Wärtsilä 50DF – Топливная система

Допустимые характеристики топлива

СПЕЦИФИКАЦИЯ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА

Многотопливный двигатель Wärtsilä 50DF рассчитан на длительную работу в газовом или в дизельном режиме. Для длительной работы без дератирования мощности двигателя газ, используемый в качестве основного топлива при работе в газовом режиме, должен соответствовать приведенным ниже требованиям к его качеству.

1) Необходимое давление газа зависит от НТС (см. раздел «Давление газового топлива» в главе «Топливная система»).

2)Величины приведены в м³ при 0°C и 101.3 кПа.

3)Метановое число (МЧ) – это расчетная величина, которая обеспечивает масштаб для оценки устойчивости топливных газов к помпажу. Приведенная выше таблица действительна для двигателя, оптимизированного под низкое метановое число. Минимальная величина зависит от конфигурации двигателя, которая влияет на его выходные параметры.

Однако, если общее содержание C4 и более насыщенных углеводородов выше 1% по объему, необходимо обращаться в Wärtsilä для дополнительной оценки.

4) Содержание водорода выше 3% по объему необходимо рассматривать для каждого проекта в отдельности.

5) Точка росы природного газа ниже минимальных рабочих температуры и давления.

Спецификация жидкого топлива

Технические характеристики топлива основаны на стандарте ISO 8217:2005 (E). Обратите внимание, что несколько дополнительных характеристик, не включённых в этот стандарт, приведено в таблицах.

Классами дистиллята топлива являются ISO-F-DMX, DMA, DMB, DMC. Эти классы дистиллята относятся к морскому дизельному топливу (MDF, Marine Diesel Fuel).

Классы топлива остаточных фракций относятся к тяжёлому топливу (HFO, Heavy Fuel Oil). Технические характеристики топлива HFO 2 включают категории от ISO-F-RMA 30 до RMK 700. Виды топлива, относящиеся к технической характеристике HFO 1, допускают более длительные интервалы между ремонтами определенных компонентов двигателя, чем топливо HFO 2.

Примечания:

1. Дополнительные требования, установленные производителем двигателя, которые не включены в спецификацию стандарта ISO, или отличаются от спецификации стандарта ISO. Необходимо, чтобы все значения вязкости и температуры должны быть в пределах от минимального до максимального.

2. Предел содержания серы в 1.5% по массе применяется в районах контролируемого выброса SOx, введённых международной морской организацией (IMO). Также там могут действовать местные ограничения.

3. Разные пределы установлены для зимнего и летнего топлива.

Внимание! Качество запального топлива должно быть в соответствии со стандартами DMX, DMA или DMB.

В топливе не должно содержаться смазочного масла, механических загрязнений или химических отходов, представляющих опасность для установки или отрицательно сказывающихся на выходных параметрах двигателя.

Замечания:

1. Макс. 1010 кг/м3 при 15°С и условии, что система очистки топлива может удалить воду и твёрдые частицы.

2. Значения индекса CCAI (calculated carbon aromaticity index) для осадков от прямой перегонки составляет от 770 до 840. Осадки легко воспламеняются. Для крекинг-остатков в бункерном топливе этот диапазон составляет от 840 до - в исключительных случаях - более 900. Для большинства видов бункерного топлива этот диапазон в настоящее время составляет от 850 до 870.

3. В соединении с серой и ванадием натрий вносит вклад в высокотемпературную коррозию выпускных клапанов. При высоких нагрузках натрий также вносит сильный вклад в образование накипи на лопатках турбины ГТН. Агрессивность топлива зависит не только от пропорции натрия и ванадия, но и от общего содержания шлаковых составляющих. Высокотемпературная коррозия и образование отложений также зависит от других составляющих шлака. Вследствие этого, сложно задать строгие пределы, основываясь только на содержании натрия и ванадия в топливе. Даже топливо с малым содержанием натрия и ванадия, которое указано выше, может вызывать высокотемпературную коррозию деталей двигателя.

4. Дополнительные требования, установленные производителем двигателя, которые не включены в спецификацию стандарта ISO.

5. Предел содержания серы в 1.5% по массе применяется в районах контролируемого выброса SOx, введённых международной морской организацией (IMO). Также там могут действовать местные ограничения.

6. Топливо считается без содержания отработанного смазочного масла (ОСМ), если один или больше одного элемента (кальций, цинк и фосфор) находятся в количествах, меньших или равных установленным пределам. Все три элемента должны превысить эти пределы, чтобы топливо считалось содержащим ОСМ.

Пределы, относящиеся к топливу HFO 2, также соответствуют требованиям следующих стандартов:

• BS MA 100: 1996, RMH 55 и RMK 55
• CIMAC 2003, Grade K 700
• ISO 8217: 2005(E), ISO-F-RMK 700

Топливо не должно содержать никаких добавочных веществ или химических отходов, которые подвергают опасности безопасность оборудования, или неблагоприятно влияют на характеристики двигателей, или вредны для персонала, или вносят общий вклад в загрязнение воздуха.

Жидкие биологические топлива

Двигатель может работать на жидких биологических топливах, в соответствии с таблицами 6.4 «Спецификация растительного жидкого биотоплива» и 6.5 «Спецификация биодизельного топлива на основе стандарта EN 14214:2003». Тем не менее, так как биологические топлива обычно имеют меньшие теплотворные способности, нежели ископаемые топлива, необходимо проверять производительность системы впрыска топлива для каждой установки.

Если жидкое биотопливо используется в качестве запального топлива, допускается применение только топлива в соответствии с таблицей «Спецификация биодизельного топлива на основе стандарта EN 14214:2003».

Таблица «Спецификация растительного жидкого биотоплива» действительна для жидких биологических топлив растительного происхождения, таких как пальмовое масло, кокосовое масло, копровое масло, рапсовое масло, масло ятрофы и т.д., но не действительна для биологических топлив животного происхождения.

Растительное биотопливо может смешиваться с дистиллятным минеральным топливом. Минеральное топливо, применяемое в качестве компонента смеси, должно соответствовать требованиям, приведенным выше в настоящей главе.

Примечания:

1. Если макс. вязкость впрыскиваемого топлива 24 сСт не может быть достигнута в не подогретом топливе, необходимо оборудовать топливную систему нагревательным устройством.

2. Способности воспламенения должны быть идентичными или превосходить требуемые для ископаемых топлив, то есть цетановое число (CN) должно быть мин. 35 для дизельного топлива (MDF) и индекс CCAI макс. 870 для тяжёлого топлива(HFO).

3. Температура застывания и температура помутнения / предельная температура фильтруемости должны быть по крайней мере на 10°С ниже температуры впрыскиваемого топлива.

4. Сорта биотоплива, производимые пищевой промышленностью, могут содержать синтетические полимеры, например, стирен, пропен и этилен, применяемые в качестве упаковочных материалов. Такие соединения могут вызывать закупорку фильтров и поэтому они не должны содержаться в биотопливе.

Принципы работы

Двигатели Wärtsilä 50DF обычно применяются в многотопливных установках, то есть таких, в которых двигатель может эксплуатироваться как в газовом, так и в дизельном режиме. Смена режима эксплуатации возможна без остановки двигателя и, в определенных пределах, без перебоя выработки электричества. Если происходит сбой подачи газа, двигатель автоматически переводится в дизельный режим (на MDF).

ГАЗОВЫЙ РЕЖИМ

В газовом режиме эксплуатации основным топливом является газовое топливо, подаваемое в двигатель под низким давлением. Воспламенение газа происходит путем впрыска небольшого количества запального топлива (MDF). Подача газового и запального топлива производится соленоидными клапанами из систем единой магистрали (common rail) с электронным управлением.

ДИЗЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ

В дизельном режиме эксплуатации двигатель работает только на жидком топливе. Применяется дизельное или тяжелое топливо, подаваемое традиционной дизельной системой впрыска. При этом постоянно остается в работе система запального дизельного топлива.

РЕЗЕРВНЫЙ РЕЖИМ

Система управления и защиты двигателя или система обнаружения обесточивания может в некоторых ситуациях переводить двигатель в резервный режим эксплуатации. В этом режиме двигатель работает только на дизельном топливе. Система запального дизельного топлива отключается. Допускается не более 30 минут работы в резервном режиме.

Система газового топлива

Внутренняя система газового топлива

При работе двигателя в газовом режиме впрыск газа производится впускным газовым клапаном во впускной канал каждого цилиндра. Смешивание газа с воздухом сгорания происходит непосредственно на следующем участке схемы после впускного клапана в цилиндровой крышке. Та как время срабатывания газового клапана не зависит от времени срабатывания впускного клапана, продувка цилиндра возможна без риска попадания несгоревшего газа непосредственно из впускного клапана в выпускной.

Газовые трубопроводы могут быть как одностенного, так и двустенного типа. Вентиляция внутренней полости в установках с двустенными трубопроводами происходит за счет перепада давления. Подвод воздуха во внутреннюю полость находится на двигателе. Воздух может подаваться непосредственно из машинного отделения или из-за его пределов через специальный трубопровод.

Внешняя система газового топлива

Бункеровочное газовое топливо может храниться в виде сжатого, сжиженного газа при атмосферном давлении или сжиженного газа под давлением. Конструкция внешней системы газового топлива может варьироваться, однако лая из конструкций должна обеспечивать подачу в каждый двигатель природного газа при правильной температуре и давлении.

Газопроводы могут быть одностенными или двустенными.

ДВУСТЕННЫЕ ГАЗОПРОВОДЫ

Вентиляция внутренней полости в установках с двустенными трубопроводами происходит за счет перепада давления. Подвод воздуха во внутреннюю полость находится на двигателе. Воздух может подаваться непосредственно из машинного отделения или из-за его пределов через специальный трубопровод. Двустенные газопроводы подводятся к газоклапанному отделению. Перепад давления в газоклапанном отделении должен быть достаточным для всасывания воздуха через полости двустенных газопроводов.

БЛОК ГАЗОВЫХ КЛАПАНОВ БГК (10N05)

Перед подачей газа в двигатель газ проходит через БГК. БГК включает в себя газовый регулировочный клапан и установленные последовательно блокировочные и предохранительные клапаны, обеспечивающие надежную и безопасную работу на газовом топливе.

В составе блока имеется ручной запорный клапан, продувочные соединения, фильтр тонкой очистки, главный газорегулятор, запорные блокировочные клапаны, вентиляционные клапаны, манометрические реле и индикаторы, и датчик температуры газа.

Фильтр тонкой очистки защищает от механических загрязнений на последующих участках схемы. Фильтр оборудован реле перепада давления для АПС загрязнения фильтра. Уставка АПС - 20 кПа; тонкость фильтрации – 2 микрона при 98% отделении.

Регулировочный газовый клапан регулирует давление подачи газа в двигатель в соответствии с нагрузкой двигателя. Управление регулировочным клапаном осуществляется от системы управления двигателем через электропневматический преобразователь.

Система устроена таким образом, чтобы в газовую магистраль двигателя газовое топливо подавалось постоянно под правильным давлением.

БГК также оборудован предохранительным запорным клапаном (ПЗК). ПЗК физически располагается на регулировочном клапане; он защищает расположенное последующих участках схемы оборудование от воздействия высокого давления. При обнаружении аномально высокого давления на участках после клапана, срабатывает запорный механизм, отсекающий подачу газа. ПЗК представляет собой защитное устройство, срабатывающее в случае значительных неисправностей трубопроводов на предыдущих участках схемы; его перезагрузка возможна только вручную.

Данные с датчиков на БГК, а также сигналы открытия и закрытия кланов блока обрабатываются электроникой системы управления двигателя через панель управления блока (ПУБ).

Два запорных блокировочных клапана вместе с вентиляционными клапанами выполняют функцию блокировочно-разгрузочного блока. Электропневматические запорные клапаны по запросу эффективно отсекают подачу газа в двигатель. Вентиляционные соленоидные клапаны сбрасывают давление в системе, нагнетающееся при закрытии блокировочных клапанов. Блокировочные и разгрузочные клапаны V14, V15 и V18 имеют отказоустойчивую конструкцию, то есть закрываются по сигналу текущей неисправности.

Вентиляционные клапаны V16 и V19 открываются по сигналу текущей неисправности. Имеется два соединения для продувки трубопроводов инертным газом, см. Рис. «Принципиальная схема блока газовых клапанов».

При отработке алгоритма остановки газового режима работы многотопливного двигателя (по отсечке газа, отсечке запального топлива, штатной или аварийной остановке или автоматической остановке в газовом режиме, либо при переводе в дизельный режим работы) БГК отрабатывает алгоритм отсечки газа и вентиляции. Оба запорных клапана (V15 и V18) на БГК закрываются, а вентиляционные клапаны (V16 and V19) на последующих участках схемы открываются.

Перед запуском двигателя блок газовых клапанов отрабатывает алгоритм обнаружения утечки. Эта предосторожность необходима для проверки плотности клапанов и правильной работы компонентов.

Блоком газовых клапанов должен быть оборудован каждый двигатель. БГК должен располагаться как можно ближе к двигателю для обеспечения быстрой реакции двигателя на переменные условия работы – в машинном отделении или отдельном клапанном отделении. Максимальное расстояние между двигателем и БГК – 10 м.

Инертный газ и сжатый воздух должны быть осушенными и чистыми. Максимальное давление на подводе газа – 5 Бар. Требования к качеству сжатого воздуха приведены в главе «Система сжатого воздуха».

Размеры газопроводов должны рассчитываться индивидуально для каждого проекта; как правило, они имеют больший диаметр, чем подсоединения на двигателе.

ГАЗОВЫЙ ФИЛЬТР ТОНКОЙ ОЧИСТКИ (10F01)

Газовый фильтр тонкой очистки представляет собой полнопроточный блок, защищающий систему газового топлива двигателя от механических загрязнений. Размер ячейки фильтра – 5 микрон (0.5 микрон при 98.5% отделении).

Установка фильтра тонкой очистки во внешней системе требуется, если применяются двустенные газопроводы. Фильтр располагается на двигателе, если применяются однотопливные трубопроводы.

ГЛАВНЫЙ ГАЗОВЫЙ КЛАПАН

Кодекс IMO IGC требует установки главного газового клапана в системе подачи газового топлива на газовозах (танкерах LNG).

Требуется, по крайней мере, один главный газовый клапан, однако рекомендуется применять по одному клапану на каждый двигательный отсек для обеспечения независимой эксплуатации.

Всегда рекомендуется установка одного главного запорного клапана за пределами машинного и клапанного отделения в установке любого типа.

ВЕНТИЛЯЦИЯ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА

В определенных ситуациях в ходе нормальной работы многотопливного двигателя, а также в связи с определенными неполадками, возникает необходимость для безопасной вентиляции трубопроводов газового топлива. При отработке алгоритма остановки многотопливного двигателя в газовом режиме (то есть при штатной остановке, аварийной или автоматической остановке либо при переводе в дизельный режим) вентиляционные клапаны БГК и двигателя выполняют процедуру вентиляции для стравливания давления из газопроводов.

Образующееся небольшое количество газа может выводиться в атмосферу либо в пространство, в котором отсутствуют источники возгорания. Помимо вывода в атмосферу могут рассматриваться альтернативные способы утилизации газа (например, в специальной горелке). Однако такие меры должны одобряться в каждом индивидуальном случае классификационным обществом.

ВНИМАНИЕ! Все вентиляционные и продувочные трубопроводы, в которых может находиться газовое топливо, всегда должны прокладываться с постоянным уклоном вверх для исключения возможности скапливания газа в этих трубопроводах.

В случае если многотопливный двигатель останавливается в газовом режиме открытие вентиляционных клапанов быстро понижает давление в газопроводах до атмосферного.

В вентиляционных линиях должен поддерживаться минимальный перепад давления.

Вентиляционные линии от системы подачи газа одного двигателя должны прокладываться отдельно от прочих вентиляционных линий. Вентиляционные трубопроводы должны проектироваться с обеспечением максимальной безопасности.

ПРОДУВКА ИНЕРТНЫМ ГАЗОМ

До начала техобслуживания в системе трубопроводов газового топлива должно быть стравлено давление и произведена ее продувка инертным газом. Трубопроводы двигателя 50DF и БГК оборудованы продувочными соединениями для инертного газа (азота).

Продувка газопроводов инертным газом может понадобиться и в качестве штатной процедуры при работе двигателя. Соответствующие мероприятия должны рассматриваться отдельно в каждом индивидуальном случае. Продувочное соединение установлено на БГК для обеспечения возможности продувки трубопроводов между БГК и двигателем.

ДАВЛЕНИЕ НА ПОДАЧЕ ГАЗА

Необходимое давление газового топлива зависит от ожидаемой низшей теплотворной способности (НТС) газового топлива, а также от падения давления в системе подачи газа в двигатель. НТС газового топлива должна быть выше 28 МДж/м³ при 0°C и 101.3 кПа.

• Для газового топлива с низшей теплотворной способностью 28 МДж/м3 при 0°C и 101.3 кПа требуется давление прибл. 450 кПа на подвод БГК при 100% нагрузке двигателя.
• Для газового топлива с НТС 36 МДж/м³ при 0°C и 101.3 кПа требуется давление прибл. 410 кПа на подвод БГК при 100% нагрузке двигателя. При дальнейшем повышении НТС необходимое давление газа при 100% нагрузке двигателя не изменяется.
• Для газового топлива с НТС между 28 и 36 МДж/м³ при 0°C и 101.3 кПа необходимое давление газа может быть определено методом интерполирования.
• Падение давления в системе подачи газового топлива в двигатель должно добавляться при определении необходимого давления газа.
• Для ориентировки можно пользоваться типовой величиной перепада давления 50 кПа на БГК.
• Необходимое давление газа на подводе к двигателю зависит от нагрузки двигателя. Регулировка осуществляется на БГК.

Внутренняя топливная система

Внутренняя топливная система

Предусмотрены отдельные трубопроводы для основного топлива и запального топлива. В качестве основного топлива могут применяться дизельное топливо (MDF) или тяжелое топливо (HFO). В качестве запального топлива всегда используется MDF; система запального топлива работает и в газовом и в дизельном режиме.

Регулировочный клапан в возвратной линии основного топлива на двигателе поддерживает заданное давление перед ТНВД.

СИСТЕМА УТЕЧНОГО ТОПЛИВА

Чистое топливо, просочившееся из клапанов впрыска топлива и ТНВД, собирается в двигателе и выходит самотеком через подсоединение для чистого утечного топлива. Чистое топливо может быть заново использовано без сепарации. Количество утечки чистого топлива приведено в главе Технические данные.

Другие возможные утечки топлива и избытки воды и масла раздельно выводятся из хот-бокса через соединения для загрязненного топлива и должны подводиться к шламовому танку.

Внешняя топливная система

Устройство внешней топливной системы может отличаться от корабля к кораблю, но каждая система должна обеспечивать подвод хорошо очищенного топлива соответствующей вязкости и давления к каждому двигателю. Температурный контроль необходим для постоянного поддержания правильного значения вязкости топлива перед ТНВД (см. главу Технические данные). Во всех режимах работы должна быть обеспечена достаточная циркуляция топлива через каждый двигатель, подсоединённый к одному и тому же контуру.

Система очистки топлива должна включать в себя, по крайней мере, один отстойник и два сепаратора. Наиболее важным является правильное задание размеров сепараторов тяжёлого топлива, следовательно, необходимо точно следовать рекомендациям производителя сепаратора. Плохо центрифугированное топливо вредно для двигателя, а высокое содержание воды может также нанести вред системе подачи топлива.

Впрыскивающие насосы создают импульсы давления в трубопроводе подачи топлива и в возвратном трубопроводе. Топливопроводы между блоком топливоподготовки и двигателем должны быть как следует закреплены к жёстким конструкциям. Расстояние между точками крепления рядом с двигателем должно быть небольшим. См. главу Разработка, обработка и установка трубопроводов.

Перед двигателем необходимо обеспечить соединение для сжатого воздуха, а также слив из возвратного топливопровода к соединению чистого топлива утечки или расширительному танку. При таком расположении становится возможным выдуть топливо из двигателя до начала технического обслуживания, чтобы избежать пролива жидкости.

ВНИМАНИЕ! В составных двигательных установках, когда несколько двигателей подсоединены к одному и тому же контуру подачи топлива, должна существовать возможность по отдельности перекрывать трубу подачи топлива и возвратный трубопровод, подсоединённые к двигателю. Это требование конвенции SOLAS. Сверх того ставятся условия, что способ отключения не окажет влияния на работу остальных двигателей, и что возможно перекрыть топливопроводы в том случае, если они окажутся недоступными из-за пожара на любом из двигателей.

Требования по подогреву тяжёлого топлива

Подогрев необходим для:

• Топливных цистерн, отстойников, расходных танков
• Трубопроводов (обогрев линии)
• Сепараторов
• Подкачивающих насосов / бустерных установок

Для возможности работы насосов температура топливных цистерн должна всегда поддерживаться на 5....10°С выше температуры застывания, обычно при 40…50°С. Нагревательные элементы могут быть рассчитаны на температуру 60°С.

Нагревательная способность танка определяется тепловыми потерями топливных цистерн и заданной степенью увеличения температуры.

Пример 1: Топливо вязкостью 380 сСт (А) при 50°С (В) или 80 сСт при 80°С (С) должно предварительно подогреваться до температуры 115-130°С (D-E) перед впрыскивающими насосами, до температуры 98°С (F) на сепараторе и минимум до 40°С (G) в бункеровочных танках. Топливо может не поддаваться прокачиванию при температуре менее 36°С (H).

Чтобы получить температуры для промежуточных значений вязкости, следует нарисовать через известную точку вязкости/температуры линию, параллельную ближайшей из линий вязкости/температуры на диаграмме.

Пример 2: Известна вязкость 60 сСт при 50°С (К). По пунктирной линии можно определить: вязкость при 80°С = 20 сСт, температуру на впрыскивающих насосах – 74 - 87°С, температуру на сепараторе – 86°С, минимальную температуру в бункеровочных танках –28°С.

ТОПЛИВНЫЕ ТАНКИ

Сперва топливо перемещается из бункеровочных танков в отстойник для первоначального отделения осадка и воды. После центрифугирования топливо поступает в расходные танки, из которых топливо подаётся к двигателю.

Отстойник для тяжёлого топлива (1T02) и дизельного топлива (1T10)

Для тяжёлого топлива и дизельного топлива рекомендуются раздельные отстойники.

Для того чтобы гарантировать достаточность времени отстаивания (отделения воды и осадка), объём каждого танка должен быть достаточным для мин. 24 часов работы при максимальном расходе топлива.

Танки должны быть оборудованы внутренними перегородками для обеспечения эффективности отстаивания, а также дно должно быть под наклоном для надлежащего слива.

Температура в отстойнике тяжёлого топлива должна поддерживаться между 50°С и 70°С, для чего необходимы нагревательный элемент и теплоизоляция танка. Отстойники дизельного топлива обычно не требуют обогрева или изоляции, однако температура танка должна находиться в пределах 20…40°С.

Расходный танк для тяжёлого топлива (1T03) и дизельного топлива (1T06)

Необходимо обеспечить два расходных танка для тяжёлого топлива, каждый объёмом, достаточным для, по крайней мере, 8 часов работы при максимальном расходе топлива.

Для дизельного топлива назначается отдельный танк. Объёма танка с дизельным топливом должно хватать на 8 часов подачи топлива.

Отстойники не могут быть использованы взамен расходных танков.

Расходный танк должен быть сконструирован так, чтобы предотвращать скопление шлама рядом с всасывающей трубой, а дно танка должно быть наклонным для достижения эффективности сливания.

Расходные танки тяжёлого топлива должны быть оборудованы нагревательными элементами и теплоизолированы. Рекомендуется, чтобы значение вязкости в расходных танках было меньше 140 сСт. Из-за риска появления воскообразных образований, топлива со значением вязкости ниже 50 сСт при 50°С необходимо хранить при температуре выше, чем того требует вязкость. Непрерывное сепарирование в настоящее время является принятой практикой, это означает, что температура расходного танка с тяжёлым топливом обычно находится выше 90°С.

Температура танка дизельного топлива должна быть в диапазоне 20…40°С.

Уровень танка должен обеспечивать положительное статическое давление со стороны всасывания топливоподкачивающих насосов. Если предполагается пуск на дизельном топливе в условиях отсутствия электричества, необходимо расположить танк, по меньшей мере, на 15 метров выше коленвала двигателя.

Танк утечного топлива, чистое топливо (1T04)

Чистое топливо утечки вытекает из двигателя под действием силы тяжести. Необходимо собирать топливо в отдельный танк для чистого топлива утечки, откуда оно может быть перекачено в расходный танк и заново использовано без сепарации. Трубы от двигателя к танку чистого топлива утечки должны устанавливаться под постоянным уклоном. Танк и трубопровод должны подогреваться и быть изолированы, кроме случаев, когда установка предназначена для работы только на дизельном топливе.

В установках, работающих на тяжелом топливе, во избежание смешивания чистого утечного MDF и HFO необходим переключающий клапан (1V13). Во время работы в газовом режиме и циркуляции MDF в системе чистое утечное дизельное топливо должно отводиться в танк утечного чистого дизтоплива. Таким образом дизельное топливо может перекачиваться обратно в расходный танк (1T06). При переходе с HFO на MDF клапан 1V13 должен направлять топливо в утечный танк HFO в течение достаточно долгого времени для того чтобы исключить попадание тяжелого топлива в утечный танк чистого дизтоплива.

Трубопровод топлива утечки должен быть целиком замкнутым, чтобы предотвратить попадание грязи внутрь системы.

Танк утечного топлива, загрязнённое топливо (1T07)

В нормальном режиме работы не должна происходить утечка топлива из элементов топливной системы. В связи с техническим обслуживанием, или вследствие непредвиденных утечек, внутрь горячего ящика двигателя может пролиться топливо или вода. Под действием силы тяжести пролитые жидкости собираются и выводятся из двигателя через соединение загрязнённого топлива.

Загрязнённое топливо должно собираться в шламовом танке. Танк и трубы должны подогреваться и быть изолированы, кроме случаев, когда установка предназначена для работы исключительно на дизельном топливе.

ПОДГОТОВКА ТОПЛИВА

Сепарация

Тяжёлое топливо (остаточное и смеси остаточных и дистиллятных фракций) перед перемещением в расходный танк подвергаются очистке в эффективных центробежных сепараторах.

Классификационные правила требуют использовать блок сепарации с излишней производительностью, чтобы требуемая производительность поддерживалась при любой одной неработающей установке.

Необходимо чётко следовать всем рекомендациям производителя сепаратора.

Для удаления воды и возможных примесей также рекомендуются центробежные пакетные сепараторы (для установок, работающих только на дизельном топливе). Производительность сепараторов дизельного топлива должна быть достаточной для того, чтобы обеспечивать подачу топлива при максимальном расходе топлива. Если центробежные сепараторы будут оказываются слишком дорогими для установок на дизельном топливе, тогда вместо них допустимо использовать коалесцирующие фильтры. Коалесцирующие фильтры обычно устанавливаются с всасывающей стороны циркуляционного насоса системы подачи топлива. Фильтр должен обладать малым перепадом давления, чтобы избежать кавитации в насосе.

Режим работы сепаратора

Наилучшая эффективность сепарации достигается, когда постоянно дополнительно работает резервный сепаратор и пропускная способность снижена в соответствии с текущим расходом топлива.

Сепараторы с мониторингом очищенного топлива (без гравитационного диска), работающие непрерывно, могут пропускать топливо с плотностью, превышающей 991 кг/м³ при 15°С. В таком случае основной и резервный сепараторы должны работать параллельно.

Когда используются сепараторы с гравитационным диском, тогда каждый резервный сепаратор должен работать последовательно с другим сепаратором, так чтобы первый сепаратор выступал в роли очистителя, а второй – осветлителя. Такая схема расположения применяется для топлив плотностью макс. 991 кг/м³ при 15°С. Сепараторы должны быть одинакового размера.

Эффективность сепарации

Термин «гарантированный расход» (ГР, CFR) был предложен, чтобы выразить рабочие характеристики сепараторов в соответствии с общепринятыми стандартами. ГР определяется как расход (литры/час) через 30 минут после слива осадка, когда эффективность сепаратора равна 85%, при использовании определённых тестовых видов топлива и частиц. ГР задаётся для эквивалентных вязкостей топлива, равных 380 сСт и 700 сСт при 50°С. Больше информации содержится в документе CWA 15375:2005 (E), разработанном ЕКС (европейской комиссии по стандартизации)

Эффективность сепарации – это мера способности сепаратора удалять определённые пробные частицы.

Эффективность сепарации определяется следующим образом:

Блок сепаратора (1N02/1N05)

Сепараторы обычно поставляются как предварительно собранные блоки, разработанные производителем сепаратора. Типично сепараторные модули оборудованы:

• Сетчатым фильтром на всасывающей линии (1F02)
• Подающим насосом (1P02)
• Подогревателем (1E01)
• Шламовым танком (1T05)
• Сепаратором (1S01/1S02)
• Шламовым насосом
• Шкафами управления, включающими пускатели электродвигателей и контрольное устройство

Подающие насосы сепаратора (1P02)

Насосы должны рассчитываться, принимая во внимание реальное качество топлива, а также рекомендованную пропускную способность сепаратора. Насос должен защищаться сетчатым фильтром (с размером ячейки около 0.5 мм).

Для контроля нормы подачи топлива в сепаратор требуется одобренная система.

Подогреватель сепаратора (1E01)

Подогреватель рассчитывается в соответствии с пропускной способностью подающего насоса и заданной температурой отстойника. Температура поверхности подогревателя не должна быть слишком высокой, чтобы избежать крекинга топлива. Контроль температуры должен обеспечивать поддержание температуры топлива в пределах ± 2°С.

Рекомендуемая температура топлива после подогревателя зависит от вязкости, но обычно составляет 98°С для тяжёлого топлива и 20…40°С для дизельного топлива. Оптимальная температура работы задаётся производителем сепаратора. Минимальная требуемая мощность подогревателя составляет:

Для тяжёлых топлива можно принять ΔT = 48°С, то есть температура отстойника равна 50°С. Топлива, имеющие вязкость больше 5 сСт при 50°С требуют предварительного нагрева перед сепаратором. Подогреватели должны быть оснащены предохранительными клапанами и сливными трубами, ведущими к танку утечки (таким образом, чтобы возможные утечки могли быть обнаружены).

Сепаратор (1S01/1S02)

Основываясь на времени сепарации (23 или 23.5 ч/сутки), пропускная способность Q [л/ч] сепаратора может быть оценена по формуле:

Недопустимо превышать рекомендованные для сепаратора значения расходов топлива и качество топлива. Чем меньше расход, тем больше эффективность сепаратора.

Перед и после сепаратора необходимо установить пробоотборные клапаны.

Сепаратор дизельного топлива в установках, работающих на тяжёлом топливе (1S02)

Для установок, работающих главным образом на тяжёлом топливе, рекомендуется также установить сепаратор дизельного топлива. В качестве сепаратора дизельного топлива может использоваться специальный сепаратор меньшего размера, или резервный сепаратор тяжёлого топлива.

Шламовый танк (1T05)

Шламовый танк должен располагаться непосредственно под сепараторами, или как можно ближе к сепараторам, кроме случаев, когда он интегрирован в сепараторный блок. Труба шламового танка должна быть установлена с постоянным уклоном вниз.

Если двигатели будут работать только на дизельном топливе, тогда не обязателен подогрев топлива. В таком случае достаточно установить оборудование, перечисленное ниже. Некоторое оборудование, перечисленное ниже, также требует установки в дизельную часть топливной системы, работающей на тяжёлом топливе.

Циркуляционный насос, дизельное топливо (1P03)

Циркуляционный насос служит для поддержания давления на ТНВД и прокачки топлива по системе. В качестве циркуляционного насоса рекомендуется использовать винтовой насос. Перед каждым насосом должен быть установлен сетчатый фильтр тонкостью очистки 0.5 мм. Со стороны всасывания насоса должно иметься положительное статическое давление величиной около 30 кПа.

Расходомер, дизельное топливо (1I03)

Если возвратное топливо из двигателя поступает в возвратный танк вместо расходного танка, тогда для мониторинга расхода топлива достаточно одного расходомера при условии, что измеритель установлен в линии подачи, идущей от расходного танка (перед сливным танком). Для сливного танка обычно необходим холодильник.

Общее сопротивление расходомера и сетчатого фильтра должно быть достаточно небольшим, чтобы гарантировать положительное статическое давление величиной порядка 30 кПа со стороны всасывания циркуляционного насоса.

Необходимо наличие перепускной линии вокруг расходомера, которая будет автоматически открываться при чрезмерном перепаде давления.

Фильтр тонкой очистки, дизельное топливо (1F05)

Фильтр тонкой очистки топлива представляет собой сдвоенный полнопроточный фильтр из стальной сетки. Необходимо установить фильтр как можно ближе к двигателю.

Диаметр трубы между фильтром тонкой очистки и двигателем должен быть таким же, как и диаметр трубы до фильтров.

Холодильник дизельного топлива (1E04)

Перед двигателем вязкость топлива может не опускаться ниже минимального предела, см. главу Технические данные. Практический опыт показывает, что при работе на дизельном топливе, температура топлива на входе должна быть ниже 45…50°С. Для лёгких сортов топлива возможна ещё более низкая температура.

При продолжительной работе на дизельном топливе обычно требуется холодильник топлива. Холодильник необходимо установить в возвратный трубопровод после двигателя (двигателей). В качестве охлаждающей среды обычно используется вода НТ контура.

Возвратный топливный танк (1T13)

Возвратный топливный танк должен быть оснащён выпускным клапаном на выходной трубе, ведущей к расходному танку дизельного топлива. Объём возвратного танка должен составлять, по крайней мере, 100 л.

Пуск при отсутствии электропитания

Дизель-генераторы, являющиеся основными источниками электроэнергии, должны быть способны продолжать функционировать при аварийном отключении электропитания за счёт запасённой энергии. В зависимости от конструкции системы и классификационных нормативов, в некоторых случаях является допустимым использовать аварийный генератор. Достаточное для аварийного запуска давление топлива может быть получено при помощи:

• Напорного танка, расположенного мин. на 15 метров выше коленвала
• Пневматически топливного насоса (1Р11)
• Электрического топливного насоса (1Р11), питаемого от аварийного источника питания

Следует правильно установить трубы для тяжёлого топлива. Если вязкость топлива составляет 180 сСт/50°С или выше, необходимо оборудовать трубы подогревателем трубопровода. Должна существовать возможность отключить подогрев труб, когда осуществляется работа на дизельном топливе (грамотно сгруппировать подогрев трубопроводов).

Пуск и остановка

Пуск и остановка двигателя может производиться на тяжёлом топливе при условии, что двигатель и топливная система предварительно прогреты до рабочей температуры. Топливо должно продолжать циркулировать в остановленном двигателе, чтобы поддерживать рабочую температуру. При пуске и остановке не требуется переходить на дизельное топливо.

Перед капитальным ремонтом или отключением внешней системы необходимо промыть топливную систему двигателя и заполнить дизельным топливом.

Переход с тяжёлого топлива на дизельное топливо

Последовательность действий и оборудование для изменения топлива во время работы должны обеспечивать плавное изменение температуры и вязкости топлива. Если дизельное топливо подаётся через блок топливоподготовки тяжёлого топлива, то объём системы как раз достаточен для плавного перехода.

Если имеются отдельные циркуляционные насосы для дизельного топлива, тогда смену топлива стоит производить при помощи блока топливоподготовки тяжёлого топлива до переключения на циркуляционные насосы дизельного топлива. Как было упомянуто выше, при продолжительной работе на дизельном топливе обычно требуется холодильник топлива. Вязкость топлива в двигателе не должна падать ниже минимального предела, описанного в главе Технические данные.

Количество двигателей в одной системе

Когда блок топливоподготовки обеспечивает только двигатели Wärtsilä 50DF, то к одному топливному контуру может быть подключено максимум два двигателя, кроме случаев, когда перед каждым двигателем установлен свой циркуляционный насос.

Предпочтительно, чтобы главные двигатели и вспомогательные двигатели имели отдельные блоки подачи топлива. Для того чтобы главные двигатели и вспомогательные двигатели были на одном питающем контуре, обычно необходимы индивидуальные циркуляционные насосы или другие специальные устройства. Независимо от используемых специальных устройств, не рекомендуется питать более двух главных двигателей и двух вспомогательных двигателей, или более одного главного двигателя и трёх вспомогательных двигателей от одного блока топливоподготовки.

Дополнительные указания:

• На двухвальных судах с двумя двигателями должен иметься отдельный контур подачи топлива для каждого гребного вала
• На двухвальных судах с четырьмя двигателями, стоящие на одном валу двигатели подсоединяются к разным контурам подачи топлива. К одному и тому же контуру может быть подсоединен только один двигатель с каждого вала

Блок топливоподготовки (1N01)

Блок топливоподготовки может доставляться целиком собранным. Данный блок включает в себя следующее оборудование:

• Два сетчатых фильтра
• Два подающих насоса винтового типа, оснащённых встроенными предохранительными клапанами и электромоторами
• Один клапан регулировки давления/сливной клапан
• Один танк для удаления воздуха, находящийся под давлением, оборудованный выпускным клапаном, управляемым по реле уровня.
• Два циркуляционных насоса, такого же типа, что и подающие насосы
• Два подогревателя (паровые, электрические, термомасляные) – один подогреватель работает, второй резервный.
• Один автоматический фильтр обратной промывки с перепускным фильтром.
• Один вискозиметр для управления подогревателями
• Один регулирующий клапан для парового подогревателя или термомасляного подогревателя, шкаф управления электроподогревателями
• Один терморегулирующий клапан для аварийного контроля подогревателей
• Один шкаф управления, включающий стартеры для насосов
• Одну панель аварийной сигнализации

Перечисленное выше оборудование собирается на стальном каркасе, который может быть приварен или прикручен болтами к судовому фундаменту. Все внутренние электрокабели и трубопроводы целиком смонтированы. Все трубы для тяжёлого топлива изолированы и оборудованы подогревом.

Подкачивающий насос, блок топливоподготовки (1P04)

Подкачивающий насос поддерживает давление в системе подачи топлива. В качестве подкачивающего насоса рекомендуется использовать винтовой насос. Производительность насоса должна быть достаточной, чтобы предотвратить падение давления во время промывки автоматического фильтра.

Перед каждым насосом следует установить сетчатый фильтр с размером ячейки 0.5 мм. Со стороны всасывания насоса должно создаваться положительное статическое давление величиной порядка 30 кПа.

Клапан регулировки давления, блок топливоподготовки (1V03)

Клапан регулировки давления в подкачивающем насосе/бустерной установке поддерживает давление в танке удаления воздуха, направляя избыток потока к всасывающей стороне подкачивающего насоса.

Автоматический фильтр, блок топливоподготовки (1F08)

Рекомендуется выбрать для обводной линии автоматический фильтр с ручной очисткой. Автоматический фильтр необходимо установить перед подогревателем, между подкачивающим насосом и танком удаления воздуха (деаэрации). Фильтр оборудуется нагревательной рубашкой. Тем не менее, необходимо предотвратить перегревание (выше 100°С); при работе на дизельном топливе должна быть предусмотрена возможность отключения подогревателя.

Расходомер, блок топливоподготовки (1I01)

Если требуется расходомер, его следует установить между подкачивающими насосами и вентиляционным танком. Если требуется измерять расход топлива каждого отдельного двигателя в установках с несколькими двигателями, необходимо установить два расходомера на каждый двигатель: один на линию подачи и один на возвратную линию каждого двигателя.

Необходимо наличие обводной трубы вокруг расходомера, которая будет автоматически открываться при чрезмерном перепаде давления.

Если на расходомере установлен предварительный фильтр, рекомендуется установить устройство, сигнализирующее о высокой разнице давления на фильтре.

Вентиляционный танк, блок топливоподготовки (1T08)

Танк должен быть оснащён реле сигнала низкого уровня топлива и выпускным клапаном. Если это возможно, вытяжная труба отводится вниз, например, к расширительному танку. Танк должен быть изолирован и оборудован нагревательным элементом. Объём танка должен составлять минимум 100 литров.

Циркуляционный насос, блок топливоподготовки (1P06)

Назначение насоса – прокачивать топливо в системе и поддерживать требуемое давление (определённое в главе Технические данные) на ТНВД. Циркулируя в системе, топливо сохраняет правильное значение вязкости, а также поддерживает трубопроводы и ТНВД при рабочей температуре.

Подогреватель, блок топливоподготовки (1E02)

Подогреватель должен быть способен поддерживать вязкость топлива 14 сСт (топливо заданного сорта при заданной температуре расходного танка) при максимальном потреблении топлива, требуемые значения вязкости на ТНВД приведены в главе Технические данные. Тем не менее, при работе на топливе высокой вязкости, температура топлива на входе двигателя не должна превышать 135 °С.

Мощность подогревателя должна контролироваться вискозиметром. Контрольная точка вискозиметра должна быть несколько ниже требуемой вязкости на ТНВД, чтобы компенсировать тепловые потери в трубопроводах. Для резервного контроля вязкости следует установить термостат.

Для предотвращения крекинга топлива, температура поверхности подогревателя не должна быть слишком высокой. Количество передаваемого тепла от поверхности не должно превышать 1.5 Вт/см².

Требуемая мощность подогревателя может быть приблизительно подсчитана по следующей формуле:

Вискозиметр, блок топливоподготовки (1I02)

Подогреватель должен контролироваться измерителем вязкости. Вискозиметр должен быть сконструирован таким образом, чтобы выдерживать пики давления, вызываемые ТНВД дизельного двигателя.

Блок насоса с фильтром (1N03)

Если к одному блоку топливоподготовки подключено более двух двигателей, перед каждым из них должен быть установлен циркуляционный насос (1P12). Циркуляционный насос (1P12) и предохранительный фильтр (1F03) могут быть объединены в блок насоса с фильтром (1N03). При этом предохранительный фильтр требуется всегда.

В обвод насоса должна быть предусмотрена перепускная линия для обеспечения циркуляции топлива через двигатель в случае, когда насос остановлен. Диаметр трубы между фильтром и двигателем должен быть таким же, как между блоком топливоподготовки и блоком насоса с фильтром.

Циркуляционный насос (1P12)

Назначение циркуляционного насоса – обеспечение равномерной прокачки топлива через все двигатели. При установке общего циркуляционного насоса для нескольких двигателей поток топлива будет разделяться в соответствии с распределением давления в системе (которое имеет тенденцию меняться со временем), а регулировочный клапан на двигателе имеет весьма пологую кривую давления/потока.

В установках, в которых дизельное топливо подается непосредственно от танка MDF (1T06) на циркуляционный насос, для защиты циркуляционного насоса должен устанавливаться фильтр на всасывании (1F07) с размером ячейки 0.5 мм. Допускается использование общего фильтра для всех циркуляционных насосов.

Предохранительный фильтр (1F03)

Предохранительный фильтр – это полнопроточный сдвоенный фильтр с сетчатым стальным фильтрующим элементом. Предохранительный фильтр оборудуется нагревательной рубашкой. Необходимо устанавливать предохранительный фильтр или блок насоса с фильтром как можно ближе к двигателю.

Переливной клапан, тяжёлое топливо (1V05)

Если несколько двигателей подключены к одному и тому же блоку топливоподготовки, между линией подачи топлива и возвратной линией требуется переливной клапан. Переливной клапан ограничивает максимальное давление в линии подачи, когда топливные линии к параллельному двигателю закрыты для технического обслуживания.

Для переливного клапана необходимо задать параметры, обеспечивающие стабильное давление во всём рабочем диапазоне.

Подкачивающий насос запального топлива, MDF (1P13)

В установках, работающих на тяжелом топливе, требуется подкачивающий насос запального топлива. Этот насос подает в двигатель дизельное топливо для системы запального топлива. Не допускается попадание тяжелого топлива в систему запального топлива.

Рекомендуется использование насоса винтового типа. Перед каждым насосом должен устанавливаться фильтр на всасывании с размером ячейки 0.5 мм. Должно обеспечиваться положительное статическое давление прибл. 30 кПа со стороны всасывания насоса.

Промывка

Перед тем, как двигатели подсоединяются к системе подачи топлива, и топливо начинает циркулировать через двигатели, необходимо полностью промыть внешнюю систему трубопроводов. Система трубопроводов должна предусматривать установку временного промывочного фильтра.

Топливопроводы на двигателе (соединения 101 и 102) отсоединяются, подающая и возвратная линии соединяются временной трубой или шлангом со стороны установки. Все фильтрующие элементы удаляются из фильтров, кроме, конечно, промывочного фильтра. Для предотвращения повреждения, вокруг автоматического фильтра и измерителя вязкости следует проложить байпасные трубы. Тонкость фильтрации промывочного фильтра должна составлять 35μм или быть более высокой.

Литература

Двухтопливные двигатели WARTSILA 50DF руководство по проектированию [2010]

• Системы продувки двухтактных двигателей
• Рабочие циклы двухтактных двигателей
• Рабочие циклы четырёхтактных двигателей
• Основные данные двигателей: рабочий объем цилиндра
• Классификация и маркировка двигателей