Внутренняя система выхлопного газа
Выхлопной патрубок
Внешняя выхлопная система
Каждый двигатель должен быть оборудован отдельным выхлопным трактом, по которому выхлопные газы отводятся в открытый воздух. Некоторыми важными факторами проектирования конструкции являются противодавление, тепловое расширение и опоры.
Гибкие сильфоны должны быть установлены непосредственно на выхлопной патрубок ГТН для компенсации теплового расширения и предотвращения повреждений ГТН из-за вибрации.
Конструкция системы - параметры безопасности
Природный газ может попасть в выхлопную систему при неполадках работы на газе. Газ может скапливаться в выхлопном газоходе и воспламениться, если в системе появится источник воспламенения (например, искра). Поэтому внешняя выхлопная система должна быть сконструирована так, чтобы давление, возникшее в ситуации взрыва газа, не превышало максимально допустимого значения для всех компонентов системы. Двигатель выдерживает давление как минимум до 200 кПа. Другие компоненты могут иметь и меньшее предельно допустимое значение давления. Последствия возможного взрыва газа можно свести к минимуму, если правильно сконструировать выхлопную систему; при этом двигатель не будет поврежден и газы при взрыве будут безопасно выпущены через установленные пути выпуска газов. При конструировании внешней выхлопной системы необходимо соблюдать следующее:
- Трубопроводы и все другие компоненты в выхлопной системе должны иметь постоянный уклон вверх для предотвращения скапливания газа в системе. Если невозможно полностью избежать горизонтальной установки секций трубопровода, длина этих секций должна быть сведена к минимуму. Длина участка одной горизонтальной секции трубопровода не должна превышать диаметр трубы более чем в пять раз. Глушители, выхлопные котлы и т.д. должны быть сконструированы таким образом, чтобы газ не мог скапливаться внутри.
- Выхлопная система должна быть оснащена устройствами подавления взрыва, такими как разрывные диски, для того, чтобы обеспечить безопасный сброс излишнего давления в случае взрыва газа в системе. Выпускные отверстия предохранительных клапанов должны выпускать газ в безопасное пространство.
Дополнительно система управления и автоматики включает в себя следующие функции безопасности:
- Перед пуском двигатель автоматически вентилируется, т.е. вращается без впрыска какого-либо топлива.
- При выполнении последовательности пуска, прежде чем подать на двигатель газ, производится автоматическая проверка зажигания, чтобы проверить правильность работы системы впрыска запального топлива.
- Постоянно производится мониторинг сгорания топлива во всех цилиндрах, и в случае обнаружения, что во всех цилиндрах зажигание не нормально, то двигатель автоматически переходит на ДТ.
- Выхлопная система вентилируется вентилятором после остановки двигателя, если до остановки двигатель работал на газе. Контроль данной функции должен быть включен во внешнюю систему автоматики.
Блок вентиляции выхлопного газа (5N01)
Система вентиляции выхлопного газа требуется, чтобы очистить выхлопные трубы после того, как двигатель был остановлен в газовом режиме. Данная система вентиляции устанавливается в соответствии с классификационными требованиями по эксплуатации данного типа судов. Блок вентиляции состоит из центробежного вентилятора, реле протока и дроссельной заслонки с обратной связью по положению. Заслонка должна быть газонепроницаемой должна выдерживать максимальную температуру в выхлопной системе в месте установки.
Вентилятор может быть расположен внутри или вне машинного отделения, насколько возможно близко к ГТН. Последовательность вентиляции выхлопного газа управляется автоматически.
Предохранительные клапаны - разрывные диски
Выхлопная система должна быть оборудована предохранительными клапанами, такими как разрывные диски. Выходы должны выводиться в безопасное место, удаленное от источника воспламенения. Количество и расположение устройств подавления взрыва должны быть такими, чтобы повышение давления, вызванное возможным взрывом, не могло вызвать дефекты в выхлопной системе.
Эти данные получают или при помощи расчетов, или при помощи симуляции. Устройства снятия давления от взрыва газа, которые установлены внутри помещений, должны иметь отводы из отделения с оборудованием в такие места, куда давление можно безопасно выпустить.
Отводы должны быть как минимум того же диаметра, что и взрывные диски. Отводы должны быть максимально прямыми, чтобы минимизировать обратное давление в случае взрыва газов.
Для установки на нижней палубе предохранительные разрывные диски могут быть установлены с выпуском газов в выхлопной коллектор. Расположение выпускных отверстий и объем коллектора должны быть соответствующими, чтобы безопасно выдержать импульс давления. Выпускные отверстия должны быть расположены так, чтобы при нормальной работе рядом с ними не мог оказаться персонал. Территория рядом с каждым отверстие должна быть помечена как опасная зона.
Трубопровод
Газоходы должны быть как можно более короткими и прямыми. Изгибы и расширения трубопроводов должны быть плавными, чтобы минимизировать противодавление. Диаметр газохода должен увеличиваться непосредственно после компенсатора на ГТН. Изгибы газоходов должны выполняться с наибольшим возможным радиусом; радиус изгиба не должен быть меньше 1,5 x D.
Рекомендованная скорость потока в газоходе 35…40 м/сек при максимальной производительности. В случае, если в газоходе имеются места, увеличивающие противодавление или газоход очень длинный, скорость потока газа должна быть ниже. Массовый расход выхлопного газа, приведенный в разделе «Технические данные», можно пересчитать в скорость потока с использованием формулы:
Выхлопная труба должна быть заизолирована с использованием изоляционных материалов, утвержденных для соответствующих условий эксплуатации, минимальная толщина 30 мм, с учетом изоляции, установленной на двигатель. Выхлопной газоход должен быть заизолирован от самого ГТН; изоляция должна быть защищена защитной пластиной или аналогичным образом.
Поблизости от ГТН изоляция должна состоять из демонтируемых матов для облегчения ТО.
Особенно важно предотвратить поток воздуха с частицами отслаивающейся изоляции на ГТН, так как они приводят к засорению воздушных фильтров.
После окончания работ по изоляции необходимо убедиться, что она соответствует рекомендациям SOLAS. Температура поверхности должна быть ниже 220°C на всем диапазоне работы двигателя.
Монтажные опоры
Очень важно, чтобы газоход был должным образом закреплен к опоре, жесткой во всех направлениях, непосредственно после компенсаторов на ГТН. Крепления должны располагаться на хомуте с обеих сторон газохода.
Компенсаторы на ГТН не должны использоваться для компенсации теплового расширения газохода. Первая точка крепления должна направлять тепловое расширение от двигателя. Следующая точка крепления должна предотвращать вращение трубы вокруг первой точки крепления.
В первой точке крепления после ГТН рекомендуется применять абсолютно жесткую фиксацию. Упругая фиксация может быть приемлемой для двигателей, установленных на амортизаторах с длинными компенсаторами при условии, что такие фиксаторы являются самозапорными; максимальное смещение не должно превышать 2 мм в радиальном и 4 мм в осевом направлении относительно компенсаторов. Собственные частоты фиксаторов должны значительно отличаться от частоты вращения, частоты срабатывания цилиндров и частоты прохода лопастей винта. В качестве фиксаторов могут применяться конические полимерные амортизаторы либо упругие проволочные подвески из нержавеющей стали. Для защиты резиновых амортизаторов от действия высоких температур должна быть предусмотрена термоизоляция.
При упругой фиксации центровку выхлопных компенсаторов следует регулярно проверять и при необходимости исправлять.
После первой точки крепления рекомендуется применять упругие фиксаторы. Фиксаторы должны располагаться на укрепленных участках судовых конструкций, например полках палуб, скобах шпаций или специально приспособленных опорах.
При креплении необходимо учитывать тепловое расширение и структурные отличия судна.
Противодавление
Максимальное разрешенное противодавление выхлопного газа указано в разделе «Технические данные». Расчет противодавления в системе должен выполняться Верфью исходя из фактической конструкции газоходов и сопротивления компонентов выхлопного тракта. Массовый расход и температура выхлопного газа, приведенные в разделе "Технические данные", могут использоваться при расчете.
Каждый выхлопной газоход должен быть оборудован соединением для замера противодавления. Замер противодавления должен также выполняться на Верфи во время ходовых испытаний.
Выхлопные компенсаторы (5H01, 5H03)
В выхлопных газоходах, в которых необходима компенсация теплового расширения или смещения судовых конструкций, должны применяться компенсаторы. Упругие выхлопные компенсаторы, устанавливаемые непосредственно на патрубок ГТН, служат для снижения внешних воздействий на ГТН и, таким образом, предотвращения вибрации и возможных повреждений. Все выхлопные компенсаторы должны быть одобренного типа.
Блок селективного каталитического восстановления SCR (11N03)
Выхлопная труба должна быть прямой, по крайней мере, 3…5 м до блока SCR. Если устанавливаются и бойлер, и блок SCR, бойлер должен быть установлен после блока SCR. Необходимо принять меры, чтобы вода не попадала в блок SCR при промывке бойлера.
При газовом режиме блок SCR не требуется, поскольку соблюдаются нормы IMO Tier 3 и EPA Tier 4.
Бойлер на выхлопном газе
При установке бойлеров, работающих на выхлопных газах, необходимо, чтобы каждый двигатель имел свой бойлер. В качестве альтернативы допустима установка общего бойлера с отдельными секциями выхлопного газа для каждого двигателя.
Для расчета размера бойлера можно использовать данные по количеству выхлопных газов и температуре, приведенные в разделе "Технические данные".
Выхлопной глушитель (5R09)
Верфь/проектант должны принимать во внимание, что неудачная конструкция выхлопной системы (длина прямых участков газоходов) может вызывать усиление шума выхлопных газов между выхлопным патрубком двигателя и глушителем. Следовательно, затухание шумов в глушителе не дает абсолютной гарантии для уровня шума после глушителя.
При включении в объем поставки стандартный глушитель поглощающего типа оборудован искрогасителем. Он также оборудован клапаном снятия давления при взрыве газов (опционально), сажеулавливателем и сливом для конденсата, но поставляется без монтажных скоб и изоляции. Глушитель должен быть установлен вертикально.
Шумоподавление стандартного глушителя – 25 или 35 дБ(А).
Перечень символов, используемых в чертежах
Литература
Двухтопливные двигатели WÄRTSILÄ 34DF проектное руководство
