Підвищення ефективності експлуатації утилізаційних контурів морських суден - Автореферат

Рух морських та річкових суден супроводжується викидом вихлопних газів, які після здійснення механічної роботи підлягають утилізації. Якість експлуатації утилізаційних комплексів визначається двома факторами: інтенсивністю теплозйому та хімічним складом вихлопних газів. На жаль, інформація по удосконаленню експлуатації, обслуговуванню та ремонту цих комплексів вкрай обмежена і не дає відповідь на поставлене питання. Робота виконувалася відповідно до державної політики, яка визначена в документах: Указі Президента України №679/2008 «Про стан реалізації державної політики щодо забезпечення ефективності паливно-енергетичних ресурсів»; «Законі України про пріоритетні напрямки розвитку науки й техніки», Постанові Кабінету Міністрів України «Про затвердження пріоритетів інноваційної діяльності в Україні на 2001-2002 р.»; «Законі України про пріоритетні напрямки інноваційної діяльності до 2013 р.». Вперше було доведено, що екологічне навантаження на повітряний басейн та економічні показники роботи судна визначаються станом та умовами теплопередачі на поверхнях утилізаційного контуру.Часті виведення котла з дії для відновлення теплофізичних характеристик робочих поверхонь, недосконалість методів їхнього очищення різко знижують ефективність експлуатації судна в цілому. У даний час однією з найменш вивчених причин, що знижують екологічну безпеку та ефективність експлуатації судна, є забруднення зовнішніх поверхонь нагрівання УК продуктами згоряння рідкого вуглеводневого палива. Забруднення УК з газового боку знижують ефективність екологічних показників судна, а їхнє загоряння становить надзвичайну небезпеку для судна, про що свідчать випадки аварії котлів. Усі системи, що входять у контур, утворюють ієрархію: кожна система подається, з одного боку, як підсистема всередині іншої системи, що перебуває на більш високому щаблі ієрархії, а з іншого боку - як така, що складається з елементів - підсистем, розташованих на нижчому щаблі ієрархії. Системний підхід до підвищення ефективності експлуатації утилізаційних контурів дозволяє сформувати цільову функцію для досягнення поставленої мети, математичний опис якої визначає її залежність від величини показників ефективності роботи судна: , (1) де ДЗР - економія експлуатаційних витрат судна (у грошовому вираженні), що може бути отримана в результаті модернізаційних робіт; ДЗУР - економія в результаті підвищення надійності завдяки модернізації; ЕН - нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень; ДКР - капітальні витрати, необхідні для проведення цих робіт.Огляд стану проблеми підвищення екологічної безпеки та економічної ефективності експлуатації морських суден дозволив виявити характерні прогалини в організації та виконанні технічної експлуатації суден. У теперішній час однією з найменш вивчених причин, що знижують екологічну безпеку та ефективність експлуатації судна, є забруднення зовнішніх поверхонь нагрівання УК продуктами згоряння рідкого вуглеводневого палива. Необхідність забезпечення екологічно безпечної, експлуатаційно ефективної та надійної роботи судна вимагає розвязання важливих для транспорту завдань - встановлення закономірностей зміни екологічних параметрів у процесі експлуатації, прогнозування технічного стану судна по цьому показнику й розробки програм технічного обслуговування. Наведено методику оцінки й прогнозування зміни екологічних і економічних характеристик судна в умовах експлуатації та розроблено методику організації екологічно безпечної, економічно ефективної і надійної експлуатації судна. Зявилася можливість розрахунку і номінування додаткових експлуатаційних видатків на добову витрату палива судна, організації експлуатації і технічного обслуговування елементів судна з мінімальними експлуатаційними видатками і екологічним навантаженням судна на навколишнє середовище.

Основний зміст роботи

Огляд стану проблеми підвищення екологічної безпеки та економічної ефективності експлуатації морських суден дозволив виявити характерні прогалини в організації та виконанні технічної експлуатації суден. У теперішній час однією з найменш вивчених причин, що знижують екологічну безпеку та ефективність експлуатації судна, є забруднення зовнішніх поверхонь нагрівання УК продуктами згоряння рідкого вуглеводневого палива. Зниження екологічної безпеки та економічної ефективності суден через забруднення зовнішніх поверхонь нагрівання УК повязано з відсутністю ефективних технологій і очисних пристроїв для їхньої реалізації. В опублікованих у відкритій пресі джерелах немає даних про механізм утворення відкладень на зовнішніх поверхнях нагрівання УК і їхній вплив на екологічні показники та ефективність роботи судна. Необхідність забезпечення екологічно безпечної, експлуатаційно ефективної та надійної роботи судна вимагає розвязання важливих для транспорту завдань - встановлення закономірностей зміни екологічних параметрів у процесі експлуатації, прогнозування технічного стану судна по цьому показнику й розробки програм технічного обслуговування. Проведений огляд дозволив сформулювати напрямок необхідних наукових досліджень, спрямованих на забезпечення екологічної безпеки суден і підвищення їхньої експлуатаційної ефективності.

1. Вперше було доведено, що екологічне навантаження на повітряний басейн та економічні показники роботи судна визначаються станом та умовами теплопередачі на поверхнях утилізаційного контуру. При цьому відзначено, що відкладення продуктів згоряння рідкого вуглеводневого палива утримуються на зовнішніх поверхнях нагрівання УК під дією сил адгезії згідно з молекулярно-адгезійною теорією Дерягіна та її закономірностями. Причина адгезії - електростатичні сили на межі розподілу двох тіл, які виникають завдяки створеному в контакті подвійному зарядженому шару.

2. Наведено методику оцінки й прогнозування зміни екологічних і економічних характеристик судна в умовах експлуатації та розроблено методику організації екологічно безпечної, економічно ефективної і надійної експлуатації судна. Зявилася можливість розрахунку і номінування додаткових експлуатаційних видатків на добову витрату палива судна, організації експлуатації і технічного обслуговування елементів судна з мінімальними експлуатаційними видатками і екологічним навантаженням судна на навколишнє середовище.

3. Зроблено оцінку ефективності застосовуваних методів технічного обслуговування УК. Встановлено, що штатні системи обдування зовнішніх поверхонь паром неефективні. Відзначено, що сили зчеплення неполярних молекул у водному середовищі приблизно вдвічі більші за сили зчеплення тих самих поверхонь на повітрі. Це пояснює неефективність застосовуваних систем технічного обслуговування судна. Запропоновано схему модернізації системи видалення відкладень продуктів згоряння палива на зовнішніх поверхнях теплообміну УК та відповідні зміни до суднової технічної документації.

4. На поверхні сталевих труб УК присутня окисна плівка, що впливає на адгезійну міцність. Плівка із заліза з окисною плівкою Fe3O4 має підвищену у сотні разів адгезійну міцність, що пояснюється особливістю взаємодії цього окислу з вуглеводневою часткою. При цьому товщина окисної плівки на сталі не повинна перевищувати 25-30 нм, що досягається при температурі нагрівання поверхні 250°С.

5. На підставі експериментальних досліджень утилізаційного контуру отримано залежність екологічних показників судна в умовах експлуатації від товщини відкладень продуктів згоряння рідкого вуглеводневого палива на зовнішній поверхні теплообміну котла. Встановлено критичну товщину шару відкладень на зовнішніх поверхнях нагрівання, при якій внаслідок погіршення екологічних та економічних показників необхідно здійснити позачергове технічне обслуговування котла.

6. Теоретично передбачені закономірності зміни екологічних і економічних показників залежно від товщини шару відкладень продуктів згоряння рідкого вуглеводневого палива на зовнішніх поверхнях нагрівання котла збігаються зі спостережуваними параметрами в процесі експлуатації суден. Визначено очікувану похибку теплотехнічних випробувань, яка дорівнює 5,8%; ступінь розбіжності отриманих теоретичних і експериментальних значень не перевищує 10%.

7. Визначено ознаки погіршення екологічних показників судна під час експлуатації. Розроблено рекомендації судновим екіпажам щодо забезпечення екологічно безпечної, економічно ефективної та надійної експлуатації судна.

8. Результати роботи дозволяють: § покращити екологічні показники в умовах експлуатації судна за рахунок зниження температури вихлопних газів на 15-20°С;

§ знизити загальні експлуатаційні видатки судна на 3-4%;

§ знизити час і витрати на технічне обслуговування й ремонт судна.

1. Ромашко В.Н. Особенности динамики судовых утилизационных контуров на разных режимах работы главных двигателей / Ромашко В.Н. // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. - 2004. - Вып.10. - Одесса: ОНМА. - С. 65-67.

2. Ромашко В.Н. Результаты теплотехнических испытаний утилизационного контура с котлом «Diesecon» / В.Н. Ромашко, С.М. Сурин // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. - 2001. - Вып. 6. - Одесса: ОНМА. - С. 97-100 (здобувачу належать: проведення експериментів і аналіз їх результатів; розрахунки; формулювання висновків).

3. Ромашко В.Н. Сравнение результатов теплотехнических испытаний утилизационных контуров с котлом «Diesecon» / В.Н. Ромашко, С.М. Сурин // Судовые энергетические установки: научн.-техн. сб. - 2002. - Вып. 7. - Одесса: ОНМА. - С. 110-114 (здобувачу належать: проведення експериментів і аналіз їх результатів; перевірка адекватності висновків попередніх досліджень; розрахунки; формулювання висновків).

4. Ромашко В.Н. Моделирование на ЭВМ расчетов утилизационных контуров на переменных режимах работы главного двигателя / В.Н. Ромашко, С.М. Сурин // Судовые энергетические установки: научн.-техн. сб. - 2003. - Вып. 8. - Одесса: ОНМА. - С. 86-89 (здобувачу належать: розробка математичної моделі УК, одержання лінійних залежностей, формулювання висновків).

5. Ромашко В.Н. Особенности коррозионных процессов во вспомогательных паросиловых установках / С.М. Сурин, В.Н. Ромашко // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. - 2000. - Вып. 5. - Одесса: ОГМА. - С. 119-121 (здобувачу належать: обговорення структури статті; аналіз особливостей корозійних процесів у допоміжних паросилових установках; формулювання висновків).

6. Ромашко В.Н. Теплотехнические испытания утилизационных контуров / В.Н. Ромашко, С.М. Сурин // Мат. Междунар. науч.-практ. конф. «Динамика научных исследований 2003». - Днепропетровск - Ивано-Франковск - Кривой Рог, 2003. - Т. 37. - С. 24-26 (здобувачу належать: проведення експериментів та їх інтерпретація; формулювання висновків).

7. Ромашко В.Н. Очистка проточной части утилизационного котла / Ромашко В.Н. // Мат. міжнар. наук.-техн. конф. студентів, науковців та фахівців «Суднова енергетика: стан та проблеми». - Миколаїв: НУК. - 2007. - С. 33-35.

Размещено на .ru