающей втулки цилиндров МОД, повышают эффективность использования тепла в дизельной установке, но и значительно её усложняют. Это связанно с применением более крупных и дорогих утилизационных котлов, паровых турбин для привода генераторов, дополнительного теплообменого оборудования и необходимости их оснащения разветвленными системами автоматики.
В качестве альтернативы традиционным комплексным системам может рассматриваться установка утилизационного турбогенератора и обеспечение его совместной работы с валогенератором. Что позволяет на полном ходу заместить работе дизельгенератор.
Опытные данные [11] показывают, что время работы ВГ (τвг) составляет 50…80 % времени работы ГД, а при установке системы RCF передач диапазон расширяется от (1,1…0,6)nгд до (1,1…0,3)nгд , где nгд – рабочие обороты ГД.
На нефтеналивных судах мощность СЭС на ходовом режиме не превышает
8 % Neгд. В связи с тем, что суда эксплуатируются с заданной технической или экономической скоростью, используемая мощность ГД снижается на 30…50 %, а сопротивление корпуса, винта и других элементов пропульсивного комплекса в процессе эксплуатации увеличивается и запаса мощности ГД может не хватить для привода ВГ, поэтому при ВРШ уменьшается шаг винта, а при ВФШ снижаются обороты винта на ~ 2,5 %.
На данном судне из-за заниженной частоты вращения ГД, применение ВГ становится неэффективным, так как он не может полностью обеспечить судно электроэнергией. При совместной работе ВГ и ДГ, последний работает на режиме пониженной мощности, что плохо сказывается на его эффективных и экономических показателях работы. Эффект от использования ВГ ослабевает. Поэтому становится актуальной проблема дополнения недостающей мощности за счет утилизации тепла вторичных энергоресурсов.

Проведенные разработки показали:
1. Судовой энергетический баланс имеет неиспользование источники ВЭР.
2. ВЭР можно использовать для увеличенияпаропроизводительности УК.
3. Включение в состав СЭУ турбогенератора позволяет отключить дизельгенераторы и получить экономию тяжелого топлива до 3,6 тонн/сутки.
4. С учетом стоимости оборудования и затрат на его установку, срок его окупаемости составит примерно 6 месяцев.
5. В модернизации использовалось установка оборудования ТУК и дополнительно турбогенератора ТГУ-500 с обслуживающими системами.
6. Возможно ожидать уменьшение затрат на техническое обслуживание дизельгенераторов.

1. В. М. Зелепухин. Методическое указание по расчету судовых главных и вспомогательных парогенераторов. – Новороссийск, НГМА, 2000.
2. Николаев Н.И., Савченко В.А., Туркин В.Д. Эксплуатационные расчеты судовых турбоприводов на ЭВМ: Учебное пособие- М.: В/О Мортехинформреклама", 1991.
3. Маслов В.В. Утилизация тепла судовых дизелей -М.: Транспорт, 1990.
4. Башуров Б.П., Сенченко В.А. Эксплуатация судовых энергетических установок. (Части 1и 2) "Полиграф-Сервис", Ростов-па-Дону, 1994
5. Овсяников М.К., Петухов В.А. Судовые дизельные установки: Справочник. Л.: Судостроение, 1986.
6. Денисенко Н. И., Костылев И. И. Судовые котельные установки. Учебник для вузов.-Спб: «Элмор» 2005
7. Зайцев Д.И., Грицай Л.Д., Моисеев A.A. Судовые паровые и газовые турбины-М.: Транспорт, 1981.
8. Расчеты судовых дизелей. Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию. В/О Мортехинформреклама", 1987.
9. Иванов Б.Н. Охрана труда на морском транспорте – М.:Транспорт,:1989г.
10. Скиба А. Н. Экономическое обоснование дипломных проектов по судомеханическим специальностям. – Новороссийск, НГМА, 2004. -56с.
11. Инструкция MAN B&W S50MC-C8 A/S. - Copenhagen, 1985.
12. Седельников Г. Д. Совершенствование энергосберегающих систем малооборотных дизелей на основе параметрической и схемной оптимизации и исследования статических характеристик. Комсомольск-на-Амуре. 2004.
13. The MC Engines. Exhaust Gas Data and Waste Heat Recovery Systems. Total Economy. MAN B&W Diesel A/S. - Copenhagen, 1985.
14. Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы.-Л.: Судостроение, 1988. - 296 с.
15. Обзор современных ПТУ малой мощности (до 1000квт): -Спб, ООО НТЦ «МТТ» МПГ-500. 2000.
16. Ривкин С. Л., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. -М.: Энергия, 1980.
17. ПТЭ Судовых технических средств и конструкций. РД 31.21.30-97.–Спб, ЗАО ЦНИИМФ, 1997.
18. Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов 1973 г. (МАРПОЛ) (Лондон, 2 ноября 1973 г.)
19. Правила по предотвращению загрязнения с судов - СПб., Морской Регистр, 2005.