Методы обработки топлива
Для обеспечения надежной работы топливной аппаратуры судовых дизелей топливо проходит предварительную обработку, заключающуюся в отстаивании, сепарировании, фильтрации, подогреве тяжелого топлива. Наибольшее распространение получили следующие методы:
— отстаивание в емкостях;
— обработка с помощью центрифугирующих устройств – сепараторов;
— обработка в фильтрующих элементах;
— использование гомогенизаторов, для разрушения сгущений и агломератов;
6.1.1 Отстаивание топлива
Отстаивание – это осаждение механических примесей и глобул воды в топливе под действием собственного веса. Процесс отстаивания дизельного топлива с вязкостью 12…20 сСт при 50 °С происходит довольно быстро, в отличии от тяжелых высоковязких топлив, имеющих высокую вязкость и требующих для ее снижения подогрева в цистерне до температуры на 10…15 °С ниже температуры вспышки. Большинство тяжелых топлив образуют с водой стойкие водотопливные эмульсии в виде глобул воды, окруженных прочной оболочкой из топлив. Удалить воду не удается даже в сепараторах. Рекомендуется в этом случае применять антиэмульгирующие присадки к топливу или оставлять воду в топливе, если ее содержание не превышает 5%, а перед подачей в дизель уменьшить размер глобул воды до 15…20 мкм перекачкой топлива насосом по замкнутому контуру.
6.1.2 Сепарирование топлива
Сепарирование топлива осуществляется в сепараторах, действие которых основано на отделении механических примесей и воды благодаря центробежным силам, возникающим из-за большой частоты вращения барабана.
Устаревшие сепараторы требуют периодической разборки и очистки вручную и поэтому малопригодны для сепарации тяжелых топлив, содержащих большое количество загрязняющих примесей. В современных сепараторах самоочищающегося типа периодическая очистка осуществляется автоматически, путем промывки горячей водой и сброса шлама в грязевую цистерну. Период между разгрузками барабана устанавливается опытным путем. Сигналом о необходимости разгрузки может служить появление водотопливной эмульсии в смотровом окне сливного патрубка, вызываемое заполнением грязевой полости барабана и вытеснением водяного затвора.
Сепараторы в зависимости от настройки могут работать в режимах кларификации (отделение механических примесей) и пурификации (разделение топлива и воды с одновременным отделением механических примесей). Последний способ при очистке тяжелых топлив благодаря его универсальности является более предпочтительным. К достоинствам пурификации относится возможность промывки топлива горячей водой, вводимой в сепаратор в количестве 3…4% (от объема топлива) при температуре, на 3…5 °С превышающей температуру топлива. Промывка улучшает отделение механических примесей и способствует удалению из топлива водорастворимых солей и золы.
Работа сепаратора с малой производительностью (не более 50% от паспортного значения) при достаточно высокой температуре подогрева топлива обеспечивает качественную очистку топлива. Верхним допустимым пределом подогрева топлива является температура кипения воды. Обычно не рекомендуется подогревать топливо выше 95 °С (для маловязкого дистиллятного топлива температура подогрева не должна превышать 35…40 °С из-за возможного выделения асфальтосмолистых соединения при сепарации).
При работе сепаратора в режиме пурификации, эффективность сепарации зависит также от положения пограничного слоя — границы раздела между топливом и водой гидрозатвора. Регулировка положения пограничного слоя осуществляется с помощью регулировочной шайбы, создающей сопротивление выходу воды из сепаратора.
Очистка топлива в сепараторе основана на разности создаваемых в нем центробежных сил, зависимых от плотности очищаемого нефтепродукта и находящихся в нем примесей и воды. Длительность нахождения топлива в барабане сепаратора влияет на качество и полноту очистки топлива.
Для обработки тяжелого топлива обычно используют два сепаратора, для дизельного – один или два. В зависимости от качества тяжелого топлива оба сепаратора включаются параллельно — работа в режиме пурификации, или последовательно – первый сепаратор работает в режиме пурификатора, а второй – кларификатора.
С утяжелением топлив и увеличением их плотности возникла серьезнейшая проблема сепарации воды от топлива. Плотность современных и перспективных топлив может достигать 990…1030 кг/м 3 и более, плотность пресной воды при 20 °С равна 1000 кг/м 3 . С увеличением температуры плотность нефтепродуктов уменьшается быстрее, чем воды, поэтому разность их плотностей возрастает. Опыт показывает, что плотность топлива равная 991 кг/м 3 при температуре подогрева 98 °С представляет собой верхний предел плотности топлива, при котором возможно еще отделение пресной воды от топлива.
В процессе очистки топлива грязь и шлам скапливаются внутри барабана, и по мере его заполнения во избежание нарушения сепарации барабан следует очищать. В современных сепараторах очистка осуществляется автоматически с периодичностью 2…4 ч при сепарации топлива вязкостью 12…380 сСт. Для более вязких топлив (600 сСт при 50 °С) промежуток между разгрузками не более 1…2 ч.
В режиме кларификации сепаратор работает без водяного затвора, выход воды из сепаратора перекрывается, и топливо очищается лишь от механических примесей. Обычно кларификатор, устанавливаемый последовательно с пурификатором, служит второй ступенью очистки.
Опыт показывает, что при последовательной работе сепараторов основная часть отделяемых примесей (до 70%) приходится на пурификатор и лишь 10% в кларификаторе. Таким образом, роль кларификатора сводится к удалению из топлива оставшихся в нем более мелких частиц механических примесей и роли «сторожа» на случай прорыва механических загрязнений через пурификатор. При работе на тяжелых низкосортных топливах сепарацию рекомендуется осуществлять в режиме, включающем два параллельно работающих на малой производительности пурификатора с последовательно включенным кларификатором. Эффективность очистки при такой конфигурации достигает 80…90%, в варианте пурификатор – кларификатор не более 70%.
Центробежные сепараторы обеспечивают удаление примесей неорганического происхождения с размерами частиц 5 мкм и менее и органического 7 мкм и менее, а также воды. Потери горючей части топлива вместе с отсепарированной водой и с осадком при удалении не превышает 1% при очистке остаточных мазутов – 3%.
Вязкость топлива при сепарации должна быть 12…16 сСт для двухтактных дизелей и 9…14 сСт для четырехтактных. Фирма «Альфа-Лаваль» рекомендует соблюдать следующие оптимальные соотношения производительности сепаратора и температуры сепарации в зависимости от вязкости.
Таблица 6.1 – Рекомендуемые соотношения параметров сепаратора
| Вязкость, сСт при 50 °С | Температура сепарации, °С | Пропускная способность, % |
| 70…98 | ||
| 80…98 | ||
| 80…98 | ||
| 90…98 | ||
| 90…98 |
6.1.3 Фильтрация топлива
Износ прецизионных пар топливоподкачивающей аппаратуры зависит как от абразивных свойств механических примесей топлива, так и от размеров частиц. Исследования показывают, что наибольший износ вызывают частицы загрязнений размером 6…12 мкм. Более крупные частицы не могут сразу пройти в зазоры и оказывают меньшее абразивное действие. Следовательно, основным техническим требованием к фильтрам тонкой очистки является обеспечение отсева частиц не крупнее указанных наиболее опасных размеров. Поэтому помимо сепарации входит процесс фильтрования топлива с использованием фильтров грубой и тонкой очистки. Фильтры грубой очистки устанавливают перед всеми насосами (топливоподкачивающими, бустерными и циркуляционными) в целях предупреждения их повреждения при попадании крупных частиц. Фильтры тонкой очистки устанавливают непосредственно перед дизелями для защиты прецизионных элементов топливной аппаратуры от частиц механических примесей, не задержанных в сепараторе.
Принцип действия фильтра основан на отделении от нефтепродукта загрязняющих примесей при его пропускании через фильтрующую перегородку, размеры ячеек которой меньше размеров отфильтровываемых частичек.
На судах применяют фильтры и самоочищающиеся фильтрационные установки. В зависимости от принципа действия фильтрующие элементы делятся на поверхностные и объемные (емкостные). В поверхностном фильтре топливо очищается путем осаждения примесей на поверхности элементов, кромках ячеек или щелей. В объемном фильтре нефтепродукт пропускается через фильтрующий материал, содержащий множество каналов и пор, в которых и откладываются загрязняющие примеси. Наибольшую тонкость отсева обеспечивает бумага, которая может задерживать частицы загрязнений размером от 10…13 до 2…3 мкм. Магнитные фильтры широко применяют для очистки от ферромагнитных частиц с размерами 0,5…5 мкм и более.
На основании опыта рекомендуется для средне- и высоковязких топлив следующая последовательность средств очистки: ФГО, центробежный сепаратор, ФТО.
6.1.4 Гомогенизация (однородность) топлива
Гомогенизация топлива заключается в гидродинамическом возмущении среды с возникновением кавитационных зон. Захлопывание кавитационных каверн сопровождается локальными гидравлическими ударами высокой мощности, разрушающими не только желеобразные сгущения, но и твердые агломераты, находящиеся в топливе. В результате топливо становится гомогенным, смолы равномерно распределяются в топливной среде, твердые частицы освобождаются от «смолистой шубы», а глобулы воды диспергируются.
Такое топливо сепарируется и фильтруется с минимальными потерями горючей части. Гомогенизированное топливо обладает повышенной абразивностью и требует его фильтрации через ФТО.
6.1.5 Подогрев топлива
Подогрев топлива необходим для хорошего распыливания при впрыске в дизель. Выбор температуры подогрева зависит от вязкости применяемого топлива. Вязкость дизельных топлив достаточна и без подогрева. Тяжелые топлива предварительно подогреваются в паровых или электрических подогревателях. Влияние вязкости и сжимаемости на характеристику впрыска в зависимости от конструкции топливной аппаратуры различно, но во всех случаях оно в той или иной мере отражается на качестве распыливания и последующего сгорания топлива. Вязкость, определяемая силами внутреннего сцепления топлива, и силы его поверхностного натяжения оказывают непосредственное влияние на распад вытекающей из форсунки струи топлива. Эти силы стремятся удлинить сплошную часть струи и тем самым сохранить ее целостность, поэтому с их увеличением (а это возможно при снижении температуры топлива) длина сплошной части струи растет, а тонкость распыливания снижается.
Опытным путем установлено, что оптимум вязкости топлив для дизелей лежит в пределах 12…20 сСт (Правилами технической эксплуатации рекомендуется 9…15 сСт). Это значение вязкости и должно быть обеспечено соответствующим подогревом топлива перед его использованием. Подачей пара в подогреватель управляет автоматический регулятор вязкости – вискозиметр. Он встроен в систему подачи топлива и контролирует необходимую вязкость. За ним устанавливают фильтры тонкой очистки с тонкостью отсева 6…15 мкм.
Чтобы предотвратить остывание топлива в системе топливоподачи, все трубы изолируются и снабжаются паровыми спутниками или обвиваются электронагревательными элементами, а смесительная цистерна снабжается паровым змеевиком. Кроме того, при кратковременной остановке двигателя циркуляционные насосы должны продолжать работать, поддерживая циркуляцию горячего топлива в замкнутом контуре.
Опыт эксплуатации показывает, что температура подогрева топлива не должна превышать 150 °С, а вязкость топлива перед ТНВД не является строго определенным параметром и поэтому допускаемая величина вязкости может быть до 20 сСт за подогревателем.
В случае если топливные трубопроводы имеют подогреваемые участки, следует остерегаться перегрева труб при переходе на дизельное топливо и при работе на дизельном топливе. В этих условиях слишком интенсивный подогрев трубопроводов может настолько снизить вязкость топлива, что появится опасность перегрева топливных насосов и последующего заедания плунжера и повреждения уплотнений в системе.
Во время стоянки двигателя для циркуляции подогретого тяжелого топлива не требуется такой низкой вязкости, которая рекомендована для впрыска. Поэтому для экономии энергии температуру подогрева можно снизить примерно на 20 °С, чтобы обеспечить вязкость топлива около 30 сСт.
Если двигатель был остановлен на тяжелом топливе, и если тяжелое топливо прокачивалось при пониженной температуре во время стоянки, подогрев и регулировка вязкости должны быть выполнены приблизительно за один час до запуска двигателя, чтобы получить требуемую вязкость.
Перевод дизеля с топлива одного сорта на другой следует производить при снижении нагрузки до 75%. Переход с дизельного топлива на тяжелое производится постепенно, со скоростью 2 °С/мин с подогревом до 60…80 °С. При этом во избежание заклинивания прецизионных элементов топливовпрыскивающей аппаратуры вязкость топлива не должна упасть ниже 2 сСт. Температура тяжелого топлива в расходной цистерне должна снижаться, и к моменту переключения она не должна быть выше температуры дизельного топлива более чем на 25 °С (60…80 °С). При переходе с тяжелого топлива на дизельное необходимо перекрыть пар на подогреватель и, когда температура топлива в нем упадет до значения, превышающего температуру дизельного топлива в расходной цистерне на 25 °С, переключить клапан на подачу и систему дизельного топлива. Если температура дизельного топлива была ниже 50 °С, его необходимо предварительно подогреть. При наличии рециркуляционной цистерны нагрузка дизеля при смене топлива может не снижаться.
Дата добавления: 2018-09-24 ; просмотров: 1458 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Технология обработки топлива
Тема 10
10.1 Топливная система
Топливная система – это совокупность устройств и агрегатов для питания дизеля топливом.
Топливная система состоит из топливных систем высокого и низкого давлений и топливной аппаратуры. Топливная система низкого давления представляет часть топливной системы дизеля для подготовки и подачи топлива к топливной системе высокого давления и включает в себя цистерны, фильтры, насосы, смесители, сепараторы, гомогенизаторы, подогреватели, топливопроводы.
Топливная система высокого давления – это часть топливной системы дизеля для нагнетания топлива в камеры сгорания. Система высокого давления осуществляет впрыскивание топлива в камеру сгорания двигателя и включает в себя топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунку, обычно соединенные топливопроводом высокого давления. При применении насос-форсуноктопливопровод высокого давления отсутствует.
Назначение топливной системыобеспечивать использование следующих технологических процедур:
— приём и хранение топлива на судне;
— предварительная обработка топлива, включающая его подогрев, отставание, сепарирование и фильтрацию;
— подача топлива к дизелям и котлу.
Рис. 10.1.1 – Система тяжелого топлива (рекомендации CIMAC)
LA– реле уровня (H– верхнего, L – нижнего);TS– терморегулятор; T1 – термодатчик;P1– датчик давления; FM– расходометр; VC – вискозиметр.
Приём топлива на судно в процессе бункеровки осуществляется через расположенный на палубе приёмный патрубок, снабженный устройством для отбора пробы.
Для хранения топлив высокой вязкости и с высокой температурой застывания желательно использовать танки, расположенные в поперечной плоскости судна, имеющие меньшую поверхность соприкосновения с водой и обшивкой корпуса судна. Все танки, предназначенные для тяжёлого топлива, должны быть оборудованы змеевиками парового обогрева, который необходим для поддержания требуемой температуры топлива. Приём топлива на судно осуществляется через клапан 1. Чтобы предотвратить застывание топлива в трубопроводах, последние оборудуют паровым или электрическими спутниками. Топливоперекачивающие насосы 5- обычно винтового типа. Во избежание повреждения перед ними устанавливают фильтры грубой очистки с размерами ячей 0,5-0,3 мм. Клапанная коробка 6 обеспечивает возможность переключения с одного танка на другой. Насосами 5 топливо подаётся в отстойную цистерну 2, оборудованную змеевиком парового подогрева и датчиками верхнего и нижнего уровней. Из отстойной цистерны топливо направляется к насосам 4, подогревателям 7 и сепараторам 8. Шлам из сепараторов поступает в цистерну 9, а цистерна 10 служит для сбора отходов топлива или их сжигания в инсинераторе. Очищенное топливо поступает в расходную цистерну 3, также оборудованную паровым обогревателем, спуском отстоя и датчиком нижнего уровня.
Во избежание переполнения в цистерне предусмотрена переливная труба, ведущая в отстойную цистерну. Из расходной цистерны топливо поступает к трёхходовому крану 11, с помощью которого представляется возможность переключаться с тяжелого топлива на дизельное и наоборот. Далее топливо направляется к подкачивающим насосам 12, служащим для поднятия давления в системе до 0,4÷0,5 МПа. Это необходимо, т.к. с ростом давления поднимается температура кипения топлива, что, в свою очередь, позволяет избежать вскипания топлива в контуре циркуляции при его нагревании перед двигателем до температур 130-150 0 С.
При вскипании, а оно происходит при атмосферном давлении,неизбежно интенсивное паро- и газообразование, вызывающее нарушения в работе циркуляционных насосов 14, в частности, их кавитационные повреждения. Одновременно происходит потеря, вместе с газами, легких фракций. Этим объясняется то, что на судах новой постройки, на которых предусматривается работа двигателей на топливах с вязкостью выше 180 сСт, наличие подкачивающих насосов является обязательным. От насосов 12 топливо направляется в смесительную цистерну 13, в которой при переходе с одного вида топлива на другой происходит их смешивание, при котором обеспечивается мягкий переход с легкого холодного топлива на горячее тяжелое и наоборот.
За цистерной установлены циркуляционные насосы 14, подогреватель с вискозиметром 15 и перед двигателем 17 фильтр тонкой очистки. Возврат топлива от двигателя осуществляется в смесительную цистерну 13 или расходную цистерну 3. Наличие контура рециркуляции «смесительная цистерна-циркуляционные насосы – подогреватель – фильтр – дизель – цистерна» обеспечивает прокачку в нем горячего топлива при кратковременной остановке двигателя во избежание его застывания в трубах. Это необходимо, т.к. при прекращении подачи топлива к дизелю или существенном сокращении его поступления прекращается и его подогрев, а это приводит к росту вязкости топлива и следующим возможным последствиям:
— ухудшению пусковых свойств дизеля;
— повреждению ТНВД и их привода.
Циркуляционные насосы 14 останавливают лишь при длительной стоянке, но тогда система топливоподачи должна быть предварительно освобождена от тяжелого топлива путём переключения на дизельное топливо.
Эксплуатация топливной системы сводится к выполнению следующих мероприятий:
1) Поддержание требуемых температур, топлива в танках запаса и в трубопроводах на всем пути следования топлива к двигателям.
2) Контроль за уровнем топлива в отстойниках и расходных цистернах, периодический выпуск из них отстоя.
3) Контроль за системой фильтров (путём контроля перепада давления на них).
4) Контроль за работой сепараторов, предотвращающий переполнения грязевого пространства и появления воды в очищенном топливе. Выходящее из сепаратора топлива рекомендуется периодически брать на анализ.
10.2 Обработка и подача топлива к дизелям
Дляобеспечению надежной работы топливной аппаратуры судовых дизелей топливо проходит предварительную обработку, заключающуюся в отстаивании, сепарировании, фильтрации, подогреве тяжелого топлива, а иногда и предусматривающуюся химическую, гидродинамическую, магнитную и другие методы. После предварительной обработки топливо подаётся к дизелям. Предварительная обработка осуществляется для удаления из топлива механических примесей и воды, улучшения агрегатного состояния топлива, снижения его коррозионной агрессивности, повышения способности топлива к самовоспламенению и сгоранию.
Наиболее широко распространены традиционные способы обработки топлива на судах, предусматривающие очистку его от механических примесей и воды путём использования:
— гравитационных сил (отстаивание в ёмкостях);
— центробежных сил (обработка с помощью центрифугирующих устройств – сепараторов);
— полупроницаемых (фильтрующих) материалов (обработка в фильтрующих устройствах);
— гомогенизаторов, разрушающих сгущения и агломераты.
Источник
