MAN B&W 50-108 ME-C: Системы водяного охлаждения

Системы водяного охлаждения

Системы трубопроводов изменяются существенно от агрегата к агрегату. Здесь для руководства даются схемы, иллюстрирующие основные принципы цепей и их корреляцию. В специальных установках детали коррекции даются в схемах трубопроводов, поставляемых заводом.

Система охлаждения забортной водой

Забортная вода подаётся насосом забортной воды (2), рис. 9.1, через соединитель (1). От насоса поток воды идёт, разделяясь натри ветви:

1. через регулирующий клапан (3) прямо на холодильники продувочного воздуха главного двигателя (scavenge air coolers).
2. через невозвратный клапан (5) на вспомогательные двигатели.
3. через регулирующий клапан (3) на холодильник смазочного масла и рубашку водяного холодильника, который подсоединён последовательно.

Параллельно ветке (3) могут быть подключены другие ветви, например, питание водой на PTO/RCF холодильник смазочного масла.

Морская вода из вышеупомянутых ветвей позже вновь смешивается и следует на управляемый термостатический регулирующий клапан (6) у клапана сброса морской воды (7).

Регулировочный клапан (6) управляется сенсором (8), который расположен на входе трубы забортной воды. Термостат отрегулирован так, чтобы температура воды на входе насоса держалась выше 10 °С. для того, чтобы предохранить смазочное масло от повышенной вязкости на холодных поверхностях охлаждения (См. также аварийные пределы в статье «меры безопасности и информация по двигателю»).

Если температура на входе падает ниже установленного предела, то регулирующий клапан (6) откроется для возврата потока к всасывающей трубе насоса забортной воды.

Система водяного охлаждения зарубашечного пространства

Вода рубашки охлаждения циркулирует через холодильник и цилиндры главного двигателя с помощью насоса рубашки (1), рис.9.2. Термостатически управляемый регулирующий клапан (2) на выходе из холодильника смешивает охлаждённую и неохлаждённую зарубашечную воду в такой пропорции, чтобы температура воды на выходе главного двигателя поддерживалась около 80-85 °С. См. раздел «меры безопасности и информация по двигателю».

Регулирующий клапан (2) управляется сенсором (3), который размещается на выходе охлаждающей воды главного двигателя. Во избежание увеличенного износа цилиндра очень важно поддерживать температуру охлаждающей воды в области 80-85 °C. Пониженная температура может вызывать конденсацию окиси серы на стенках цилиндров.

Объединённый контур вспомогательных двигателей обеспечивает постоянство температуры 80 °С на выходе вспомогательных двигателей.

Для предотвращения аккумуляции воздуха в системе водяного охлаждения в трубопровод встраивается деаэрационный танк (4) - циклонный уловитель (Cyclon tank). Расширительный танк (5) убирает разницу объёма воды при температурных колебаниях. Кроме того, установлено устройство аварийной сигнализации, срабатывающее при существенном образовании в системе воздуха/пара. См. статью «меры безопасности и информация по двигателю».

Установлены измерители давления, чтобы была возможность контроля давления по всему двигателю. См. статью «меры безопасности и информация по двигателю».

РАБОТА В ПОРТУ (рис. 9.2)

Предварительный подогрев двигателя осуществляется утилизированной горячей водой от вспомогательных двигателей. Этот подогрев выполняется закрытием клапанов (6) и открытием клапанов (7). Клапана (6) и (7) изменят направление потока, и вода будет циркулировать за счёт насосов, приводимых от вспомогательных двигателей. От вспомогательных двигателей вода протекает прямо на выход рубашки главного двигателя.

Когда вода поступает с главного двигателя на вход рубашки, то она идёт через термостатический управляемый трёхходовой клапан (2). В этом рабочем режиме температурный датчик (3) клапана (2) измеряет температуру в низкотемпературном (low temperture piping) трубопроводе без потока (nonflow). Клапан (2), следовательно, должен быть настроен так, чтобы пропускать охлаждающую воду на холодильник (8) рубашки и далее на насосы с приводом от вспомогательных двигателей. Объединённый контур вспомогательных двигателей будет обеспечивать постоянство температуры 80 °С на выходе вспомогательных двигателей, обеспечивая таким образом предварительный прогрев главного двигателя. Вспомогательные двигатели, находящиеся в режиме Standby, автоматически прогреваются горячей водой, поступающей через клапана F3 и выходящей через F1.

Главная система охлаждения

В главной системе охлаждения насос главного охлаждения (3), рис. 9.3 прокачивает низкотемпературную пресную воду в цепи охлаждения по цепи: параллельно через холодильники наддувочного воздуха, холодильник лубрикаторного масла и холодильник рубашечного пространства, причём два последних объекта включены последовательно, и далее через вспомогательные двигатели. Температура в низкотемпературной части системы контролируется термостатически управляемым регулирующим клапаном (4). Регулировка этого клапана настраивается так, чтобы минимальная температура на входе в воздушный холодильник, масляный холодильник и вспомогательные двигатели была в области 10 °С.

РАБОТА В ПОРТУ, рис. 9.3

Предварительный подогрев двигателя осуществляется утилизированной горячей водой от вспомогательных двигателей. Этот подогрев выполняется закрытием клапанов (6) и открытием клапанов (7). Клапана (6) и (7) изменят направление потока, и вода будет циркулировать за счёт насосов, приводимых от вспомогательных двигателей. От вспомогательных двигателей вода протекает прямо на выход рубашки главного двигателя. Когда вода поступает с главного двигателя на вход рубашки, то она идёт через термостатический управляемый трёхходовой клапан (2). В этом рабочем режиме температурный датчик (3) клапана (2) измеряет температуру в низкотемпературном (low temperture piping) трубопроводе без потока (nonflow). Клапан (2), следовательно, должен быть настроен так, чтобы пропускать охлаждающую воду на холодильник (8) рубашки и далее на насосы с приводом от вспомогательных двигателей.

Объединённый контур вспомогательных двигателей будет обеспечивать постоянство температуры 80 °С на выходе вспомогательных двигателей, обеспечивая таким образом предварительный прогрев главного двигателя. Вспомогательные двигатели, находящиеся в режиме Stand-by, автоматически прогреваются горячей водой, поступающей через клапана F3 и выходящей через F1.

Обогрев двигателя во время стоянки

Подогрев может осуществляться путём:

• Встроенного подогревателя, см. рис. 9,4, при этом производительность насоса подогревателя должна составлять около 10% производительности главного насоса зарубашечного охлаждения. Падение давления на подогреве должно быть примерно 0.2 бар. Насос предварительного подогрева и главный насос должны быть электрически заблокированы во избежание риска одновременной работы.
• Охлаждающей воды от вспомогательных двигателей, см. р. «Система водяного охлаждения зарубашечного пространства - Работа в порту».

Если охлаждающая вода подогревается установленным в систему пресной воды предварительным подогревателем, то могут быть использованы вышеприведенные кривые, составленные при условии, что пуск подогревателя производится при одинаковой температуре двигателя и машинного отделения.

Пример: Подогреватель пресной воды с тепловой производительностью 1% от номинальной выходной мощности на валу двигателя (MCR) способен подогреть двигатель на 35 °С (от 15 до 50 °С) за 12 часов.

Неисправности охлаждения рубашки

Предполагается, что рост температуры не определяется дефектом измерительной аппаратуры или термостатического клапана. Эти компоненты должны проверяться регулярно для обеспечения правильного функционирования.

Если температура охлаждающей воды на одном цилиндре или на входе двигателя растёт до 90-100 °С, то необходимо придерживаться следующих процедур:

Открыть тесткраны на цилиндровых выходах.

Выходит ли вода?

ДА

• Закрыть тесткраны
• Восстановить подачу охлаждающей воды снова или остановить двигатель для устранения неисправности
.

НЕТ Пространство охлаждения не полностью заполняется водой. Это в результате локального перегрева, и, как следствие, образования пара.

• Закрыть тесткраны.
• Остановить двигатель.
• Закрыть выходной клапан на перегретом цилиндре.
• Открыть индикаторные краны.
• Держать в работе воздуходувки и насосы смазочного масла.
• Проворачивать поршень цилиндра относительно BDC для медленного охлаждения перегретой области посредством воздушного потока через цилиндр и индикаторный кран.
• Оставить двигатель для остывания. Это предохранит цилиндровую втулку, крышку и корпус выхлопного клапана от теплового удара, если слишком быстро пустить охлаждающую воду.
• Спустя 15 минут, открыть немного выпускные клапана так, чтобы вода могла медленно заполнять рубашки охлаждения. Проверить уровень тесткранами.
• Найти и устранить причину неисправности охлаждения.
• Проверить надлежащий уклон выходного трубопровода пресной воды и надлежащую деаэрацию (выпуск воздуха) на переднем крае двигателя.
• Сделать инспекцию продувочного канала и убедиться, что внешние протечки не случились. См. также статью «Состояние цилиндра, износ и ремонт».

Замечание: Перед пуском двигателя сделать медленное проворачивание с открытыми индикаторными кранами.

Обработка охлаждающей воды

Снижение трудностей в эксплуатации

Для сведения к минимуму затруднений в эксплуатации настоятельно рекомендуется:

• обеспечить эффективную защиту от коррозии системы охлаждающей воды путём добавок химических коррозийных ингибиторов (сдерживателей). См. п. «Коррозийные ингибиторы».
• использовать надлежащее качество охлаждающей воды. См. п. «Качество охлаждающей воды»
• эффективно вентилировать системы. См. п. «Вентилирование».
• осуществлять проверку воды и систем во время работы. См. п. «Проверка системы и воды в течение эксплуатации».
• использовать правильные процедуры очистки и ингибиции. См. пп «Процедура очистки и ингибирования» и «Ингибиторы».

ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Если вышеперечисленные меры не принимаются, то это может вызвать следующие повреждения:

• коррозию, которая удаляет материал, воздействуя на поверхность химической реакцией;
• коррозийную усталость (fatigue), которая может вызывать трещины при динамических напряжённостях;
• кавитацию, которая удаляет материал при локальных парообразованиях и последующей конденсации от охлаждающей воды, создавая высокое ускорение воды или вибрацию;
• образование накипи, которая снижает теплопроводность, в большинстве своём известковых отложений.

Коррозия и кавитация могут снизить срок службы и факторы безопасности деталей. Отложения будут влиять на теплопередачу, вызывая термические перегрузки компонентов при охлаждении.

КОРРОЗИЙНЫЕ ИНГИБИТОРЫ

Имеются различные типы ингибиторов, однако в основном только азотнокислый борат (nitrite-borate) рекомендуется применять в качестве ингибитора. Ниже в разделе приведена таблица продукции, предлагаемой ведущими компаниями. Здесь указана также дозировка, рекомендуемая к применению.

Обработка охлаждающей воды с использованием ингибиторов масла не рекомендуется, поскольку такие замедлители вносят риск неуправляемых отложений, формирующихся на выпуклых поверхностях и, более того, вызывают проблемы в отношении окружающей среды.

КАЧЕСТВО ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ

Очень важно использовать охлаждающую воду надлежащего качества. Рекомендуется в качестве охлаждающей использовать деионизированную или дистиллированную воду (например, производимую опреснительной установкой). Это предотвращает при широком распространении образование известковых камней на цилиндровых втулках и крышках цилиндров, что влияет на теплопередачу и приводит в результате к неприемлемо высоким температурам материалов. Перед применением необходимо проверить, чтобы следующие величины не превышали значений:

• жесткость: макс. 10°dH (= 10ppm СаО)
• pH: 6,5-8,0 (at 20°С)
• Chloride : 50ррт (50mg/litre)
• Sulphate : 50ррт (50mg/litre)
• Silicate : 25ppm (25mg/litre)

Проверить, чтобы там не было содержания сульфидов, хлоринов и аммония.

Если нельзя получить деионизированную или дистиллированную воду, то в исключительных случаях может быть использована нормальная питьевая вода. Дождевую воду нельзя использовать, поскольку она может содержать тяжёлые компоненты.

ВЕНТИЛИРОВАНИЕ

Система оборудована деаэрационным танком с аварийной сигнализацией и отводными трубами, ведущими к расширительному танку, см. статью «Системы водяного охлаждения».

Проверка системы и анализы воды в эксплуатации

Рекомендуется держать записи по всем проверкам охлаждающей воды на состояние её и тенденцию изменения.

РЕГУЛЯРНО

Практически всякий раз проверять систему водяного охлаждения на загрязнение или отложения. См. также п. «Каждые 4-5 лет и после длительного вывода из эксплуатации». Проверить трубы охлаждения, отверстия охлаждения, верх цилиндра и крышки, а также донные части выпускных клапанов. Грязь и отложения могут быть из-за загрязнения системы охлаждения и гальванизации цинкового покрытия в системе охлаждения. Практика показывает, что гальванизация цинкового покрытия в системе охлаждения пресной воды очень часто приводит к коррозии, которая проявляется образованием тяжёлой грязи даже, если система охлаждения правильно ингибирована. Поэтому рекомендуется не использовать в системе охлаждения пресной воды гальванизируемые трубы.

РАЗ В НЕДЕЛЮ

Взять пробу воды из работающей системы. При этом пробу брать из системы циркуляции, а не из расширительного танка или труб, ведущих к танку.

Проверить состояние охлаждающей воды. Проверить на соответствие ингибиторные наборы от поставщика:

• Концентрация ингибитора не должна упасть ниже величины, рекомендованной поставщиком, поскольку в противном случае будет повышен риск коррозии. Если поставщик указывает диапазон концентрации, то рекомендуется выдерживать концентрацию на верхнем пределе.
• pH значение должно быть в пределах 8,5-10 при 20 ° С. Снижение значения pH (или увеличение содержания серы, если можно измерить) может проявляться загрязнением выхлопными газами (подтёки). pH может быть увеличена путём добавления ингибитора, однако при необходимости в больших количествах рекомендуется поменять воду.
• Содержание хлорида не должно превышать 50ррм (мг/литр). В исключительных случаях может быть приемлемо максимум 100ррм, однако верхний предел, указанный поставщиком, должен быть достоверным. Увеличение содержания хлорина может свидетельствовать о попадании солёной воды. Необходимо выявить и устранить любые протечки.

КАЖДЫЙ ТРЕТИЙ МЕСЯЦ

Брать пробу воды из системы во время работы, как описано в п. «Раз в неделю». Направить пробу в лабораторию для выяснения содержания ингибитора, сульфата, железа, общей солёности.

ОДИН РАЗ В ГОД

Опорожнить, промыть и перезаполнить систему водяного охлаждения.

Добавить ингибитор. См. также п. «Добавка ингибитора».

КАЖДЫЙ ЧЕТВЁРТЫЙ, ПЯТЫЙ ГОД И ПОСЛЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ВЫВОДА ИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Базируясь на регулярных проверках, прочистить систему охлаждающей воды от маслянистых загрязнений и прочего. Вновь заполнить, и добавить ингибитор, как описано в пунктах ниже.

ПОТЕРИ ВОДЫ И ПЕРЕБОРКА

Заменить испарившуюся охлаждающую воду водой без ингибитора. Заменить воду от протечек водой с ингибитором. После переборки отдельных цилиндров по завершению работ добавить немедленно новую порцию ингибитора. Всякий раз проверять концентрацию ингибитора в соответствии с добавленной или замененной водой.

Водообработка

Выполнить очистку перед ингибированием системы охлаждения для первого раза. Это обеспечит равномерную ингибиторную защиту поверхностей и улучшит теплопередачу. В течение срока службы необходимо делать очистку каждые 4-5 лет и после длительного вывода из эксплуатации. Это предусматривает обезжиривание при удалении промасленной грязи и обессоливание при удалении грязи и известковых отложений.

ЧИСТЯЩИЕ АГЕНТЫ

Специально приготовленная смесь чистящих агентов может быть получена от компаний, специализирующихся на обработке охлаждающей воды, или поставщиков ингибиторов. Эти компании предлагают обработку, помощь и проведение анализов охлаждающей воды. Следует отметить, что необходимо придерживаться директив, поступающих от компаний. Упаковка, печати и т.п. чистящих агентов не должны быть повреждёнными. Должно быть также удостоверено, что чистящие агенты совместимы со всеми частями системы охлаждения во избежание любых повреждений. Чистящие агенты не должны прямо подмешиваться, их необходимо предварительно растворить в воде и, затем добавить к воде системы охлаждения. Для обессоливания могут быть использованы как эмульсионные в воде агенты, так и лёгкие щелочные агенты.

ИНГИБИТОРЫ

См. п. «Ингибиторы коррозии»

Процедура очистки и ингибирования

Обычно чистка может осуществляться без какой-либо разборки двигателя. Во время чистки могут проявляться потёки (в пустотах узлов сборки или частично дефектных прокладках), поэтому во время очистки должна проводиться инспекция.

ОБЕЗЖИРИВАНИЕ

!Необходимо быть внимательным. Использовать защитные очки и перчатки.

ПОДГОТОВКА К ОБЕЗЖИРИВАНИЮ

Если охлаждающая вода содержит ингибитор, то необходимо опорожнить систему и заполнить её чистой водой из крана, если же нет ингибитора в системе, то воду не сливать. Далее воду в заполненной системе подогреть до 60 °С и прокачать её продолжительно. После этого слить воду до самого нижнего уровня смотрового стекла расширительного танка.

ДОБАВЛЕНИЕ ОБЕЗЖИРИВАЮЩЕГО АГЕНТА

Обезжиривающий агент предпочтительно вводить на всасывающей стороне работающего насоса системы охлаждения. Порционное количество агента указывается поставщиком. Проверить и устранить любые протечки.

ОПОРОЖНЕНИЕ И ПРОМЫВКА СИСТЕМЫ

Опорожнить систему полностью. Это будет также служить промывкой от замасливаний и удаления грязи в расширительном танке. После этого заполнить систему чистой крановой водой и прокачать в течение двух часов. Затем полностью опорожнить систему и перейти к процедуре удаления накипи согласно пункту ниже.

УДАЛЕНИЕ НАКИПЕЙ (DESCALING)

Необходимо быть внимательным. Использовать защитные очки и перчатки.

Во избежание загрязнения моря кислотами рекомендуется по возможности собирать всю слитую воду, которая содержит кислоты, в танк, где они могут быть нейтрализованы, например, с помощью соды, перед тем как слить за борт.

ПОДГОТОВКА К ДИСКАЛИНГУ

Заполнить чистой крановой водой. Прогреть воду максимум до 70 °С и продолжительно прокачать её.

! Имеются некоторые готовой смеси агенты с указанием использования на более низких температурах. Такая максимальная температура должна быть указана.

ДОБАВЛЕНИЕ КИСЛОТНОГО РАСТВОРА

Растворить нужное количество кислотного компаунда в чистом железном баке, наполовину заполненном горячей водой. Размешать энергично, используя паровой шланг. Для двигателей, которые были обработаны перед ходовыми испытаниями, будет обычно достаточной наименьшая доза, рекомендуемая поставщиком.

Для необработанных двигателей будет необходимой в зависимости от состояния системы охлаждения наивысшая доза. Растворимость кислот в воде является часто ограниченной. Это может вызвать необходимость проведения дескалинга в два этапа, с новым раствором и чистой водой. Обычно поставщик указывает максимальный коэффициент растворения. Далее заполнить полностью бак горячей водой для последующего перемешивания. Медленно добавлять кислотный компаунд на стороне всасывания насоса водяного охлаждения рубашки. При необходимости слить некоторое количество воды.

ПРОКАЧКА КИСЛОТНОГО РАСТВОРА

Необходимо поддерживать температуру воды на уровне предписанного значения и постоянно её прокачивать. Продолжительность обработки будет зависеть от степени загрязнения и накипи. Обычно для двигателей, которые обрабатывались перед ходовыми испытаниями наименьшего времени, рекомендуемого поставщиком, будет достаточно. Для необработанных двигателей более длительное время должно быть согласовано.

Необходимо каждый час проверять с помощью лакмусовой pH-бумаги, что кислотность не нейтрализовалась. Ряд дескалинговых препаратов содержит цветовые индикаторы, которые показывают состояние раствора. Если содержание кислотности истощилось, то может быть добавлена новая доза добавки, у которой должна быть использована слабейшая рекомендованная концентрация.

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ЛЮБЫХ КИСЛОТНЫХ ОСТАТКОВ

После завершения дискалинга опорожнить систему и промыть водой. Промывание необходимо для удаления любых осколков, которые могут образоваться во время промывочной очистки. Промывать необходимо до тех пор, пока вода не станет нейтральной (pH примерно 7). Кислотные остатки могут быть нейтрализованы чистой крановой водой с содержанием соды 10 кг на тонну воды. Как альтернативу соде, можно использовать карбонат соды или фосфат соды в определённых концентрациях. Прокачать смесь в течение 30 минут. Слить и промыть систему. Промывание продолжать до тех пор, пока вода не станет нейтральной (pH примерно 7).

Проверить содержание кислотности масляной системы сразу после дискалинга, а затем вновь, спустя 24 часа.

ЗАПОЛНЕНИЕ ВОДОЙ

Для предотвращения образования загрязнения на очищенных поверхностях, сразу же после прочистки заполнить систему водой. Заполнять необходимо деионизированной или дистиллированной водой до самого низшего уровня в расширительном танке. См. также п. «Качество охлаждающей воды».

ДОБАВЛЕНИЕ ИНГИБИТОРА

Вследствие недостаточной жёсткости деионизированная или дистиллированная вода является сравнительно коррозионной. Поэтому после заполнения системы необходимо немедленно добавить коррозионный ингибитор, отвесив его в количестве, указанном поставщиком. Рекомендуется использовать максимальное количество, указанное производителем, растворив ингибитор в горячей деионизированной или дистиллированной воде с использованием чистого железного бака. Добавлять раствор необходимо с всасывающей стороны насоса охлаждения рубашки или в другом месте, где есть поток. Ингибиторная жидкость может вводиться прямо в систему оборудованием, поставляемым производителем.

При этом необходимо руководствоваться инструкцией производителя. После этого заполнить систему водой до нормального уровня, используя деионизированную или дистиллированную воду и прокачать воду в течение времени не менее 24 часов. Это обеспечит формирование устойчивой защиты поверхностей охлаждения. Далее проверить охлаждающую воду пробником (полученным от поставщика ингибитора), чтобы убедиться в том, что достигнута достаточная концентрация ингибитора. См. также п. «Раз в неделю», Проверка ингибирования.

Главная система охлаждения, очистка и ингибирование

В порядке обеспечения хорошей теплоотдачи и минимизации риска блокировки холодильника, очень важно для надлежащего функционирования главной системы удалить существующие известковые отложения, ржавчину и/или промасленную грязь. То есть, безусловно, должно быть проведено ингибирование.

Для главных систем водяного охлаждения, которые оборудованы раздельными контурами низкой и высокой температуры охлаждающей воды, тщательные, регулярные проверки, которые являются необходимыми для рубашечной охлаждающей воды (высокотемпературный контур пресной воды), не являются необходимыми для низкотемпературного контура охлаждения пресной воды.

НИТРИТ-БОРАТНЫЕ ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ПРЕСНОЙ ВОДЫ

БЕЗНИТРИТ-БОРАТНЫЕ ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ПРЕСНОЙ ВОДЫ

(*) первоначальная доза может быть большей.

Эти перечни даются только для рекомендации и не должны рассматриваться как окончательные. Двигателестроитель не несёт ответственность за какие-либо трудности, которые могут возникнуть от применения этих или других ингибиторов/химикалиев. Поставщики поименованы в алфавитном порядке. Этими фирмами могут также поставляться удобные очистители (клинеры).

Литература

Эксплуатация, обслуживание и ремонт двигателей MAN B&W-ME - Пипченко А.Н., Пономаренко В.В., Шевченко В.А. [2014]
50-108ME/ME-C - VOLUME I OPERATION

• Водный режим вспомогательных и утилизационных котлов
• Рабочие циклы двухтактных двигателей
• Рабочие циклы четырёхтактных двигателей
• Основные данные двигателей: рабочий объем цилиндра
• Классификация и маркировка двигателей