Nava Tip Tanc Petrolier. Actionarea Instalatiei de Transfer Marfa

Nava tip tanc petrolier. Actionarea instalatiei de transfer marfa

Capitolul I

Descrierea unui tanc petrolier cu dublă acțiune de 106.000 tdw

Generalități

Principiul din spatele conceptului DAT (Double Acting Tanker) este că, la fel ca cele mai multe vase, se deplasează pe direcția înainte în apă deschisă și, prin urmare, are o provă cu formă extrem de hidrodinamică, pentru a micșora rezistența la înaintare a apei iar atunci când navighează în zone cu gheață, se deplaseaza înapoi, caz în care pupa armată este folosită pentru a sparge gheața. Sistemul de propulsie electrică cu motor Azipod este folosit pentru a produce un jet de apă între gheață și corpul navei, lubrifiind contactul dintre pupa navei si gheată.

Nava petrolieră din cadrul proiectului:

este destinată navigației maritime în zonele cu gheață si nu numai;

are corpul din oțel;

are instalație cu propulsie electrica de tip Azipod cu o singură unitate de 16 MW;

instalațiile de va bord sunt predominant electrice;

are un tonaj brut de 64259;

are tonaj net 30846;

are 106034 tone deadweight;

are lungime maximă de 252.00 m;

are lungime între perpendiculare de 237.59 m;

are lățimea de 44.00 m;

are înăltimea de construcție de 22.5 m;

are înăltimea maximă de 53.1 m;

are pescajul de 12.00 m;

a fost construită în Șantierul Sumitomo Heavy Industries din Japonia;

are o punte continuă;

are 14 tancuri cu un volum total de 121158.2 metri cubi;

are 3 pompe pentru marfă a cate 1600 kW, cu un debit total de 10000 m3 pe oră.

Propulsia este furnizată de către o singura unitate ABB Azipod capabilă sa se rotească la 360o cu o putere maximă continuă de 16MW (15MW puterea nominală). Capsula este situată în afara corpului navei și conține motorul electric și o elice cu pas fix.

Energia electrică necesară este asigurată de cinci generatoare diesel Wärtsilä, dintre care două a câte 6000 kW, două a câte 4000 kW și un generator auxiliar de 1.700 kW, fiecare producând curent la o tensiune de 6.6kV CA și 60Hz. Toate aceste diesel generatoare utilizează drept combustibil pacura, având un consum total de 56 tone/zi.

Curentul generat este alimentat într-un tablou de comandă și la sistemul de propulsie cu cicloconvertor, care conține în final motorul electric. Acest sistem de propulsie oferă navei o viteză de 17 noduri în apă deschisă. În gheață, petrolierul poate merge cu o viteză de 3 noduri, într-un strat de gheață gros de 1m . Pentru manevră în port, există, de asemenea, două propulsoare prova de tip bow-thruster cu o putere de 1750 kW fiecare. Firma ABB a furnizat sistemul de propulsie diesel electric.

Navele de tip tanc petrolier sunt destinate îi scopul transportului de țiței brut sau produse petroliere.

Datorita specificului mărfii transportate, la bordul navei de tip tanc se impune existența unor instalații de bord adecvate, pentru:

încărcarea/descărcarea mărfii;

evacuarea din tancuri a gazelor;

curățirea și spălarea tancurilor;

încălzirea mărfurilor vâscoase;

măsurarea nivelului în tancuri etc.

Dintre condițiile specifice impuse instalațiilor caracteristice navelor tancuri petrolier se menționează:

prevenirea incendiilor și a poluării apei de mare;

vehicularea rapidă a mărfii la încărcare/descărcare;

prevenirea degradării mărfii transportate.

Încărcarea alternativă a tancurilor de marfă, cu produse petroliere (în cursele utile) și cu apă de mare (balast), accelerează fenomenul de coroziune a elementelor de structură. La tancurile petroliere construite recent, a fost înlăturat acest inconvenient prin amenajarea tancurilor speciale de balast, în dublul fund și respectiv între tancurile de marfă.

Compartimentele de pompe si tancurile de balast, dacă nu comunică direct cu compartimentele de mașini sau cu încăperile de locuit, pot fi considerate drept coferdamuri.

Datorită variațiilor de temperatură, se modifică volumul mărfii transportare, necesitând existența unor spații libere în tancuri. Această măsură are două consecințe negative:

micșorează stabilitatea inițială;

prin amestecul de vapori de petrol și aer, ce se formează la partea superioară a tancurilor, se creează condiții favorabile producerii unor incendii sau explozii.

Aceste consecințe se înlătură prin utilizarea diafragmelor de ruliu și de tangaj și respectiv prin dotarea tancurilor petroliere cu instalații de gaze inerte (obținute, de obicei prin filtrarea gazelor arse evacuate de motorul principal al navei sau motoarele auxiliare) în spațiile libere din partea superioară a tancurilor de marfă.

În caz de avarie la corp, apa, având densitatea mai mare decât produsele petroliere transportate, va pătrunde până când se umplu spațiile lăsate libere pentru variațiile de volum menționate mai înainte. Din acest motiv, tancurile petroliere prezintă o nescufundabilitate mult mai mare decât a navelor pentru transportul mărfurilor uscate.

Nava propusă în proiect:

va fi de tip petrolier cu corpul din oțel;

va avea instalație de balast separată;

va avea instalație de transfer a mărfii electrică;

va avea propulsie electrică;

va avea prova cu bulb și pupa armată pentru spargerea gheții.

În pupa zonei tancurilor de marfă sunt prevăzute: compartimentul de pompe și compartimentul mașini, cu tancuri laterale și în dublu fund pentru combustibil greu, motorină și balast, tancuri de decantare și serviciu, tancuri pentru apă dulce, tancuri de ulei etc.

Suprastructura pentru amenajări este amplasată la pupa navei.

Nava va fi construită comform ''Lloyd's Register of Shipping''.

La construcția corpului navei se va folosi sistemul longitudinal de osatură pentru întreaga navă, exceptând extremitățile pentru care s-a adoptat sistemul transversal de osatură. Trecerea de la un sistem de construcție la altul se execută în așa fel încât să se asigure continuitatea structurii principale în conformitate cu regulile de construcție.

1.2 Particularități ale navelor de tip petrolier

În construcția și proiectarea petrolierelor trebuie să se țină cont de :

Solicitările dinamice suplimentare, determinate de forțele de inerție ale maselor de lichid transportate care efectuează mișcări neuniforme , pe timpul solicitărilor navei;

Sporirea pericolului de incendii și explozii, determinat de prezența amestecului format din aer și vaporii emanați de combustibilul lichid transportați;

Micșorarea stabilității inițiale transversale și longitudinale, determinată de influența suprafețelor libere ale lichidelor ce se transportă;

Modificarea volumului încărcăturii lichide transportate, datorită variațiilor de temperatură;

Accentuarea coroziunii structurilor din tancurile de marfă;

La marea majoritate a petrolierelor actuale, suprastructurile și rufurile sunt concentrate în castelul pupa, adăugându-i-se, în mod obligatoriu, teuga extinsă pe cel puțin 0,7 L. Prin concentrarea tuturor încăperilor de locuit în castelul pupa, se scurtează mult conductele diverselor instalații ce le deservesc. Există totuși, încă multe petroliere, în exploatare, care dispun și de un castel central destinat cabinei de navigație si amenajării unor încăperi de locuit. Deoarece gurile de încărcare a mărfii au dimensiuni reduse și sunt asigurate cu capace etanșe, înălțimea bordului liber la petroliere este mai mică decât la celelalte tipuri de nave. Din acest motiv, puntea este des inundată de valuri. Pentru a se ușura evacuarea apei de pe punte, parapetul a fost înlocuit de o balustradă metalică.

Asigurarea unei asiete corespunzătoare, pe timpul navigației la plină încărcare, se realizează în trei moduri:

prin prevederea unei magazii de mărfuri uscate lângă picul prova (de regulă rămâne neîncărcată);

prin mărirea volumului tancurilor de marfă din pupa, supraînălțând puntea în această zonă;

prin acceptarea unor forme geometrice ale corpului navei, cu centrul de carenă deplasat spre prova.

Între tancurile de marfa și celelalte compartimente se prevăd coferdamuri verticale și orizontale. La petrolierele destinate transportului produselor petroliere cu punctul de inflamabilitate sub 20 ºC, trebuie să existe coferdamuri și între tancurile de marfă și cele de combustibil pentru mașinile principale și auxiliare.

Încărcarea alternativă a tancurilor de marfă, cu produse petroliere și cu apă de mare, accelerează fenomenul de coroziune a elementelor de structură. La petrolierele moderne acest incovenient a fost înlăturat prin amenajarea tancurilor speciale de balast, în dublu fund și respectiv între tancurile de marfă.

În cazul petrolierelor moderne, spațiul destinat transportului de marfă este împărțit prin doi pereți longitudinali etanși și un număr oarecare de pereți transversali etanși, în tancuri de marfă centrale și laterale Tb-Bd. Numărul pereților transversali etanși, în tancuri de mărfă centrale, astfel că, transportatoarele de produse petroliere sunt prevăzute cu un număr mai mare de asemenea pereți, comparativ cu transportatoarele de țiței, fapt ce le permite primelor să transporte un număr mai mare de tipuri diferite de produse petrolier.

Fig.1.1 Dispunerea cargotancurilor pe o navă transportatoare de produse petroliere (Cp – camera pompelor; TfM- cargotancuri foarte mari pentru sorturi speciale de marfă )

În figura 1.1 este prezentată o amenajare tipică pentru transportatoarele de produse albe. Nava cuprinde un număr de șase tancuri centrale și opt tancuri laterale, fapt ce o face capabilă să poată transporta aproximativ 14 tipuri de produse diferite. Fiecare pereche de tancuri laterale trebuie să transporte același tip și aceiași cantitate de produse petroliere, pentru a nu crea probleme la încărcare și descărcare și pentru a nu supune corpul navei la eforturi diferite. Navele destinate transportului de țiței, în general, sunt prevăzute cu un număr mai mic de cargotancuri. Așa cum se vede în figura 2 o navă tipică pentru transportul de țiței este prevăzută cu un număr de cinci tancuri centrale și șase perechi de tancuri laterale. Numărul mai mic de tancuri laterale se explică prin necesitatea de a se transporta o cantitate suplimentară de balast, în timpul voiajului cu nava în balast.

Fig.1.2 Dispunerea cargotancurilor pe o navă petrolier (a – perete transversal etanș deschis pentru reducerea efectului suprafeței libere; Ts – tanc de slop; Cp – Camera pompelor; TPB – tanc permanent de balast)

Instalația de încărcare-descărcare a mărfii este de tip electric. Pompele acestei instalații sunt dispuse în compartimente special amenajate. Petrolierele mici și mijlocii au un singur compartiment de pompe, situat în zona de mijloc a navei sau în prova compartimentului mașini. Petrolierele mari au două compartimente de pompe, situate unul în prova compartimentului mașini, iar celălalt în pupa picului prova sau în zona centrală a corpului navei. În scopul de a ușura operațiunile de încărcare-descărcare, marfa se fluidizează prin încălzire, cu ajutorul aburului care circulă prin serpentine dispuse pe fundul tancurilor. În practică, se intâlnesc două sisteme de tubulaturi larg răspândite la petroliere:

sistemul circular (circular lin sau ring main) – fig.1.3 , constând dintr-o magistrală circulară pe fundul spațiului de încărcare, conectată la tubulaturi ce duc la camera pompelor și la manifoldul de pe punte. Magistrala inelară are ramificații transversale cu sorburi în fiecare tanc de marfă.

sistemul direct (direct line sau block arrangement) – figura 1.4 la care fiecare tronson este deservit de o singură magistrală conectată cu manifoldul și cu camera pompelor, având ramificații transversale în fiecare tanc din grupul care formează tronsonul. Acest sistem de tubulaturi poate să asigure în același timp și o linie de încărcare unică pentru toate tronsoanele.

Fig.1.3 Sistemul circular de tubulatură, (a – vedere schematică; b – schema izometrică)

Încărcarea petrolierelor nu solicită instalația de pompare a navei deoarece presiunea necesară împingerii lichidului prin tubulaturi este asigurată de instalația terminalului, în funcție de rata de încărcare. Descărcarea însă, necesită instalația de pompare a navei, în care rolul principal îl au pompele de marfă situate într-un compartiment special numit camera pompelor.

Sistemul de balast constă din mai multe tancuri laterale dispuse in dublul fund, lângă cele de marfă, două pompe de balast montate în camera pompelor ( de 800 si respectiv 330 kW ) și tubulatura de interconectare. Pompa de balast curat poate aspira apa prin fiecare priză de mare, prin intermediul unei tubulaturi dispuse transversal în camera pompelor și poate refula apa de balast curat în orice tanc destinat acestui scop. Debalastarea tancurilor de balast curat poate fi realizată prin aspirarea din oricare tanc și refularea peste bord, prin oricare din prizele de mare. Balastul de apă de mare transportat în cargotancuri este considerat ca balast murdar, chiar dacă tancurile au fost spălate cu țiței în timpul descărcării mărfii. Din motive de prevenire a poluării mediului marin, balastul murdar nu poate fi deversat în întregime peste bord. După deversarea apei curate, restul de balast murdar este transferat într-un tanc de slop, unde este lăsat o perioadă corespunzătoare de timp pentru decantare, cca. 24-36 ore.

Fig1.4 Sistemul direct de tubulatură (a – vedere schematică; b – vedere în perspectivă)

În general tancurile de slop sunt prevăzute cu serpentine de încălzire care ajută la scurtarea timpului de decantare. Pomparea apei se va face printr-un sistem de supraveghere continuă și înregistrare a deversării, pentru respectarea condițiilor impuse de MARPOL ’73/78, referitoare la menținerea unei concentrații de petrol mai mică de 15 p.p.m. în apa deversată de la bord. În urma eliminării apei petrolul este reținut la bord și este manipulat ca marfă.

Datorită dezvoltării de-a lungul timpului a navelor transportatoare de produse petroliere s-a simțit nevoia întocmirii unei clasificări după mărimea acestora. Astfel putem distinge trei grupe distincte:

petroliere mari – până la 160000 tdw;

superpetroliere sau supertancuri – între 160000 tdw si 400000 tdw – very large crude carriers (VLCC);

petroliere mutant sau petroliere gigant – peste 400000 tdw – ultra large crude carriers (ULCC).

Superpetrolierele și petrolierele mutant au acces doar în câteva porturi din cauza pescajului mare, fiind angajate să transporte petrol pe distanțe foarte mari, între Orientul Mijlociu și rafinăriile din Europa, America de Nord și Japonia. Petrolierele mari sunt angajate în transportul de țiței între zonele petrolifere și rafinării, care nu pot fi deservite de superpetroliere sau de petroliere mutant, având avantajul de a putea trece prin canale și strâmtori.

Petrolierele moderne sunt nave specializate, atât prin construcția și dotările lor, dar și prin capacitatea lor de transport a produselor petroliere în gamă largă. Dar termenul de specializare se referă la nave de construcție specială, capabile să transporte minereuri sau cărbuni pe o rută, într-o direcție și petrol în călătoria de înapoiere. Sunt nave cu dublă folosință, cu ajutorul cărora s-a rezolvat problema navlului de înapoiere și s-a redus la minimum perioada de navigație în balast. Deoarece minereurile sau cărbunii sunt transportați în vrac, aceste nave au primit și denumirea de vrachiere combinate.

Până în prezent s-au construit două tipuri de astfel de nave deosebite fundamental între ele:

Petrolierul combinat pentru minereu-petrol (oil ore carrier) sau nava de tip O/O. Nava este amenajată să transporte în compartimentele centrale minereu. Aceste compartimente au dublu fund, au gurile de încărcare mari și sunt dotate cu capace metalice; pereții laterali sunt în pantă ca să se asigure autorujarea. Petrolul este transportat în tancurile laterale, care sunt prevăzute cu tubulatura obișnuită a petrolierelor.

Petrolierul combinat pentru mărfuri în vrac-petrol (bulk oil carrier) sau nava de tip OBO. Este una dintre cele mai perfecționate nave specializate, putând transporta la capacitate totală (numai în magaziile centrale) fie petrol, fie mărfuri solide în vrac (minereuri, cărbuni, fosfați). Tancurile laterale mai înguste sunt folosite numai pentru balast. Magaziile sau tancurile centrale sunt mai mari și au dublu fund prin care trec tubulaturile de încărcare/descărcare a petrolului. Sistemul de balastare este complet independent de tubulatura de marfă; în cazul când este necesar să se balasteze una sau mai multe magazii centrale, se folosește tubulatura de marfă.

Caracteristicile geografice ale multor porturi, dane, fluvii și canale, impun o limitare a dimensiunilor petrolierelor și, pentru a fi eficiente, aceste nave trebuie să aibă o viteză mai mare, capacitate superioară de pompare și o perfectă planificare a traficului. Termenul de petrolier costier sau de cabotaj face referință o navă petrolieră până la 5000 tdw folosită în transporturile de cabotaj. În această categorie intră:

petrolierele de produse albe;

petrolierele de produse negre;

petrolierele de produse speciale.

Petrolierele de cabotaj sunt construite pentru unul și același transport, neputând trece de la produse albe, la produse negre și invers. Petrolierele de produse speciale, trebuie să aibă o oarecare flexibilitate în privința sortului de marfă transportat. Aproape toate petrolierele costiere au un perete de separare diametral, care împarte spațiul de încărcare în tancuri de marfă separate: babord si tribord. Petrolierele costiere mai mari au puț de expansiune și sunt fără tancuri de vară. În toate cazurile mașina principală de propulsie se află la pupa, iar la petrolierele mici moderne, comanda de navigație și cabinele, sunt amenajate de asemenea la pupa. În ultimul timp se folosesc destul de des containere flexibile remorcate, de tip dragon care transportă lichide mai ușoare decât apa nu numai în acvatoriile protejate, ci și în largul mării. Aceste containere au învelișul din nailon foarte rezistent și elastic căptușit în interior cu un strat de cauciuc special, iar la exterior cu neopren. Nava poate suporta marea rea mai bine decât șlepurile, dar din cauza riscului de poluare, au pierdut avantajele oferite de șlepurile tanc.

1.3 Elemente constructive

Sistemul general de osatură, ce se aplică în construcția petrolierelor, poate să fie longiudinal (la navele cu L > 180 m) sau combinat (pentru navele L 180m). Planșeele de fund (cu simplu fund sau cu dublu fund) din zona tancurilor de marfă se construiesc în sistem de osatură longitudinal. Planșeele de bordaj se pot construi în sistemele de osatură transversal sau longitudinal (cu simplu bordaj sau cu dublu bordaj). Planșeele de punte sunt construite în sistem de osatură longitudinal. Petrolierele moderne au prevăzută o singură punte continuă în zona magaziilor de marfă (puntea principală). Gurile de încărcare a mărfii au secțiunea circulară sau eliptică de arie maxima 1 m². Capacele gurilor de încărcare trebuie să fie metalice și să asigure închiderea ermetică a tancurilor de marfă.

Pereții transversali și longitudinali asigură o compartimentare riguroasă și pot fi plați sau gofrați. De regulă, pereții transversali se construiesc în sistem de osatură vertical, respectiv cu gofre orizontale sau verticale. Pereții longitudinali se pot construi în sistem de osatură orizontal (la navele cu L > 180m) sau vertical (la navele cu L 180 m). Numărul pereților longitudinali depinde de mărimea navei:

la petrolierele mici se prevede un singur perete dispus în PD;

la petrolierele mijlocii și mari se prevăd doi pereți dispuși lateral;

la petrolierele foarte mari se prevăd trei pereți dispuși unul în PD și doi în lateral.

La majoritatea petrolierelor actuale, suprastructurile și rufurile sunt concentrate în castelul pupa. Acestuia adăugandu-i-se în mod obligatoriu teuga extinsă pe cel puțin 0.07 L.

Înălțimea bordului liber la petroliere este mai mică decât la celelalte tipuri de nave deoarece gurile de încărcare a mărfii au dimensiuni reduse și sunt asigurate cu capace etanșe. Din acest motiv puntea este des inundată de valuri.

Nomenclatura elementelor de structură principale ale corpului de nava construit in sistem de osatură longitudinal

Din reprezentarea secțiunii transversale maestre a unei nave tip petrolier, construită in sistem de osatura longitudinal, se evidențiază următoarele elemente de structură principale:

Fig.1.5

varangă;

suport central;

suport lateral;

longitudinală de fund;

longitudinală de dublu fund;

nervură verticală de rigidizare a varangei;

nervură orizontală de rigidizare a varangei în zona găurii de ușurare;

tabla marginală;

guseul de gurnă (cu nervuri de rigidizare);

coastă întărită;

longitudinală de bordaj exterior;

longitudinală de bordaj interior;

nervură de rigidizare a coastei;

traversă întărită a punții principale;

longitudinală de punte;

curent de punte;

nervură verticală de rigidizare a traversei punții;

nervură orizontală de rigidizare a traversei punții în zona găurii de ușurare;

guseu de legătură a traversei punții principale cu bordajul interior;

montant al peretelui longitudinal;

guseu de legătură între montantul peretelui longitudinal și traversa punții principale;

chilă;

învelișul rundului;

învelișul dublului fund;

guseu de legătură între montantul peretelui longitudinal și puntea dublului fund;

învelișul gurnei;

învelișul bordajului exterior;

centura punții principale;

învelișul bordajului interior;

tabla lăcrimară a punții principale;

învelișul punții principale;

învelișul peretelui longitudinal

1.4 Cerințe specifice navelor cisternă

Ca prototip de navă cisternă s-a adoptat nava cu o singură punte, cu compartimentul mașini la pupa, cu pereți transversali și cu unul, doi sau trei pereți longitudinali.

Gurile tancurilor de marfă

Grosimea ramei gurii de încărcare, având o înălțime mai mică de 750 mm va fi de 10 mm, iar dacă înălțimea este mai mare sau egală cu 750 mm va fi de 12 mm. Ramele având înălțimea mai mare de 750 mm, iar lungimea mai mare de 1,25 m se vor întări cu nervuri de rigidizare.

Pasarele și parapete

Construcția pasarelei va fi rezistentă și va fi prevăzută cu un număr suficient de îmbinări mobile, glisante sau elastice.

Îmbinările, elastice și glisante vor fi prevăzute și la pozarea cablurilor și montarea conductelor, dacă acestea din urmă sunt fixate de pasarelă.

Punțile deschise superioare și punțile suprastructurilor vor fi prevăzute cu un parapet rezistent sau cu o balustradă.

Construcția unui parapet continuu se admite numai în afara zonei tancurilor de marfă, iar sabordurile acestor parapete nu vor avea capace. În zona tancurilor de marfă și în intervalele dintre suprastructuri, se vor monta în mod normal numai balustrade.

Construcția corpului

În zona tancurilor de marfă sistemul de construcție al punții și fundului va fi longitudinal, iar al bordajului și pereților longitudinali va fi transversal sau longitudinal.

Navele cisternă cu L > 180 m vor avea bordajele și pereții longitudinali în sistemul longitudinal.

În zona tancurilor de marfă, dacă se transportă petrol sau produse petroliere, sistemul de construcție al subansamblurilor mobile (fixările capacelor de la gurile de încărcare, îmbinările glisante etc.) va fi realizat, astfel încât să fie preîntâmpinată, cu totul, posibilitatea formării scânteilor.

Lungimea și lățimea tancurilor de marfă

Lungimea oricărui tanc de marfă nu va depăși 10 m sau una din valorile de mai jos, adoptându-se valoarea cea mai mare:

dacă se prevede un perete longitudinal etanș în planul diametral: l = 0,15 L, [m];

dacă se prevăd doi sau mai mulți pereți longitudinali: 1 = 0,2 L, [m].

Distanța dintre pereții longitudinali nu trebuie, de regulă, să depășească 0,6 B. Dacă lățimea tancurilor centrale depășește 0,6 B, lungimea lor nu trebuie să depășească valoarea: (0,35— 0,25 b/B) L în care b – distanța dintre pereții longitudinali, [m].

În cazurile în care lungimea tancurilor depășește cea mai mare valoare dintre 0,1 L sau 15,0 m se va dispune un perete de tangaj la jumătatea lungimii tancului. Se poate renunța la dispunerea peretelui de tangaj dacă rezistența construcției este confirmată prin calcul după o metodă agreată de RNR.

Condițiile suplimentare pentru executarea structurii principale a corpului

În cadrul sistemului longitudinal, longitudinalele punții, fundului, bordajului si pereților longitudinali, situate la 0,1 D de la linia de bază și respectiv de lăcrimară, vor fi continue adică vor trece prin pereții transversali.

Dacă L > 180 m toate longitudinalele vor fi continue, adică vor trece prin pereții transversali.

În cazurile în care longitudinalele se întrerup în dreptul pereților transversali, continuitatea lor va fi asigurată cu ajutorul guseelor continue, care trec prin peretele transversal. Capetele longitudinalelor în dreptul pereților transversali trebuie să fie tăiate astfel încât să elimine concentrațiile de tensiuni.

Longitudinalele punții, fundului, bordajelor și pereților longitudinali trebuie să treacă neîntrerupt prin osatura transversală întărită. Inimile lor se vor suda de osatura întărită.

Cerințele referitoare la osatura întărită:

Osatura întărită (carlinga centrală, carlingile laterale, varangele, traversele, diafragmele de ruliu si tangaj, coastele, curenții, montanții și strungherii) în zona tancurilor de marfa, trebuie să formeze, pe cât posibil, între ele, cadre. Înălțimea inimii osaturii întărite, dacă nu există alte prescripții speciale, trebuie să fie cel puțin 0,13 din deschiderea ei.

La navele cu doi sau mai mulți pereți longitudinali, înălțimea și lățimea guseelor varange – montanți întăriți, din tancurile laterale, vor fi cel puțin egale cu:

C=h, [m]

în care:

h – înălțimea inimii montantului întărit, [m];

1 – distanța dintre pereții transversali (inclusiv diafragmele), [m];

L – întotdeauna în calcul se va lua L ≥ 300 m.

În orice caz dimensiunile acestor gusee vor fi cu cel puțin 200% mai mari decât cele ale guseelor dintre coaste și varange.

Înălțimea și lățimea guseelor varangelor și traverselor întărite din tancul central de îmbinare cu osatura peretelui longitudinal se determină cu:

C=h, [m]

în care:

h – înălțimea inimii varangei (traversei întărite), [m];

4. Dacă se folosesc gusee aplicate secțiunea flanșei (platbenzii) guseului trebuie, de regulă, să fie cel puțin egală cu secțiunea platbenzii cadrului întărit.

PUNTEA

Grosimea învelișului și dimensiunile osaturii longitudinale ale punții din prova dunetei sau rufului pupa, trebuie menținute și spre pupa peretelui frontal prova, până în dreptul unei secțiuni situate la o distanță cel puțin egală cu lățimea puțului compartimentului mașini.

Dacă marginea prova a decupării puțului compartimentului mașini este situată la o distanță mai mică decât aceea indicată mai sus față de peretele prova al dunetei (rufului pupa) se poate cere o întărire suplimentară a punții în această zonă.

Concluzii

Nava propusă în proiect:

va fi de tip petrolier cu corpul din oțel;

va avea instalație de balast separată;

va avea propulsia electrică pentru a facilita navigația în zone cu gheață;

va avea prova cu bulb și pupa armată pentru spargerea gheții.

În proiectarea și construcția petrolierelor trebuie să se țină cont de următoarele:

Apariția solicitărilor dinamice suplimentare, determinate de forțele de inerție ale maselor de lichid transportate care, pe timpul solicitărilor navei, efectuează mișcări neuniforme;

Sporirea pericolului de incendii și explozii, determinat de prezența amestecului format din aer și vaporii emanați de combustibilul lichid ce se transportă.

Micșorarea stabilității inițiale transversale și longitudinale, determinată de influența suprafețelor libere ale lichidelor ce se transportă;

Modificarea volumului încărcăturii lichide transportate, datorită variațiilor de temperatură;

Accentuarea coroziunii structurilor din tancurile de marfă.

Capitolul II

Instalații specifice navelor de tip petrolier

Datorită specificului mărfii transportate în cazul navelor petroliere se impune existența unor instalații de bord adecvate pentru încărcarea – descărcarea mărfii, evacuarea din tancuri a gazelor, curățirea și spălarea tancurilor, încălzirea mărfurilor vâscoase, măsurarea nivelului în tancuri ș.a.

Dintre condițiile specifice impuse instalațiilor caracteristice navelor petroliere se menționează: prevenirea incendiilor și a poluării apei de mare, vehicularea rapidă a mărfii la încărcare și descărcare, prevenirea degradării mărfii transportate.

Instalațiile de marfă evacuează cea mai mare parte a mărfii, iar cele de curățire asigură evacuarea ultimului strat de petrol și a reziduurilor, în scopul curățirii tancurilor. Înstalațiile de spălare se folosesc pentru îndepărtarea din tancuri a reziduurilor grele, mai ales atunci când în tancul respectiv urmează să se transporte un produs petrolier mai ușor, sau apă de balast. De asemenea, tancurile sunt spălate la intrarea navei în reparație.

În scopul reducerii poluării apei de mare prin descărcările de hidrocarburi petroliere, conform normelor internaționale navele petroliere noi cu tonaj brut peste 150 TRB trebuie să dispună de tancuri de decantare, de capacitate de cel puțin 3% din capacitatea de transport a navei. Toate petrolierele trebuie să fie dotate cu câte un sistem de supraveghere și control al descărcărilor de hidrocarburi, prevăzut cu dispozitiv înregistrator de hidrocarburi în litri/milă marină parcursă. De asemenea, dispozitivul trebuie să înregistreze cantitatea totală de hidrocarburi deversate și să oprească descărcarea atunci când nu sunt respectate concentrațiile impuse în Anexa I a Convenției. La suprafața mărfii din tancuri se degajă vapori de produse petroliere. Instalațiile de evacuare a gazelor asigură comunicația cu atmosfera tancurilor de marfă, atunci când din cauze termice, apar diferențe mari de presiune între interiorul acestora și atmosferă.

Tancurile de marfă se degazează în scopul evacuării vaporilor de petrol, nocivi pentru om și periculoși în privința incendiilor. Degazarea poate fi combinată cu spălarea tancurilor sau poate fi utilizată separat, prin aburire.

Pentru asigurarea posibilității de aspirare a produselor petroliere grele, de vâscozitate mare, înainte de pompare, acestea se încălzesc ușor cu ajutorul serpentinelor de abur plasate pe fundul tancurilor sau numai în zona sorburilor.

Petrolierele sunt dotate cu instalații de balast, care permit reglarea poziției centrului de masă al navei în diferitele situații de exploatare. Navele petroliere noi, peste 20.000 tdw, trebuie să fie prevăzute cu tancuri separate pentru balast. Volumul acestor tancuri se determină din condiția ca la orice variantă de balastre, inclusiv cazul navei goale, plus balastul separat, să se obțină la mijlocul navei pescajul.

De asemenea, tancurile de balast separat sunt dispuse pe toată lățimea navei, astfel încât la avarierea bordajului riscul de poluare să fie minim.

2.1 Instalații de marfă și de curățire

Servesc la distribuirea în tancuri a mărfii trimise cu mijloacele terminalelor, precum și pentru debarcarea mărfii în portul de destinație, cu ajutorul instalațiilor navei. Instalația de marfă are pompe centrifugale de sarcini (80… 140) m CA, antrenate de obicei de turbine cu aburi( în cadrul proiectului actual cu motoare electrice ), a căror putere reprezintă (20.. .30) % din puterea mașinilor principale.

Timpul de debarcare a mărfii fiind limitat superior la (10… 12) ore, debitul instalației de marfă, exprimat în [t/h], reprezintă numeric 8… 12 % din încărcătura utilă a navei. Debitele individuale ale pompelor de marfă ajung la (2000.. .3000) t/h.

Pentru fiecare fel de marfă se folosesc tubulaturi proprii, ale căror diametre sunt: (0,3.. .0,5) m, dar care pot ajunge și la 0,7 m.

Pentru instalații de debite până la (250…300) t/h, se folosesc tubulaturi unice, atât pentru evacuarea mărfii, cât și pentru curățire.

În fiecare tanc de marfă tubulaturile de marfă și de curățire au valvule acționate manual de pe punte sau hidrostatic.

În figura 2.1 este reprezentată schema unei instalații cu conducte liniare. Ea se compune din: tubulatura instalației de curățire (stripping) 1; pompele de marfă 2, pompele de curățire 3, conductele verticale 4, dintre compartimentul pompelor de marfă și magistralele de punte, filtru 5, conductele flexibile 6, armăturile de sertar 7, tubulatură de punte 8, separată pentru fiecare fel de marfă, cuplajele rapide 9, pentru fixarea conductelor flexibile, tubulatura instalației de marfă 10, conductele de umplere 11, racordurile de aspirație ale instalației de marfă 12, cu armături cu sertar teleacționate, racordurile de aspirație al instalației de curățire 13, cu armături cu sertar teleacționate.

Când stratul de marfa ajunge la grosimea (0,7… l,0)m trebuie redus debitul pompelor de marfă, pentru a nu fi aspirat și aer. Se ajunge astfel să poată fi aspirată marfa până h (0,04…0,05)m. Stratul de marfă rămas este aspirat de pompele de curățire, până la (0,015…0,025) m.

Fig.2.1

Schema instalației permite ambarcarea și debarcarea simultană a câtorva feluri de marfă. O soluție tehnică este tubulatura inelară, independentă pentru fiecare grupă de tancuri.

O soluție deosebită o constituie instalația de marfă fără tubulaturi în tancuri. Marfa ajunge la sorburi amplasate într-unul din tancurile din pupa, trecând dintr-un tanc într-altul, prin golurile practicate în pereții transversali obturate de valvule teleacționate. Această soluție elimină posibilitatea întreruperii funcționării pompei de marfă din cauza pătrunderii aerului în ramura tancului golit. De asemenea se limitează pătrunderea în pompă a ruginii și fracțiunilor grele depuse în celelalte tancuri. Stratul de marfă rămas este evacuat de pompele de curățire sau de ejector prin sorburi, care sunt amplasate în cele mai joase locuri ale compartimentelor, ținând cont de necesitatea scurgerii mărfii spre pereții transversali pupa. Pentru ambarcarea mărfii sunt folosite tuburi speciale, iar pentru balastare cu apă de mare armăturile kigston.

Fig2.2 Fig.2.3

Instalațiile cu o singură tubulatură pentru marfă și curățire pot folosi sorburi cu secțiune variabilă (figura 2.2). La început sorbul lucrează cu debit maxim, având flotoarele ridicate și aspirând și prin canalele 1. La reducerea nivelului aceste canale sunt închise de flotoarele 3 și sorbul aspiră numai prin canalul inferior 2.

În ramura de aspirație a pompelor de descărcare presiunea trebuie să fie superioară celei de vaporizare pentru temperatura de funcționare. Instalațiile moderne sunt prevăzute cu sisteme de dezaerare. În figura 2.3 este reprezentată schema instalației de curățire de la un petrolier de 85.000 tdw, în care este inclus și un degazor 3. La descărcare sunt deschise armăturile teleacționate 6 și 8, pompa aspirând prin sorbul 2. La reducerea presiunii pe ramura de aspirație datorită scăderii nivelului în tancuri, armătura 6 se închide și se deschide armătura 5, care pune în comunicație pompa 4 cu sorbul mic 1. Concomitent pompa își micșorează automat turația, pentru a-și reduce debitul la (10.. .25)% din cel nominal. Pe măsură ce apare aer în tubulatura de aspirație, acesta este colectat în degazorul 3. La scăderea nivelului în degazor datorită acumulării de gaze, pentru ca pompa să nu se dezamorseze, se închide automat armătura 8 și se deschide automat armătura 7, pompa refulând în degazor, în care presiunea devine mai mare ca presiunea atmosferică. Armătura cu arc 9 se deschide, gazele sunt evacuate în atmosferă, iar nivelul lichidului în degazor crește până la valoarea nominală. La creșterea nivelului armătura 7 se închide automat, fiind comandată de un traductor de nivel care nu este reprezentat în schemă și totodată se deschide armătura 8, prin care țițeiul este refulat la mal.

Există și nave multifuncționale pentru mărfuri în vrac și țiței, cu sisteme autonome de pompe și tubulaturi pentru fiecare magazie în parte, în acest caz numărul de sorturi de produse petroliere care se pot transporta este egal cu numărul de magazii.

Instalația (figura 2.4) se compune din pompa primară înecată 1, amplasată în magazie și din pompa auxiliară 2 și încălzitorul cu abur 3, coborând gravitațional, la extremitatea din prova magaziei.

Fig.2.4

Când este necesară încălzirea mărfii, pompa înecată 1 aspiră petrolul din magazie și îl refulează spre încălzitorul 3, de unde ajunge din nou la magazie. La descărcare, pompa primară 1 aspiră din pupa magaziei și refulează în ramura de aspirație a pompei auxiliare 2, care la rândul ei refulează la mal. Pentru a asigura alimentarea continuă a chesonului de aspirație, acesta este conectat cu fiecare parte laterală a magaziei, așa cum este reprezentat în secțiunea transversală. Pentru situații de avarie pompa unei magazii poate deservi și magazia adiacentă.

2.2 Instalația de evacuare a gazelor

La suprafața liberă a mărfii lichide, depozitate în tancuri, se formează vapori ușor inflamabili. Datorită variațiilor diurne de temperatură, marfa se dilată ziua și se contractă noaptea. Dacă tancurile de marfa ar comunica liber cu atmosfera, în timpul zilei vaporii de petrol ar fi evacuați în atmosferă, iar în timpul nopții aerul atmosferic ar fi aspirat în tancuri, mărindu-se în ambele cazuri pericolul de incendiu. Navele petroliere sunt construite astfel încât în condiții normale de exploatare, magaziile de marfă sunt izolate de atmosferă. Pe tubulaturile de aerisire sunt montate supape de siguranță care se deschid numai la creșterea sau reducerea exagerată a presiunii în magazii.

La toate magaziile de marfă, tubulatura de aerisire este racordată în partea superioară, de regulă pe plafonul puțului de dilatare. Considerând volumul inițial al mărfii din tanc V0, pentru variația de temperatură t, volumul mărfii devine:

Vt = V0(l+βt)

Variația de volum AV = V1 – V0 = V0 * * t reprezintă tocmai volumul util al puțului de dilatare. Ținând cont de valorile coeficientului de dilatare volumică pentru produse petroliere, raportul AV/ V0 = βt = (0,01… 0,04), deci volumul puțului de expansiune reprezintă (1 …4)% din volumul tancului de marfa.

În scopul reducerii suprafeței libere de evaporare, precum și pentru a nu afecta stabilitatea navei datorită suprafețelor libere mari, tancurile de marfa se încarcă până deasupra marginii inferioare a puțului de expansiune, de obicei cu aproximativ o treime din înălțimea puțului.

Capătul fiecărui tub de aerisire este dotat cu site duble de protecție împotriva propagării flăcării. Dacă la aceiași tubulatură de aerisire sunt racordate, prin ramificații, mai multe magazii de marfă, pe fiecare ramificație trebuie montate site de protecție.

Dacă petrolierul dispune de instalații speciale (de exemplu, de degazare), prin care tancurile de marfă comunică între ele, pe fiecare ramificație este bine să se instaleze câte o armătură specială de aerisire, pentru a elimina posibilitatea ieșirii aerului din toate magaziile atunci când presiunea gazelor crește numai într-un tanc.

Fig.2.5

În figura 2.5 este prezentată schema instalației de evacuare a gazelor la un petrolier echipat cu sistem de degazare. Ea este formată din puțul de dilatare 1, armătura de aerisire 2, dispozitivele de reținere a flăcării 3 și 10, coloana 4, magistrală de evacuare a gazelor pentru grupurile de tancuri cu același fel de marfă 5, conductele de evacuare pentru coferdamuri 6, caseta de valvule de alimentare cu apă caldă a mașinilor de spălat tancuri 7, magistrala de apă caldă 8. Armătura specială de aerisire este prezentată în detaliu în nodul A, iar dispozitivele de reținere a flăcării în nodurile Bl și B2. Armătura specială de aerisire 2 poate fi montată și pe coloana 6.

În funcție de inflamabilitatea produselor transportate, tubulatura de evacuare a gazelor este extinsă la înălțimi de (2,5… 10) m față de puntea principală și la cel puțin 9 m de la suprastructuri și spiraiuri. Aria secțiunii transversale a tubulaturii de aerisire trebuie să fie cel puțin cu 25% mai mare decât cea a tubulaturii de umplere. Armătura specială de aerisire trebuie să fie reglată astfel încât să deschidă atunci când presiunea din tancuri ajunge la 50% din presiunea de probare a magaziilor (0,24 bari suprapresiune) sau la un vacuum de 0,3 bari.

2.3 Instalații de încălzire a mărfii

Petrolierele destinate transportării hidrocarburilor de mare vâscozitate și temperatură ridicată de congelare sunt dotate cu instalații de încălzire a mărfii, care provoacă reducerea vâscozității pentru a ușura aspirarea produselor petroliere la descărcarea navei. Aceste instalații au suprafețe schimbătoare de căldură sub formă de serpentine, executate din țevi netede, prin care circulă abur saturat cu presiunea maximă de 10 bari. Serpentinele de încălzire sunt amplasate pe învelișul fundului sau pe pereții verticali de compartimentare. Temperatura de încălzire a petrolului trebuie să fie cu cel puțin 15 °C sub punctul de inflamabilitate, valoarea ei alegându-se astfel încât marfa să nu fie degradată prin încălzire. Din acest motiv păcura se încălzește până la (60.. .70) °C, în timp ce diversele tipuri de petrol brut, deși sunt mai vâscoase, se încălzesc numai până la (20.. .25) °C.

La transportarea produselor petroliere ușoare, cu temperaturi scăzute de inflamabilitate, pentru evitarea pericolului de incendiu, instalația de încălzire a mărfii se decuplează.

Produsele petroliere vâscoase se ambarcă gata încălzite. La curse îndelungate și în anotimpul friguros ele sunt încălzite pe perioada întregii curse, iar pentru a împiedica formarea unui strat întărit la partea superioară, se procedează la amestecarea lor, prin transferarea între tancurile aceleiași grupe. Marfa se încălzește astfel încât să fie atinsă temperatura necesară cu câteva zeci de ore înainte ca nava să ajungă în portul de destinație.

2.4 Instalații de spălare a tancurilor de marfă

Cu ajutorul instalației de spălare a magaziilor de marfă se efectuează evacuarea reziduurilor de marfă după transportarea reziduurilor petroliere grele și la trecerea la produse ușoare, pregătirea magaziilor pentru alimentarea cu apă de balast, precum și în cazul necesității unor reparații sau vizitări a tancurilor. Se utilizează mașini speciale de spălat, care sunt coborâte în magazii prin tambuchiuri, pentru a îndrepta asupra suprafețelor de curățat jeturi de apă la temperaturi de (40…50) °C sau cu țiței brut. Timpul de curățare este de (3…4) ore pentru un tanc. Reziduurile diluate sunt evacuate din magazii împreună cu apa de spălare și după separare în instalații speciale, apa este deversată peste bord, cu respectarea prevederilor Convenției internaționale pentru prevenirea poluării de către nave (MARPOL 73/78).

Dacă magaziile sunt spălate cu tambuchiurile deschise, degazarea lor se realizează în mod natural. Gazele mai pot fi evacuate din magazii prin aspirare cu ejector abur-gaz sau cu turbo ventilator cu abur, ori prin insuflare de abur direct în magazii.

După degazarea și uscarea magaziilor, se determină prin analiză chimică concentrația de gaze pentru a permite accesul oamenilor în vederea curățării manuale de rugină și reziduuri solide insolubile, care nu pot fi evacuate prin spălare și pompare. Unele terminale petroliere dispun de stații de curățare, spălare și degazare a magaziilor, ceea ce scurtează timpul și conduce la ieftinirea acestei operații.

În figura 2.6 este prezentată schema unei instalații de spălare în circuit închis, în cazul căreia se folosesc două tancuri succesive de decantare. Instalația se compune din : rezervorul de detergent 1, racordul de alimentare cu apă rece 2, racordul de aspirație 3 din tancul cascadă II cu pompa de spălare, încălzitoarele 4, colectoarele de alimentare cu apă caldă 5 a mașinilor de spălat, racordul 6 de refulare în tancul cascadă I de la ejectorul de drenare, racordul de aspirație 7 al pompei de drenare, tubulatura de preaplin 8, racordul de aspirație 9 al pompelor de marfă, racordul de refulare 10 al pompei de spălare. Aria transversală a tubulaturii de preaplin trebuie să asigure scurgerea liberă a emulsiei și atunci când este folosit numărul maxim de mașini de spălare. Pentru prevenirea formării dopurilor de aer, în partea superioară a tubulaturii de preaplin este prevăzut un racord deschis de aerisire. Tancurile cascadă de decantare sunt dotate cu sorburi de curățare. Capetele racordurilor de aspirație și de refulare sunt amplasate la cotele indicate în figură, H fiind înălțimea tancului.

Fig.2.6

2.5 Mijloace de măsurare a utilajelor

Tancurile de marfă a petrolierelor sunt compartimente etanșe, de o capacitate etalonată pe fundul cărora au câte o ramificație a sistemului de tubulatură, prevăzută cu sorb, care permite umplerea și golirea lor. În funcție de destinația petrolierelor, aceste tancuri pot fi grupate formând tronsoane, cu fire separate de încărcare, asigurându-se astfel posibilitatea încărcării mai multor sorturi de marfă.

Tancurile de marfă au guri de dimensiuni mici de formă rotundă sau rectangulară, cu capace având garnituri pe marginea interioară, care asigură o închidere etanșă prin strângerea piulițelor fluture din jurul marginii exterioare.

Fiecare capac de tanc, este prevăzut cu câte două robinete, unul pentru montarea capsulei dinamometrice pentru indicarea permanentă a presiunii din tanc și unul pentru tubulaturi cu abur. În partea superioară a capacului există o ferestruică de vizită folosită și pentru măsurarea manuală a ulajului. Fiecare tanc de ulaj este prevăzut cu tub de ulaj, iar în punte este practicat un orificiu cât mai central pentru introducerea dispozitivelor de spălare, aceste dispozitive sunt închise etanș în perioada când tancul nu se spală.

Cantitatea de lichid conținut într-un tanc de marfă poate fi dată fie ca volum, fie ca greutate, în transporturile de petrol unitățile principale de măsură ale greutății sunt tona metrică și tona lungă, în tablele ASTM-IP sunt date relațiile dintre toate unitățile de volum și cele de greutate.

Problema dificilă este calibrarea tancurilor de marfă, adică determinarea volumului acestor tancuri, dintre care unele conțin, în interior, elemente structurale (grinzi, coaste, gusee, curenți, stringheri) și accesorii (tubulaturi de diferite diametre). Operația respectivă se face în șantierul constructor care întocmește table de calibraj în care volumul fiecărui tanc este exprimat în metri cubi sau în picioare cubice pentru fiecare centimetru de sondă sau ulaj.

Cantitatea de marfă existentă într-un tanc se poate determina în orice moment prin metoda ulajelor sau al sondelor și cu ajutorul tablelor de calibraj întocmite de șantierul de construcție, ținându-se cont de densitatea relativă (greutatea specifică) a lichidului. Ulajul tancului este definit ca înălțimea spațiului neumplut al tancului de marfă, măsurat de la un punct de referință pe puncte sau la gura tancului până la nivelul lichidului din tanc. Sonda tancului este înălțimea aceluiași nivel măsurată însă de la fundul tancului (figura 2.7).

Fig.2.7 Ulaj și sondă la un tanc de marfă

tubul de ulaj sau gura tancului;

reperul de referință al ulajelor;

nivelul lichidului din tanc;

ulaj;

sondă

Măsurarea ulajelor se face prin tuburi speciale care se termină pe punte cu orificii prevăzute cu bușoane, situate aproape sau în centrul geometric al tancului de marfă. Dacă tubul de ulaj se află spre pupa tancului, atunci volumul de marfă din tanc va apărea mai mare când nava este apupată, deoarece nivelul lichidului fiind aparent mai ridicat se vor măsura ulaje mai mici. În astfel de cazuri, tablele de calibraj vor conține o tablă de corecție a ulajelor și sonde pentru fiecare tanc, în funcție de asieta navei. Această tablă cu corecții va fi totdeauna folosită când nava nu se află pe chilă dreaptă.

Tancurile de marfă ale unor petroliere nu au tubulaturi de ulaj; la aceste nave ulaj ele se măsoară prin ferestruica centrală a capacului gurii de tanc.

La petrolierele care au tuburi de ulaj este preferabil ca măsurătorile cu tubul de ulaj să se facă prin ferestruica gurii tancului. Teul este coborât prin tubul de ulaj până ce se sprijină pe bara transversală a mânerului; după ce este scos se observă nivelul până la care s-a afundat în marfă. Deoarece teul este gradat de sus în jos, distanța măsurată pe verticală între reperul de ulaj și nivelul mărfii din tanc, va indica ulajul măsurat (figura 2.8).

Fig.2.8 Măsurarea ulajului cu teul

a – măsurătoare la gura tubului de ulaj;

b – măsurătoare la gura tancului cu reper.

La petrolierele la care măsurătorile se pot efectua cu tubul de ulaj sau la gura tancului, trebuie să se acorde atenție deosebită poziționării reperului și să se țină seama de aplicarea unei corecții ori de câte ori măsurătorile se fac la orificiul fără reper, în caz contrar pot interveni erori cu urmări negative în calcularea cantității de marfă.

Din figură rezultă că măsurătorile efectuate la tubul de ulaj și necorectate față de reperul real (la gură) duce la calcularea unei cantități de marfă mai mari decât cea reală.

Fig.2.9 Instalație automată de măsurare a ulajelor

Pentru măsurarea ulajelor cu ajutorul ruletei, se procedează aproape le fel, coborându-se tija gradată a ruletei până ce intră puțin în marfă; ulajul se obține prin scăderea porțiunii de tije afundată în marfă din valoarea citită pe ruletă. Când nivelul mărfii din tanc este foarte scăzut, nu se mai fac ulaje, pentru determinarea cantitatii de marfă existente se fac sonde cu ajutorul aceleiași rulete cu tije; sonda reprezintă nivelul până la care tija ruletei s-a afundat în marfă. La petrolierele moderne, există o instalație specială de indicare a ulajelor (float gauge) cu ajutorul unui flotor care plutește pe suprafața mărfii, din tanc, fiind legat la capătul unei benzi gradate ale cărei indicații pot fi citite la un vizor aflat pe punte. Pe timpul încărcării-descărcării tancului flotorul urmărește nivelul mărfii permițând în orice moment citirea ulajelor. Pe timpul călătoriei, flotorul trebuie protejat și se ridică de pe suprafața mărfii cu ajutorul unei manete.

În camera de încărcare a petrolierelor moderne sunt indicatoare de ulaj (air pressure transmitter) pentru fiecare tanc de marfă, în principiu un astfel de indicator constă dintr-un angrenaj care preia numărul de rotații de la instalația automată de măsurare a ulajelor și le transmite cu ajutorul presiunii aerului în camera de încărcare (figura 2.9).

Pe timpul navigației, flotorul instalației automate de măsurare a ulajelor trebuie protejat și, de aceea, el este ridicat de pe suprafața mărfii și menținut în condiții optime de funcționare (figura 2.10).

Fig.2.10 Indicator de ulaj

Ulajele obținute printr-una din metodele arătate mai sus trebuie corectate pentru înclinările transversale și longitudinale ale navei. Corecțiile respective se determină cu ajutorul unor table ce se găsesc în prefața tablelor de calibrare a tancurilor de marfă (calibration table ot cargo oil tank); în tablă se intră cu asieta T și cu unghiul de bandă și se scoate corecția ce trebuie aplicată ulajelor.

Petrolierele de construcție mai recentă sunt dotate cu instalație electronică de ulaje.

2.6 Instalația de prevenire și de stingere a incendiilor cu gaz inert

Rolul instalației de gaz inert

Folosirea gazului inert în cisternele navelor petroliere a fost introdusă de o companie americană în 1925 dar a fost abandonată după câțiva ani.

Datorită voiajelor pe distanțe foarte scurte necesitând curățări manuale frecvente și totodată o ventilare a tancurilor cu aer proaspăt, instalația a fost rareori pusă în funcțiune. S-a considerat că ea dădea naștere unei false noțiuni de siguranță și în consecință procedeul a fost abandonat. În anul 1932 aceeași societate americană "SUN OIL OF PHILADELPHIA" hotăra să reutilizeze instalația ca urmare a unei grave explozii petrecută la una din navele sale. Soluția pusă la punct era însă extrem de simplă în comparație cu procedeul anterior și a fost utilizată cu succes.

Compania petrolieră "BRITISH PETROLEUM" a pus mai târziu la punct un nou procedeu de producere a gazului inert și un nou tip de ventilatie.

Prototipurile au fost instalate pe petrolierele cu aburi "BRITISH SKIIL" și "BRITISH SOVEREIGN" în anul 1961, care la vremea aceea erau de 10 ani respectiv de 7,5 ani în serviciu. În februarie 1962 "BRITISH PRESTIGE", un petrolier de 42000 tdw a fost echipat cu o astfel de instalație în timpul construcției sale. Pe ea, s-a hotărât ca un anumit număr de tancuri să fie izolate pentru a permite o comparație directă între tancurile în contact cu gazele inerte și celelalte, în paralel cu cercetările asupra coroziunii, s-a studiat influența gazului inert asupra securității în toate împrejurările legate de exploatare. Rezultatele acestor experimente au arătat că repartiția gazelor în cisterne poate varia în timpul fiecărei operații confirmând astfel încrederea acordată acestui procedeu.

După cum este cunoscut, explozia se declanșează în anumite limite ale concentrației de vapori în aer, limite ce corespund situației în care gazul devine inflamabil.

Pentru:

metan (CH4) vapori (2,4 – 9,5 %);

propan (C3H8) vapori (3,2 – 12,5 %);

etan (C2H6) vapori (3,0 – 12,0 %);

butan (C4H10) vapori (1,8 – 8,4 %);

pentan (C5H12) vapori (1,4 – 7,8 %);

hexan (C6H16) vapori (1,2 -6,9%).

Conținutul de gaze diferă atât în funcție de tipul produsului petrolier, cât și de poziția în tanc pe înălțime, temperatură și de existența pungilor de acumulare a gazelor datorate elementelor de structură, în general valoarea medie e cuprinsă între (1,1-11,51) gaze inflamabile, reieșind și prin analiza diagramei amestecurilor inflamabile din figura 11.

În conformitate cu normele de registru se prevăd anumite limite asupra parametrilor gazului inert:

cantitatea de O2 maximă în tanc 5%;

temperatura maximă în tanc a gazului 65 °C;

conținutul de CO2 (12,8 – 13,5%), maxim 15%;

conținutul de SO2 maxim 0,02%;

conținutul de N2 circa 80%;

conținutul de CO circa 0,1 %;

conținutul de H2 sub 0,2 %, având o gamă largă de inflamabilitate.

Drept gaze inerte se utilizează gazele arse de la caldarine sau gazele obținute de la generatoare independente.

Se interzice folosirea gazelor de la motorul principal deoarece au conținut mare de O2 fără o ardere catalitică la circa 500°-550°C în urma căreia conținutul de O2 scade sub 1%. În general gazele de ardere pot avea temperaturi foarte mari de circa 300°- 400°C și un conținut ridicat de circa 0,03 % S02, deci trebuie prelucrate suplimentar prin intermediul instalației de gaz inert. Gazul de eșapament are următoarea compoziție în participație volumică:

conținutul de N2: 79%;

conținutul de CO2: 12-14,5%;

conținutul de SO2: 0.02-0,03%;

conținutul de O2: 4,5-2,5%;

vapori de apă cu 0,01 %.

În figura 11 este reprezentată zona de inflamabilitate a amestecurilor de hidrocarburi cu O2 în sistemul rectangular de coordonate: X= % oxigen; Y= concentrația de hidrocarburi în amestec cu aerul.

Fig.2.11 Diagrama amestecurilor inflamabile

Diagrama este construită pentru toate hidrocarburile petroliere, atât cele brute cât și cele rafinate. Linia AB reprezintă linia de diluție critică care exprima comportarea hidrocarburilor atunci când amestecul de hidrocarburi-gaz inert de ardere este pus brusc în contact cu aerul. Peste această linie, la o anumită concentrație de oxigen de pe abscisa diagramei, amestecul este inflamabil. Punctul D corespunde unui amestec de hidrocarburi spălat de gaze de ardere. La intrarea aerului în magazie, punctul D se deplasează în E, situat tot sub linia AB și amestecul de hidrocarburi, gaz și aer rămâne neinflamabil. Această constatare este utilizată pentru prevenirea exploziilor în magaziile de petrol goale, la navigația în balast. Dacă magazia este spălată cu gaze de ardere, în cazul coliziunii se produce căldura, intră aer în magazie, iar starea amestecului este sub linia AB. Pentru petrolierele cu magaziile neprotejate cu gaze inerte de ardere după descărcarea petrolului, conținutul de oxigen crește peste 11 % și starea amestecului de vapori de hidrocarburi și aer este dată de punctul C, situat în zona de inflamabilitate. Pe timpul voiajului cu nava încărcată, atmosfera din spațiul de ulaj are un conținut prea bogat de vapori de petrol pentru a fi inflamabilă, deci se află deasupra zonei de inflamabilitate. Cu toate acestea în cazul transferului de țiței în condițiile variației temperaturii pe timp de zi și de noapte în cargotancuri are loc o reducere a presiunii, fapt ce permite intrarea aerului în acestea prin intermediul unei valvule. Această situație poate să creeze în spațiul de ulaj o atmosferă explozivă. Atunci când cargotancurile se spală, fără să fie făcut gas-free, pe timpul spălării este foarte posibil ca atmosfera creată să se găsească în limitele inflamabilității și să rămână în continuare așa chiar și după terminarea spălării, în cazul în care cargotancurile se spală după ce a fost făcut gas-free nu se continuă operația gas-free deoarece atmosfera din cargotancuri poate să reintre în limitele de inflamabilitate. În aceste condiții dacă o parte din aer este înlocuită cu gaz inert conținutul de oxigen se reduce, compoziția se deplasează spre stânga și atunci când scade sub 11% amestecul iese din limita inflamabilității indiferent de concentrația de hidrocarburi. Prin inertare toate cargotancurile de pe navă trebuie să se găsească în condiții de siguranță, adică să aibă conținutul de oxigen sub 11% din volum.

Necesitatea asigurării unei atmosfere sigure în cargotancuri este cerută de altfel prin convenția SOLAS 1974 și în amendamentele aduse acesteia în 1981, 1983 și 1986. În regula 60 se reglementează obligativitatea dotării navelor petroliere mai mari de 20000 tdw cu instalații de gaz inert, iar regula 62 specifică cerințele tehnice impuse acestor instalații.

Instalația de gaz inert trebuie să asigure:

Menținerea atmosferei în orice zonă a tancului de marfa cu un conținut de oxigen de până la 8% din volum și a unei presiuni mai mare decât presiunea atmosferică, tot timpul cât nava se află în port sau navigă, cu excepția cazului când trebuie făcută degazarea tancului respectiv;

Menținerea atmosferei în orice zonă a magaziei de mărfuri uscată cu un conținut de oxigen de până la 14% din volum;

Excluderea posibilității de pătrundere a aerului în tanc în timpul operațiunilor obișnuite, cu excepția cazului când trebuie făcută degazarea tancului respectiv;

Evacuarea vaporilor de hidrocarburi din tancurile de marfa goale.

Protecția tancurilor de marfă la suprapresiune sau depresiune

Instalația de gaz inert se proiectează astfel încât să nu se depășească presiunea de 0,24 bar a oricărui tanc de marfă în condiții normale de exploatare, în timpul umplerii tancurilor de marfă cu gaz inert, precum și în tancurile umplute, trebuie să se mențină o suprapresiune de cel mult 0,20 bar.

Pe magistrala de livrare a gazului inert se prevăd cel puțin două dispozitive de reținere, din care unul este închizătorul hidraulic de punte, iar celălalt este o valvulă de reținere sau un dispozitiv echivalent, montat după închizătorul hidraulic. Magistrala principală de gaz inert poate fi divizată în două sau mai multe tronsoane principale, fiecare din acestea fiind prevăzut cu ramificații pentru fiecare tanc de marfă.

Instalația dispune de dispozitive corespunzătoare care să permită conectarea magistralei de gaz inert la o sursă exterioară. Magistrala de gaz inert poate fi utilizată și pentru ventilația tancurilor de marfă.

Funcționarea instalației de gaz inert este condiționată de măsurarea, urmărirea și reglarea anumitor parametrii, astfel:

Măsurarea continuă a temperaturii și presiunii gazului inert pe partea de refulare a ventilatoarelor, când acestea sunt în funcțiune;

Măsurarea și înregistrarea continuă a presiunii în magistrala de gaz inert, spre prova față de dispozitivele de reținere;

Măsurarea și înregistrarea continuă a conținutului de oxigen în gazul inert pe partea de refulare a ventilatoarelor;

Măsurarea pe puntea principală a presiunii în magistrala de gaz inert spre prova față de dispozitivele de reținere și a presiunii din tancurile de decantare la navele combinate, ori de câte ori aceste tancuri sunt deconectate de la magistrala de gaz inert;

Afișarea măsurării în camera de încărcare-descărcare sau în compartimentul mașini a conținutului de oxigen în gazul inert pe partea de refulare a ventilatoarelor.

Fiecare tanc de marfă este prevăzut cu dispozitive corespunzătoare pentru controlul atmosferei existente.

Pentru a se asigura buna funcționare a instalației, în compartimentul mașini și în camera de încărcare-descărcare a mărfii sunt prevăzute panouri cu semnalizări optice și acustice pentru a indica:

Micșorarea presiunii sau debitului apei în scrubber;

Ridicarea temperaturii gazului inert;

Depășirea conținutului de oxigen în gazul inert;

Defecțiuni ale sursei de alimentare cu energie a sistemului de control automat al valvulei care reglează debitul gazului inert și al aparatelor de control mai sus specificate;

Nivelul scăzut al apei în închizătorul hidraulic de punte;

Presiunea gazului inert sub 100 mm coloana de apă măsurată pe puntea de navigație în magistrala de gaz inert spre prova față de dispozitivele de reținere;

Nivelul maxim de apă în scrubber;

Defecțiuni ale ventilatoarelor de gaz inert;

Debit scăzut de combustibil în cazul utilizării generatoarelor de gaz inert;

Defectarea sursei de alimentare cu energie a generatorului;

Defectarea sursei de alimentare cu energie a sistemelor de comandă automată a generatoarelor.

Pentru petroliere această instalație prezintă o importanță deosebită, pentru că ea previne incendiul, pe când celelalte instalații sting incendiul declanșat.

Elementele unei instalații de gaz inert

În figura 12 este reprezentată schema unei instalații de prevenire a incendiilor cu gaz inert de ardere, la un petrolier de 200.000 tdw. Gazele arse în două caldarine sunt trimise prin armăturile telecomandate 6 în turnul de spălare 1, de unde, prin separatoarele de picături 8 sunt aspirate de ventilatoarele 4, care le refulează prin armăturile telecomandate 7 în închizătorul hidraulic 5. Prin filtrul cu cocs 10 ele ajung în tancurile de marfă pe care le protejează. Din partea inferioară și din partea superioară al fiecărui tanc, gazele de ardere sunt evacuate în atmosferă prin supapele 9. Închizătorul hidraulic 5 împiedică trecerea vaporilor de hidrocarburi din tancuri spre evacuarea caldarinelor. Nivelul apei din ele este menținut cu ajutorul pompelor 2. În turnul 1 gazele arse sunt spălate și răcite sub 40°C prin pulverizatoarele alimentate de pompa 3.

Fig.2.12

În instalație sunt prevăzute dispozitive automate de semnalizare și închidere a gazului în încăperile protejate cum sunt:

analizatoare de oxigen 11, care semnalizează la peste 8% oxigen;

traductoarele de temperatură 12, care semnalizează la depășirea temperaturii de 40 °C;

traductorul de presiune 13, care semnalizează la 0,02 bari;

traductorul de presiune 14, care semnalizează la lipsă presiune apă răcire.

Traductorul de temperatură și de presiune pentru apă deconectează și ventilatorul, iar cel de presiune a gazului la presiune atmosferică deconectează și pompele de marfă.

În timpul exploatării curente pornirea instalației începe cu alimentarea cu apă a închizătoarelor hidraulice 5 și a turnului de spălare 1 (figura 12).

Instalațiile de ardere trebuie să funcționeze cu un coeficient de exces de aer 1,1, pentru a rezulta concentrația de oxigen sub 2% în gazele de ardere, la regimuri între 100% și 73% pentru caldarină. Pentru a asigura această gamă a regimurilor de lucru, se asigură funcționarea artificială a unui mare consumator, de exemplu o pompă de balast în circuit mare – mare sau dirijarea unui condensor auxiliar al aburului produs prin funcționarea caldarinei sau funcționarea în paralel a unui generator de gaz inert.

Fig.2.13

Gazele de ardere pot fi folosite ca agent principal de stingere a incendiilor în magaziile de mărfuri generale, cu condiția furnizării lor într-un generator automat (figura 13):

motor cu ardere internă;

conducta de evacuare peste bord a apei de răcire a motorului;

pompă de apă;

ventilator;

pompă de combustibil;

supapă de siguranță;

armătură de reglare a debitului de combustibil;

conductă de alimentare cu aer;

regulator debit aer;

regulator debit combustibil;

pulverizator combustibil;

cameră de aer;

con de flacără;

cameră de ardere;

căptușeală refractară la camera de ardere;

cămașă de apă;

alimentare apă de răcire;

cameră de răcire gaze;

evacuare apă;

schimbător de căldură gaze – apă;

stropitor;

racord pentru evacuarea gazului răcit și curățat;

supapă de siguranță;

panou de comandă.

Atât la petroliere, cât și la navele de mărfuri generale, debitul de gaze de ardere răcite trebuie să fie suficient pentru alimentarea a cel puțin 25% din volumul celei mai mari încăperi protejate, în decurs de 1 oră din momentul pornirii instalației. Rezervele de combustibil pentru funcționarea în regim nominal a instalației, trebuie să fie suficiente pentru minim 72 ore.

Concluzii

Datorită specificului mărfii transportate în cazul navelor petroliere se impune existența unor instalații de bord adecvate pentru încărcarea – descărcarea mărfii, evacuarea din tancuri a gazelor, curățirea și spălarea tancurilor, încălzirea mărfurilor vâscoase, măsurarea nivelului în tancuri ș.a.

Dintre condițiile specifice impuse instalațiilor caracteristice navelor petroliere se menționează: prevenirea incendiilor și a poluării apei de mare, vehicularea rapidă a mărfii la încărcare și descărcare, prevenirea degradării mărfii transportate.

Instalațiile de marfă evacuează cea mai mare parte a mărfii, iar cele de curățire asigură evacuarea ultimului strat de petrol și a reziduurilor, în scopul curățirii tancurilor. Înstalațiile de spălare se folosesc pentru îndepărtarea din tancuri a reziduurilor grele, mai ales atunci când în tancul respectiv urmează să se transporte un produs petrolier mai ușor, sau apă de balast. De asemenea, tancurile sunt spălate la intrarea navei în reparație.

Capitolul III

Bilanțul energetic al navei

3.1 Generalități

Întocmirea bilanțului energetic are ca scop determinarea sarcinii electrice de calcul pentru întreaga navă, în vederea dimensionării surselor de energie electrică, respectiv pentru alegerea numărului și puterii a grupurilor diesel generatoare.

În cadrul bilanțurilor energetice întocmite pentru consumatorii electrici industriali, în general, sarcina electrică de calcul reprezintă o mărime care caracterizează consumul de energie electrică.

Mărimile fizice utilizate în acest scop sunt puterea activă P, reactivă Q și aparentă S.

Puterea activă care se ia în calcul se numește putere cerută sau de calcul și reprezintă o putere activă convențională de valoare constantă care produce energie pentru elementele instalației electrice (transformatoare, linii etc.) același efect termic ca și puterea reală.

Puterea cerută PC se determină din puterea instalată (nominală) Pi cu ajutorul coeficientului de cerere Kc

Coeficientul de cerere ține cont de gradul de încărcare și randamentul receptoarelor, de simultaneitatea funcționării acestora și de randamentul rețelei de distribuție. Ca urmare coeficientul de cerere este exprimat cu relația.

Unde:

Ki – coeficient de încărcare;

Ks – coeficientul de simultaneitate;

η- randamentul mediu al receptoarelor;

r – randamentul rețelei între receptoare și punctul în care se calculează puterea cerută.

Puterea cerută de receptoarele de forță și de iluminat poate fi determinată prin următoarele metode:

metoda coeficienților de cerere, aplicabilă la un număr mare de receptoare și care permite calcularea puterii cerute globale pe posturi de transformatoare sau pe o întreagă întreprindere;

metoda formulei binome, care este mai precisă ca metoda coeficienților de cerere, în special pentru un număr redus de receptoare;

metoda duratei de utilizare a puterii maxime cerute;

metoda statică.

Este una din metodele aproximative de calcul, mult utilizată, și ea presupune parcurgerea următoarelor etape de calcul:

se stabilesc puterile Pik pe categoriile K de receptoare, categorii stabilite de obicei după serviciul de funcționare (continuu, intermitent, etc.)

se calculează puterile cerute Pck pe categoriile K de receptoare cu relația:

Unde: – coeficientul de cerere al categoriei K

se calculează puterea reactivă cerută tot pe categoriile K de receptoare cu relația:

Unde: – factorul de putere cerut al categoriei K

Mărimile și sunt determinate experimental pe baze statistice pentru diferite receptoare și sunt indicate în normative.

se calculează puterile active și reactive totale cu relațiile:

se calculează puterea totală aparentă cerută sau de calcul a tuturor consumatorilor:

se alege o sursă de alimentare cu o putere instalată care să respecte condiția:

3.2 Bilanțul energetic pentru nave

Pentru întocmirea bilanțului energetic al unei nave poate fi utilizată orice metodă utilizată la consumatorii industriali. Dar de obicei se utilizează metoda coeficienților de cerere cu unele particularități specifice echipamentelor navale, a exploatării acestora precum și a regimurilor de exploatare a întregii nave.

Algoritmul de întocmire a bilanțului energetic după metoda coeficienților de cerere parcurge următoarele etape:

Gruparea consumatorilor

Consumatorii se grupează de obicei după criteriul tehnologic care permite introducerea unui coeficient de simultaneitate pe grupă .

Astfel conform bilanțului prezentat în tabelele de mai jos avem următoarele grupe uzuale:

Mecanisme principale în CM;

Mecanisme auxiliare;

Mecanisme de punte;

Instalația frigorifică,ventilație, condiționare;

Utilaj gospodăresc;

Echipament de navigație;

Echipament atelier mecanic;

Instalație iluminat.

Regimurile de exploatare a navei

Calculul bilanțului se face separat pe diversele regimuri de exploatare a navei ce se stabilesc după destinația navei, regimuri care diferă după numărul receptoarelor utilizate în fiecare grupă.

Astfel conform bilanțului prezentat în tabelul 3.1 avem următoarele regimuri:

Regimul de marș;

Regimul de marș cu balastare;

Regimul de manevră marș în strâmtori;

Regimul staționare cu încărcare;

Regimul staționare cu descărcare;

Regimul marș curățire tancuri;

Regimul de avarie.

Următoarele subpuncte ale calculului se fac pentru fiecare regim de exploatare.

Puterea consumată de consumatori de același tip care formează o subgrupă

Pentru fiecare tip de receptor se introduc și se calculează următoarele date:

numărul de receptoare nr;

puterea instalată (nominală) Pi [KW];

puterea absorbită din rețea unde – randamentul receptorului;

puterea absorbită de subgrupă ;

factorul de simultaneitate pe subgrupă ;

factorul de încărcare a subgrupei ;

puterea cerută pe subgrupă .

Puterea total consumată pe grupă

Se însumează puterile cerute pe subgrupe rezultând

Unde nsg este numărul de subgrupe

Puterea cerută pe subgrupă

Se introduce un coeficient, Ksg de similitudine pe fiecare grupă de receptori și pe fiecare regim de funcționare a navei, de o valoare rezultată din practica exploatării.

Puterea cerută pe subgrupă rezultă cu relația:

Puterea cerută totală simultană

Se introduce un coeficient de simultaneitate pentru grupele care pot să nu funcționeze simultan. . De obicei se elimină grupa 1 aferentă motorului principal deoarece din condiții de siguranța navigației acestea trebuie alimentate în orice situație.

Puterea cerută totală simultană rezultă cu relația:

Puterea cerută totală

Se calculează adăugând la grupa 1 de consumatori, utilizând relația:

Puterea cerută totală absorbită

Se determină luând în considerare și pierderile de putere în rețeaua de distribuție estimată la 5% din , utilizând relația:

Puterea aparent consumată

Se calculează puterea aparentă cerută totală luând în considerare o valoare medie a factorului de putere medie cerut de

Se utilizează relația:

Numărul și puterea generatoarelor în lucru

Se aleg un număr de generatoare a căror putere aparentă însumată să îndeplinească condiția:

Numărul și puterea generatoarelor instalate

În funcție de clasa navei și prevederilor de registru se alege numărul total de generatoare instalate.

De obicei se alege ca rezervă rece un grup diesel generator principal. Preferabil ca numărul total de DG-uri să nu depășească 3 pentru a nu complica condițiile de punere în paralel.

Coeficientul de încărcare

Se calculează în procente pentru fiecare regim de exploatare a navei coeficientul de încărcare a centralei electrice, cu relația:

Se recomandă ca să nu depășească 8590%.

3.3 Calculul bilanțului energetic

Calculul bilanțului energetic este prezentat în tab. 1-7 de unde rezultă necesitatea deplasării navei cu un număr de 3 grupuri de 600 KVA plus un generator de 70 KVA.

Tabelul 3.1

Tabelul 3.2

Tabelul 3.3

Tabelul 3.4

Capitolul IV

Calculul instalației de iluminat

Fluxul luminos Φ este acea parte din puterea radiantă a unei lămpi, evaluată după acțiunea radiației respective asupra unui receptor selectiv (ochiul uman) în anumite condiții de sensibilitate. Este o mărime de natura unei puteri evaluată pe baze fiziologice.

Unitatea de măsură este lumenul (lm). Se definește ca produs dintre intensitatea luminoasă a unei surse de lumină într-o direcție dată și unghiul solid din jurul acelei direcții:

dΦ = I dΩ,

în care I este intensitatea luminoasă măsurată în candele (Cd), iar dΩ este elementul de unghi solid măsurat în steradiani (Sr).

Lumenul reprezintă fluxul luminos emis într-un unghi solid de un steradian din jurul unei direcții date de către o sursă de lumină punctiformă care are intensitatea luminoasă de o candelă.

1 lm = 1 Cd 1 Sr

Intensitatea luminoasă I a unei surse de lumină pe o direcție reprezintă densitatea spațială a fluxului luminos în acea direcție.

Unitatea de măsură este candela (Cd). Candela reprezintă intensitatea luminoasă în direcția normalei unei suprafețe cu aria de 1/600000 m2, a unui corp negru la temperatura de solidificare a platinei la presiunea atmosferică normală (101,325 N/m2). În sistemul internațional SI candela este unitate fundamentală de măsură.

Iluminarea E într-un punct al unei suprafețe reprezintă raportul dintre fluxul luminos dΦ primit de o suprafață elementară din jurul acestui punct și aria acestei suprafețe dA:

În cazul unei repartizări uniforme a fluxului luminos pe suprafața A, expresia iluminării devine:

Unitatea de măsură a iluminării luxul (lx) reprezintă iluminarea într-un punct al unei suprafețe cu aria de 1 m2, pe care cade uniform distribuit fluxul luminos de 1 lumen.

Luminanta L într-o direcție dată, într-un punct al suprafeței sursei sau receptorului, este raportul dintre intensitatea luminoasă în direcția considerată a suprafeței elementare din jurul acestui punct și aria proiecției acestei suprafețe elementare pe un plan perpendicular pe direcția aleasă.. Este o mărime care reprezintă impresia de luminozitate percepută de ochi. Are expresia:

în care este intensitatea luminoasă în direcția considerată.

în care Iε este intensitatea luminoasă în direcția considerată. În ipoteza în care intensitatea luminoasă în direcția Ω are aceeași valoare în toate punctele suprafeței A, luminanța suprafeței izvorului respectiv de lumină privit din direcția dată are valoarea:

Unitatea de măsură a luminanței este candela pe metrul pătarat Cd/m2 denumită și nit (nt) și reprezintă luminanța într-un punct al unei suprafețe cu aria de 1m2, într-o direcție, a cărui intensitate luminoasă într-o direcție perpendiculară pe suprafață este de 1 candelă.

Eficacitatea luminoasă K a unei surse de lumină este raportul dintre fluxul luminos și fluxul energetic corespondent al unei radiații complexe (puterea radiantă) și are expresia:

în care K este eficacitatea luminoasă, Φ este fluxul luminos, iar este fluxul energetic. Unitatea de măsură a eficacității luminoase este lumenul pe watt (lm/W) definită ca eficacitatea luminoasă a unei radiații complexe al cărei flux luminos este de 1 lm când fluxul energetic corespondent este de 1 W.

Factorul de reflexie ρ este raportul dintre fluxul luminos reflectat și fluxul luminos incident; are expresia:

în care este fluxul luminos reflectat, Φeste fluxul luminos incident.

Factorul de absorbție α este raportul dintre fluxul luminos absorbit și fluxul luminos incident; are expresia:

în care Φα este fluxul luminos absorbit.

Factorul de transmisie τ este raportul dintre fluxul luminos transmis și fluxul luminos incident; are expresia:

în care Φτ este fluxul luminos transmis.

În conformitate cu legea conservării energiei rezultă: Φ = Φρ + Φα + Φτ ,iar din însumarea coeficienților rezultă: ρ + α + τ = 1, acești coeficienți sunt dați tabelar.

Sursele de lumină transformă energia electrică într-o energie electromagnetică radiantă în domeniul vizibil. Vor fi prezentate sursele electrice de lumină utilizate în domeniul naval, care sunt denumite lămpi electrice. Principalele lămpi electrice utilizate în tehnica iluminatului naval sunt:

– lămpi cu incandescență;

– lămpi fluorescente tubulare;

– lămpi cu vapori cu mercur de înaltă presiune;

– lămpi cu vapori de sodiu;

– tuburi cu descărcări în gaze de înaltă presiune;

– lămpi cu arc electric.

Lămpi cu incandescență

Avantaje:

– posibilitatea racordării directe la orice fel de curent și la orice mărime a tensiunii până la 250 V;

– cost redus;

– lipsa oricărui aparat auxiliar pentru pornire și funcționare;

– sunt gata de a fi puse în funcțiune în orice moment.

Dezavantaje:

– rezistență mică la sarcini și vibrații;

– au o eficiență luminoasă mică (8 – 20 lm/W);

– au o luminanță mare (2 · 106 – 12 · 106 cd/m2) provocând cu ușurință fenomenul de orbire;

– au o componență spectrală tinzând spre galben și roșu, denaturând culorile naturale;

– au o temperatură de culoare scăzută, putând asigura iluminări cu valori mici (până la 100 lx);

– au odurată de funcționare de circa 1000 h;

– variațiile de tensiune au o influență mare asupra fluxului luminos, a eficacității luminoase și a duratei de utilizare.

Lămpi fluorescente

Avantaje:

– eficacitate luminoasă mai mare (50 – 70 lm/W);

– sunt mai puțin sensibile la variațiile de tensiune;

– durata de funcționare mai mare (6500h);

– rezistență la vibrații mai ridicată;

– temperatura de funcționare a tubului este mai scăzută (40ºC);

– fluxul luminos și spectrul radiațiilor este puțin dependent de tensiune.

Dezavantaje:

– lămpile au o pâlpâire – prezintă un efect stroboscopic supărător pentru obiectele în mișcare (poate fi diminuat prin conectarea pe faze diferite ale circuitelor trifazate);

– au un factor de putere scăzut 0,4 (se poate îmbunătăți dacă se conectează un condensator în paralel cu bornele de conectare a lămpii);

– racordarea la rețea nu se poate face direct, în circuit montându-se un balast, starter și un condensator;

– au dimensiuni relativ mari;

– se fabrică într-o gama mică de puteri;

– fluxul luminos al lămpilor este maxim la 20 – 25ºC, aprinderea normală făcându-se la temperaturi ale mediului ambiant de peste +5ºC; sub această temperatură lămpile se aprind mai greu.

Lămpi cu vapori de mercur de înaltă presiune

Aprinderea se face fără dispozitive speciale, direct la tensiunea rețelei cu ajutorul electrodului auxiliar de aprindere.

Temperatura mediului ambiant de lucru normal este de (-25) – (+40)°C. Aceste lămpi se utilizează pe nave cu precădere în corpurile de iluminat montate pe catarge, unde, fiind expuse unor vibrații deosebit de intense, rezistă mult mai bine decât lămpile cu incandescență; deosebit de indicate sunt și pentru compartimentele de mașini, acolo unde înălțimea de suspendare a corpului de iluminat este mai mare decât cea normală.

Lămpi cu vapori de sodium

Lămpile cu vapori de sodiu sînt indicate în mod special pentru iluminatul punților deschise și a zonelor de încărcare. Aceste lămpi sunt de o construcție similară cu a lămpilor cu vapori de mercur de înaltă presiune. Lampa cu vapori de sodiu se cuplează direct la rețea prin intermediul unui balast de limitare a curentului.

Culoarea luminii emise de aceste lămpi este roșie sau galbenă pe măsură ce presiunea vaporilor crește, ajungind să fie în momentul stabilizării curentului portocalie.

Lămpi cu arc

Lampa cu arc a fost prima sursă de lumină folosită la bord încă de la sfîrșitul secolului trecut. In prezent se mai folosesc numai ca surse de lumină pentru proiectoare.Lumina emisă de aceste lămpi se datorește pe de o parte radiației termice, deci căldurii pe care curentul o dezvoltă la parcurgerea învelișului de gaz dintre cei doi electrozi de cărbune, iar pe de altă parte efectului de luminiscență.Lămpile cu arc funcționează atât în curent continuu cât și în curent alternativ.Pentru limitarea curentului din momentul amorsării sau în timpul atingerii electrozilor de cărbune, în serie cu lampa se montează o rezistență ohmică. Uneori în același scop, pentru alimentare se utilizează transformatoare speciale cu caracteristică tensiune – curent pronunțat căzătoare.

Metoda coeficientului de utilizare pentru calculul numărului de corpuri de iluminat necesare sălii de mese a echipajului (personalul nebrevetat)

Să se calculeze numărul de corpuri de iluminat necesare pentru iluminarea unei cabine cu suprafata .

Iluminarea medie cerută de norme este E=100 lx.

Pentru ilumiarea cabinei se utilizează corpuri de iluminat de tip CC-755 fiecare având două lămpi florescente de 40 W, fiecare corp de iluminat având fluxul luminous

.

Înălțimea de calcul este de 2,2 m iar tensiunea de alimentare de 220V.

Se determină indicele de local:

Ținând cont de culoarea și materialul pereților se determină coeficientul de reflexie ai pereților și plafonului :, , . Din tabele se determină prin interpolarea coeficientului de utilizare

Se determină numărul total de corpuri de iluminat :

Coeficientu de depreciere s-a luat egal cu 1.3, iar coeficientul de iluminare mediu-minim s-a luat egal cu unitatea, deoarece în calcul s-a luat iluminatul mediu. Prin urmare se vor instala 7 corpuri de iluminat, de tip CC-755.

CAPITOLUL V

Instalația de încărcare – descărcare marfă

Instalația de încărcare/descărcare are rolul de a distribui la bord marfa trimisă cu ajutorul mijloacelor danelor, precum și la debarcarea mărfii în portul de destinație. Țițeiul și produsele petroliere se încarcă și descarcă prin intermediul sistemului de tubulaturi care, prin intermediul diferitelor valvule asigură formarea firelor de încărcare. În mod general, instalația de încărcare/descărcare se compune din:

Sistemul de tubulaturi – este format din tubulatura principală numită și magistrală, care deservește un tronson și o tubulatură secundară care deservește un cargotanc sau o serie de cargotancuri aflate în aceeași secțiune transversală. Există două sisteme de tubulaturi larg răspândite la navele petroliere:

Sistemul circular care constă dintr-o magistrală circulară pe fundul spațiului de încărcare, conectată la tubulaturi ce duc la camera pompelor și la manifoldul de pe punte. Magistrala inelară are ramificații transversale cu sorburi în fiecare cargotanc.

Sistemul direct, în care fiecare tronson este deservit de o singură magistrală conectată la manifold și camera pompelor, având ramificații transversale în fiecare cargotanc din grupul care formează tronsonul. Acest sistem de tubulaturi poate asigura în același timp și o linie de încărcare unică pentru toate tronsoanele.

Sistemul de pompare. Încărcarea petrolierelor nu solicită instalația de pompare a navei deoarece presiunea necesară împingerii lichidului prin tubulaturi este asigurată de instalația terminalului.

Descărcarea petrolierelor necesită însă instalații de pompare a produselor lichide transportate, proprii navei, în care rolul principal îl au pompele de marfă situate într-un compartiment special, numit „camera pompelor". Pompele de marfă sunt de patru categorii:

Pompele cu piston: sunt acționate de abur la o presiune de 18-45 kg/cm2; pot fi cu acțiune simplă sau dublă; sunt pompe cu autoamorsare; au un rol secundar, fiind folosite ca pompe de stripping.

Pompele centrifuge: sunt acționate de turbinele cu abur sau de motoarele diesel ori electrice; de obicei sunt cu două trepte, având două rotoare; au numeroase avantaje, fiind foarte eficiente, rapide și necesită o întreținere nu prea pretențioasă; dezavantajul lor constă în imposibilitatea de a descărca ultimele rămășițe de marfă (stripping).

Pompele elicoidale: sunt de o construcție mai complicată, cu un rotor elicoidal central și cu doua rotoare inactive, care se îmbină între ele; sunt pompe cu autoamorsare și pe timpul funcționării nu sunt supuse fenomenului de vibrații sau pulsații; sunt folosite îndeosebi la navele care transportă lubrifianți sau uleiuri vegetale.

Pompele rotative: sunt puse în mișcare ca și pompele centrifuge; nu au o prea largă utilizare la navele petroliere.

Armături navale

Formarea traseelor de încărcare/descărcare și controlul stadiului operațiunilor respective sunt asigurate de o serie de valvule dispuse de-a lungul sistemului de tubulatură de la manifold până la orice cargotanc. Aceste valvule sunt acționate de pe punte manual sau hidraulic din camera de încărcare. Rolul principal al acestor valvule este de a deschide/închide un fir de încărcare/descărcare și de a separa circulația lichidelor pe tancuri sau tronsoane.

Pentru a se ușura recunoașterea valvulelor, ele sunt piturate în anumite culori. La fiecare tanc în parte, în afară de valvula principală mai este amplasată o valvulă de siguranță.

Sistemul de stripuire.

Aspectul cel mai dificil din proiectul unui sistem de marfă la o navă petrolieră îl constituie sistemul de stripuire – aspirarea ultimelor cantități de lichid din cargotancuri. Atunci când nivelul lichidului din cargotanc scade până la valori mai mici de 1m, în tubulatura de aspirație poate să pătrundă aer, fapt ce duce la dezamorsarea pompelor de marfă și la „gazarea" acestora. Vâscozitatea ridicată a mărfurilor poate constitui un impediment major în curgerea uniformă a lichidului în tubulatura de aspirație. În plus, forma și elementele structurale ale fundului cargotancurilor complică și mai mult operațiunea de golire și uscare. Un factor important în asigurarea unei stripuiri efective constituie forma și dispunerea fitingurilor de aspirație montate pe tubulaturile din fiecare cargotanc. În acest scop, sorburile sunt montate la o distanță de 15-20 mm față de bordajul fundului și au o suprafață de curgere de 1,5 ori mai mare decât secțiunea transversală a tubulaturii de aspirație pe care sunt montate.

Navele petroliere moderne au un sistem de autostripuire care se realizează în trei feluri:

Prin introducerea în circuitul de pompare a unei părți din marfă care se descarcă pentru a se evita dezamorsarea pompelor;

Printr-o instalație de vacuum,

Prin folosirea ejectoarelor pentru descărcare.

Proiectarea și dispunerea sistemului de marfă la navele petroliere ține cont, în primul rând, de destinația navei iar cerințele minime pentru o instalație corespunzătoare sunt stabilite și impuse de către societățile de clasificare.

Modul și gradul de separare al cargotancurilor este stabilit de numărul de sorturi de mărfuri petroliere ce se intenționează a fi transportate simultan. Numărul sorturilor de mărfuri petroliere transportate simultan peste egal numărul pompelor de marfă.

Refularea de la fiecare pompă este condusă spre puntea principală prin linii individuale spre manifoldul montat la centrul navei. Fiecare linie a manifoldului este prevăzută cu câte o gură de conectare în fiecare bord. Încărcarea mărfii se face prin intermediul conexiunii liniei de siguranță cu liniile cargotancurilor. Umplerea mai poate fi făcută și prin intermediul unei conexiunii transversale între tubulatura de umplere și tubulatura de aspirație din casa pompelor. Magistrala de marfă este dimensionată pentru o viteză de scurgere relativ redusă (8-9 m/s) pentru a preveni căderea de presiune în tubulatura de aspirație. Magistrala este larg dimensionată, comparativ cu branșamentele, pentru a permite pomparea simultană a mărfii dintr-un cargotanc de mare capacitate sau din două cargotancuri mai mici fără să se restricționeze curgerea. Din motive de flexibilitate a manipulării mărfii magistrala este interconectată într-o manieră care permite conectarea fiecărei pompe de marfă la orice tanc sau grup de tancuri.

Specificul mărfii transportate în cazul navelor petroliere impune existența unor instalații de bord adecvate pentru încărcarea – descărcarea mărfii, evacuarea din tancuri a gazelor, curățarea și spălarea tancurilor, încălzirea mărfurilor vâscoase, măsurarea nivelului în tancuri ș.a.

Dintre condițiile specifice impuse instalațiilor caracteristice navelor petroliere se menționează: prevenirea incendiilor și a poluării apei de mare, vehicularea rapidă a mărfii la încărcare și descărcare, prevenirea degradării mărfii transportate.

Datorită vâscozității apreciabile a produselor petroliere grele, în tubulaturile de transport rezultă pante hidraulice mari. Înălțimea de aspirație de (5… 6) m CA a pompelor de marfă corespunde unor lungimi relativ mici de tubulatură de aspirație. Petrolul se ambarcă cu ajutorul pompelor instalate pe uscat, la danele petroliere și se debarcă cu pompele navei.

Instalațiile de marfă evacuează cea mai mare parte a mărfii, iar cele de curățire asigură evacuarea ultimului strat de petrol și a reziduurilor, în scopul curățirii tancurilor. Instalațiile de spălare se folosesc pentru îndepărtarea din tancuri a reziduurilor grele, mai ales atunci când în tancul respectiv urmează să se transporte un produs petrolier mai ușor, sau apă de balast. De asemenea, tancurile sunt spălate la intrarea navei în reparație.

În scopul reducerii poluării apei de mare prin descărcările de hidrocarburi petroliere, conform normelor internaționale navele petroliere noi cu tonaj brut peste 150 TRB trebuie să dispună de tancuri de decantare, de capacitate cel puțin 3% din capacitatea de transport a navei. Toate petrolierele trebuie sa fie dotate cu câte un sistem de supraveghere și control al descărcărilor de hidrocarburi, prevăzut cu dispozitiv înregistrator de hidrocarburi în litri/mila marină parcursă. De asemenea, dispozitivul trebuie să înregistreze cantitatea totală de hidrocarburi deversate și să oprească descărcarea atunci când nu sunt respectate concentrațiile impuse în Anexa I a Convenției MARPOL 73/78.

Instalațiile de marfă și de curățire servesc la distribuirea în tancuri a mărfii trimise cu mijloacele terminalelor, precum și pentru debarcarea mărfii în portul de destinație, cu ajutorul instalațiilor navei. Instalația de marfă are pompe centrifugale de sarcini (80… 140) m CA, antrenate de obicei de turbine cu aburi, a căror putere reprezintă (20…30) % din puterea mașinilor principale.

Timpul de debarcare a mărfii fiind limitat superior la (10… 12) ore, debitul instalației de marfă, exprimat în [t/h], reprezintă 8..12 procente din încărcătura utilă a navei.

Pentru fiecare fel de marfă se folosesc tubulaturi proprii, ale căror diametre sunt (0,3..0,5) m, dar care pot ajunge și la 0,7 m.

Pentru instalații de debite până la (250…300) t/h, se folosesc tubulaturi unice, atât pentru evacuarea mărfii cât și pentru curățire.

În fiecare tanc de marfă tubulaturile de marfă și de curățire au valvule acționate manual de pe punte sau hidrostatic.

În figura 5.1 este reprezentată schema unei instalații cu conducte liniare. Ea se compune din:

tubulatura instalației de curățire (stripping);

pompele de marfă;

pompele de curățire;

conductele verticale dintre compartimentul pompelor de marfă și magistralele de punte;

filtru;

conductele flexibile;

armăturile de sertar;

tubulatură de punte separată pentru fiecare fel de marfă;

cuplajele rapide pentru fixarea conductelor flexibile;

tubulatura instalației de marfă;

conductele de umplere;

racordurile de aspirație ale instalației de marfă cu armături cu sertar teleacționate;

racordurile de aspirație al instalației de curățire cu armături cu sertar teleacționate.

Când stratul de marfă ajunge la grosimea (0,7…1,0)m trebuie redus debitul pompelor de marfă, pentru a nu fi aspirat și aer. Se ajunge astfel să poată fi aspirată marfa până la (0,04…0.05)m.

Stratul de marfă rămas este aspirat de pompele de curățire, până la (0,015…0,025) m.

Fig. 5.1

Schema instalației permite ambarcarea și debarcarea simultană a câtorva feluri de marfă. O rezolvare este prezentată în cazul tubulaturii inelare, independente pentru fiecare grupă de tancuri.

Instalațiile cu o singură tubulatură pentru marfă și curățire pot folosi sorburi cu secțiune variabilă (fig. 5.2). La început sorbul lucrează cu debit maxim, având flotoare 3 ridicate și aspirând și prin canalele 1. La reducerea nivelului aceste canale sunt închise de flotoarele 3 și sorbul aspiră numai prin canalul inferior 2.

Fig.5.2 Fig.5.3

În ramura de aspirație a pompelor de descărcare presiunea trebuie să fie superioară celei de vaporizare pentru temperatura de funcționare, instalațiile moderne sunt prevăzute cu sisteme de dezaerare. În fig. (5.3) este reprezentată schema instalației de curățire de la un petrolier, în care este inclus și un degazor 3. La descărcare sunt deschise armăturile teleacționate 6 și 8, pompa aspirând prin sorbul 2. La reducerea presiunii pe ramura de aspirație datorită scăderii nivelului în tancuri, armatura 6 și se deschide armatura 5, care pune în comunicație pompa 4 cu sorbul mic 1. Concomitent pompa își micșorează automat turația, pentru a-și reduce debitul la (10…25)% din cel nominal. Pe măsură ce apare aer în tubulatura de aspirație, acesta este colectat în degazorul 3. La scăderea nivelului în degazor datorită acumulării de gaze, pentru ca pompa să nu se dezamorseze, se închide automat armătura 8 și se deschide automat armătura 7 pompa refulând în degazor, în care presiunea devine supraatmosferică. Armătura cu arc 9 se deschide, gazele sunt evacuate în atmosferă, iar nivelul lichidului în degazor crește până la valoarea nominală. La creșterea nivelului armătura 7 se închide automat, fiind comandată de un traductor de nivel care nu este reprezentat în schemă și totodată se deschide armătura 8, prin care țițeiul este refulat la mal.

Există și nave multifuncționale pentru mărfuri în vrac și țiței, cu sisteme autonome de pompe și tubulaturi pentru fiecare magazie în parte. În acest caz numărul de sorturi de produse petroliere care se pot transporta este egal cu numărul de magazii.

Instalația (figurile 5.4 și 5.5) se compune din pompa primară înecată 1, amplasată în magazie și din pompa auxiliară 2 și încălzitorul cu abur 3, coborând gravitațional, la extremitatea din prova magaziei.

Fig. 5.4 Fig.5.5

Când este necesară încălzirea mărfii, pompa înecată 1 aspiră petrolul din magazie și îl refulează spre încălzitorul 3, de unde ajunge din nou la magazie. La descărcare, pompa primară 1 aspiră din pupa magaziei și refulează în ramura de aspirație a pompei auxiliare 2, care la rândul ei refulează la mal. Pentru a asigura alimentarea continuă a chesonului de aspirație, acesta este conectat cu fiecare parte laterala a magaziei, așa cum este reprezentat în secțiunea transversală. Pentru situații de avarie pompa unei magazii poate deservi și magazia adiacentă.

Alte soluții constructive utilizate pentru a preveni dezamorsarea pompelor sunt cele care utilizează tancurile de acumulare (notat în figura 5.6 cu TA), construite în două variante:

cu descărcare la presiune atmosferică cu transfer gravitațional al mărfii (figura 5.7), unde se observă că din cauza densității mărfii nivelul în tancul de acumulare este cel mai mic.

cu transferul mărfii sub vacuum (figura 5.8).

În primul caz trecerea mărfii dintr-un tanc în altul se face pe baza diferenței de nivel dintre suprafețele libere de lichid pe principiul vaselor comunicante; iar în cel de-al doilea este utilizat pentru producerea vacuumului un ejector ce prezintă două avantaje. Pe de-o parte realizează o coloană de lichid în tancul de acumulare cu un nivel superior ce exclude pericolul apariției dezamorsării pompei, iar pe de alta face o separare a gazelor din produsele petroliere supuse operațiunii de transfer de la navă la terminal.

Altă soluție constructivă este aceea când se utilizează pereți etanși pentru magaziile de marfă, în acest caz transferul produselor petroliere făcându-se prin intermediul unor porți etanșe ce stau închise pe timpul marșului pe timpul operării aceste porți sunt deschise cu ajutorul unui sistem hidraulic, nava comportându-se ca și cum ar avea un singur tanc (figura 5.9).

Concluzii

Instalația de încărcare/descărcare are rolul de a distribui la bord marfa trimisă cu ajutorul mijloacelor danelor, precum și la debarcarea mărfii în portul de destinație. Țițeiul și produsele petroliere se încarcă și descarcă prin intermediul sistemului de tubulaturi care, prin intermediul diferitelor valvule asigură formarea firelor de încărcare.

Specificul mărfii transportate în cazul navelor petroliere impune existența unor instalații de bord adecvate pentru încărcarea – descărcarea mărfii, evacuarea din tancuri a gazelor, curățarea și spălarea tancurilor, încălzirea mărfurilor vâscoase, măsurarea nivelului în tancuri ș.a.

Dintre condițiile specifice impuse instalațiilor caracteristice navelor petroliere se menționează: prevenirea incendiilor și a poluării apei de mare, vehicularea rapidă a mărfii la încărcare și descărcare, prevenirea degradării mărfii transportate.

Capitolul VI

Calculul de dimensionare a puterii motorului de acționare a pompelor

Alegerea puterii motoarelor electrice de acționare

Alegerea motorului electric corespunzător unei acționări se face luând în calcul un număr de criterii. În primul rând se alege felul curentului, continuu sau alternativ, apoi tensiunea, frecventa, puterea si tipul constructiv al motorului.

Alegerea puterii motorului uni mecanism naval se face considerând variația de timp a cuplului de sarcină cunoscută, MS= f (t), a mecanismului respectiv.

Alegerea corecta a puterii motoarelor electrice are o importantă foarte mare, atât din punct de vedere al funcționării și utilizării acestora, cat și din cel al pierderilor de energie in rețeaua de alimentare.

Subdimensionarea motoarelor electrice duce la încălzirea și deteriorarea rapida a izolațiilor. Cuplul de pornire si capacitatea de supraîncărcare devin mai mici și duc la reducerea productivității mașinii de lucru, în special a acelora care necesită porniri frecvente.

Supradimensionarea motoarelor va crește inutil cheltuielile de investiție. In același timp, reduce randamentul și factorul de putere (în cazul motoarelor asincrone).

De cele mai multe ori, puterea motorului electric se alege în funcție de încălzirea lui ți apoi se verifică la suprasarcină. Însă există cazuri (mai ales în acționările electrice navale) în care motorul electric se alege pe baza puterii de vârf și se verifică ca încălzirea să nu depășească limita impusă în regim permanent.

Încălzirea și răcirea motoarelor electrice

Încălzirea motorului electric este cauzată de diverse pierderi cum ar fi: în cupru(efectul Joule-Lenz), în fier și mecanice, care iau naștere la transformarea energiei electrice în energie mecanică. Datorită pierderilor care au loc în mașină, după pornirea acesteia, va începe să se încălzească. Inițial, cea mai mare parte din căldura este captată de părțile componente ale mașinii, ridicându-le temperatura, restul fiind evacuată în mediu.

La un moment dat, pe măsura ce temperatura mașinii crește, căldura cedată în mediu va crește, iar căldura cedată va fi egală cu cea produsă. În acel moment se va atinge echilibrul termic și temperatura mașinii va rămâne staționară. Aceasta temperatură se numește temperatură de regim.

Tabelul 6.1

Funcționarea corectă a mașinilor electrice impune anumite temperaturi limită de regim. Aceste temperaturi variază în funcție de clasele de izolație ale înfășurărilor acestora. Aceste temperaturi constituie încălziri admisibile sau supratemperaturi pentru diferite componente ale mașinilor electrice.

Calculul încălzirii mașinilor electrice presupune determinarea temperaturilor de regim și compararea acestora cu supratemperaturile admisibile standardizate.

Pierderile totale din motor sunt determinate de randamentul mașinii. Acesta variază o dată cu încărcarea motorului. Pentru o anumită sarcină a motorului, randamentul va fi:

(6.1)

De aici rezultă:

(6.2)

în care s-a notat:

ΣP – pierderile totale din mașină;

P2 – puterea utilă la arbore;

η – randamentul motorului corespunzător puterii P2.

În calculul încălzirii mașinii electrice se va considera ca aceasta este un corp omogen cu o conductivitate termica perfectă, coeficientul de transmisie a căldurii având aceeași valoare în toate punctele prin care se cedează căldură. Cedarea de căldură în mediul înconjurător se face prin conducție, convecție și radiație.

Totuși, pentru simplificare, la examinarea proceselor termice ale mașinii se va considera că cedarea de căldură este proporțională cu puterea întâi a supratemperaturii, deoarece rolul principal îl are aici cedarea de căldură prin conducție și convecție.

În aceste condiții, ecuația diferențială a încălzirii mașinii are forma:

(6.3)

deci cantitatea de căldură degajată de mașină în intervalul de timp dt este egală cu cantitatea de căldură cedată parțial de mașină mediului înconjurător și cantitatea de căldură absorbită de mașină.

În ecuația (6.3) s-au folosit următoarele notații:

A [J/skg] – coeficientul de transmisie al căldurii;

C [J/kg] – capacitatea calorica a mașinii.

Separând variabilele în ecuația (6.3) se obține:

(6.4)

Integrând membrul stâng al ecuației (6.4) între 0 și valoarea curentă a timpului, iar membrul drept între valoarea inițială oarecare θ0 și valoarea curentă θ:

rezultă:

Dacă în momentul pornirii, temperatura mașinii era egală cu cea a mediului înconjurător, atunci supratemperatura inițială θ0 = 0 și ecuația încălzirii devine:

(6.5)

care reprezentată grafic duce la curba (2) din figura 6.1.

Fig.6.1

Tabelul 6.2

În tabelul 6.2 se indică orientativ valorile constantei de timp a încălzirii în funcție de tipul constructiv al mașinii.

Dacă mașina lucrează în regim de durată cu încărcarea nominală Pn, căreia îi corespund pierderile Qn, în ipoteza că încălzirea începe de la θ0=0, temperatura ei va crește comform relației:

temperatura maximă atinsă în cazul stabilirii echilibrului termic fiind:

Regimul de lucru al motoarelor electrice care acționează pompele este, în mod obișnuit, un regim de lungă durată cu sarcină constantă.

Servicii de funcționare

Regimul de funcționare al unei mașini electrice constă din ansamblul valorilor numerice ale mărimilor electrice și mecanice care caracterizează funcționarea sa la un moment dat.
Serviciul de funcționare al unei mașini electrice constă în precizarea succesiunii și duratei de menținere a regimurilor care îl compun.

Serviciul tip de funcționare al unei mașini electrice reprezintă un serviciu de funcționare convențională care este caracterizat printr-o succesiune standardizată a regimurilor sale componente.

În sistemele electrice de acționare, motoarele sunt obligate să funcționeze în diferite servicii, impuse de procesul tehnologic și de productivitatea mașinilor de lucru. În practica construcției motoarelor electrice, acestea sunt proiectate pentru un anumit serviciu nominal, care reprezintă un serviciu de funcționare tip, atribuit acestora, la care ele corespund integral.

Dintre cele opt servicii tip, definite ca servicii nominale standard în STAS 1893-72, în cazul motoarelor de acționare a mecanismelor navale se întâlnesc mai frecvent următoarele: continuu – SI; de scurtă durată – S2 și intermitent periodic – S3.

În figura 5.2 sunt reprezentate grafic cele trei servicii de funcționare amintite, indicându-se variația în timp a pierderilor totale de putere Q, a încălzirii θ și a vitezei unghiulare Ω.

Figura 6.2

Serviciul continuu, notat convențional cu indicativul S1, se caracterizează prin aceea că motorul funcționează aperiodic, cu o sarcină constantă într-un interval de timp ta >{3 ÷ 4)T, suficient pentru ca echilibrul termic să fie atins. În acest interval de timp, diferitele părți ale motorului ajung la supratemperaturile lor de regim staționar. Deși la pornire pierderile totale de putere sunt mai mari decât pierderile de durată, influența acestei majorări asupra procesului termic al motorului este neglijabilă, pornirile având loc la intervale mari de timp.

Un astfel de serviciu corespunde motoarelor de acționare a pompelor ce deservesc motorul principal de marș și motoarele auxiliare, compresoarelor, ventilatoarelor etc.

Serviciul de scurtă durată, notat convențional cu indicativul S2, se caracterizează printr-o funcționare aperiodică a motorului cu sarcină constantă într-un interval de timp ta < (3 ÷ 4)T, inferior deci celui necesar atingerii echilibrului termic.

Motorul este deconectat apoi de la rețea, o perioadă de timp t0 >(3 ÷ 4)T suficientă ca el să se răcească până la temperatura mediului ambiant, o nouă funcționare având loc după răcirea completă a sa Duratele standardizate pentru intervalul activ de timp ta sunt 10, 30, 60 și 90 minute. Un astfel de serviciu corespunde motoarelor de acționare a vinciurilor de ancoră, vinciurilor-traul, etc.

Serviciul intermitent periodic, notat convențional cu indicativul S3, se caracterizează printr-o funcționare ciclică a motorului electric, un ciclu de durată tc fiind compus dintr-un timp activ ta, în care motorul este încărcat cu o sarcină constantă și un timp de pauză to.

Deoarece sunt îndeplinite condițiile ta < (3 ÷ 4)T și t0 < (3 ÷ 4)T’’, rezultă că nu se atinge echilibrul termic în cursul unui ciclu de funcționare. încălzirea motorului nu este influențată de porniri sau frânări.

Un astfel de serviciu corespunde motoarelor de acționare a vinciurilor de încărcare-descărcare. STAS 1893-72 mai precizează că dacă frecvența de conectare este mai mare decât șase se adoptă una din valorile 60, 90, 120, 240, 360, 480 sau 600 de conectări pe oră.

Alegerea puterii motorului electric funcționând în serviciu continuu cu sarcini constante

Pentru mecanismele care funcționează cu o sarcină constantă sau puțin variabilă în timp, alegerea puterii motorului de acționare simplă, dacă este cunoscută puterea constantă ceruta de mecanism. În acest caz nu mai este necesar să se verifice motorul la încălzire sau la suprasarcină în timpul funcționării.

La pornire, pierderile din motor vor fi mai mari decât la sarcina nominal, însă vor putea fi neglijate, deoarece în aceste condiții pornirea se efectuează destul de rar și deci nu poate avea o influență importantă asupra încalzirii motorului.

În anumite cazuri este necesar să se verifice cuplul de pornire al motorului, având în vedere că unele mecanisme au o rezistență de frecare marită.

Pentru alegerea puterii motorului electric, funcționând în serviciu continuu cu sarcină constantă se procedează astfel:

cunoscând cuplul de sarcină Ms, la arborele mașinii de lucru, se determină cuplul static rezistent raportat la arborele motorului electric:

(6.6)

în care i – raportul de transmisie al reductorului;

η – randamentul transmisiei.

Se determina puterea de calcul PC, corespunzătoare cuplului MSR:

[kW] (6.7)

unde nc [rot/min] reprezintă turația de calcul;

Din cataloagele de motoare electrice destinate serviciului continuu S1 se va alege un motor ai cărui parametrii nominali să verifice relațiile:

și

Dacă puterea mecanismului nu este cunoscută inițial (cazul pompelor, ventilatoarelor etc.), puterea de calcul PC se determină cu ajutorul unor formule rezultate din experiența de cercetare și producție.

Pompele și ventilatoarele centrifuge au puterea utilă proporțională cu cubul turației, P=n3 și de aceea au caracteristici ușoare de pornire., Motorul asincron cu rotorul în scurtcircuit, care are caracteristica mecanică rigidă și valoare redusă a cuplului de pornire, corespunde pe deplin cerințelor impuse de acționarea pompelor și ventilatoarelor. La motoarele de curent continuu prezența unei ușoare excitații serie se folosește pentru menținerea turației necesare la oscilații ale tensiunii rețelei.

Tabelul 6.3

Condițiile grele de pornire sunt date de pompele și compresoarele cu piston. La acestea cuplul de pornire poate depăși de două ori valoarea nominală. Aceste condiții grele sunt datorate creșterii frecărilor în perioada pornirii între pistoane, segmenți, garnituri și existenței unui moment dinamic mare dat de masele de inerție ale sistemului. De aceea pentru pompe și compresoare cu piston se folosesc motoarele asincrone cu alunecare mărită (bare , înalte sau dublă colivie) care permit obținerea unor cupluri de pornire mai mari.

În funcție de condițiile de lucru ale mecanismului auxiliar, motorul electric se alege în execuție protejată la picături, etanșă sau ermetică.

În tabelele 6.1. și 6.2. se dau caracteristicile tehnice ale unor tipuri de electromotoare folosite pentru acționarea electrică a mecanismelor auxiliare.

Determinarea dimensiunilor principale ale pompei centrifuge din componența instalației.

Sistemul colector de marfă este situat la 124 m de la prova navei, 118m de la pupa, 4.7m de la balustrada vasului și 1,9 m deasupra punții. Aceasta conține trei pompe, fiecare operând cu un debit de 3500 m3/h. În proiectarea navei se va menționa o singură pompă de strip, cu un debit de 300 m3/h.

Date de proiectare:

debitul Q=3500 [m3/h]

sarcina H=120 [metri coloană de apă]

În unități ale SI debitul va avea valoarea:

= 0,972 [m3/s] (6.8)

Se alege turația pompei n în funcție de turația motorului de acționare:

Calculul puterii motorului electric de acționare a pompei.

Puterea necesară pentru acționare este în funcție de debitul și presiunea realizată de pompă și se determină cu relația:

(6.9)

unde:

Q – debitul pompei, m3/s;

γ – greutatea specifică a lichidului, N/m3;

H st –presiunea statică, m;

ΔH – pierderile de presiune în conducte și rezistențe locale, m;

η pompa – randamentul pompei ( pentru pompe cu piston de la 0,5 la 0,8, pentru pompe centrifuge de la 0,4 la 0,75 ).

Din catalog se va alege motorul electric de acționare AMA 450L6L de 1600 kW.

Pierderile de presiune în conducte se reprezintă:

(6.10)

în care:

HT – pierderile în tubulatură;

HL – pierderile datorate rezistențelor locale, coturi, vane, clapeți, etc.

Pierderile în tubulaturi se determină cu formula:

(6.11)

în care:

λ – coeficient de frecare care poate fi considerat, cu aproximație, λ=0,025;

l și d – lungimea și diametrul conductei, m;

v – viteza lichidului, m/s;

g – accelerația gravitațională, m/s2.

În cazul în care secțiunea conductei este dreptunghiulară, în calculul relației de mai sus se introduce diametrul secțiunii circulare echivalente, determinat cu relația:

(6.12)

În care a și b sunt dimensiunile secțiunii dreptunghiulare.

Pierderile locale se calculează pe baza stabilirii unor lungimi de tubulatură liniară echivalentă cu pierderile locale. În urma calculelor efectuate s-au stabilit lungimile echivalente pierderilor locale prezentate în tabelul 6.3

Tabelul 6.4

Cunoscând alcătuirea rețelei de conducte alimentată de pompă, se determină lungimea echivalentă pentru toate rezistențele locale și se calculează pierderile locale cu formula:

(6.13)

Rezultă că valoarea pierderilor totale este:

(6.14)

iar presiunea totală a pompei se calculează cu relația:

(6.15)

(6.16)

(6.17)

Pentru calculul puterii motorului electric sunt necesare ca date inițiale: debitul Q, înălțimea H st până la care trebuie urcată coloana de lichid și viteza care se alege corespunzător cerințelor registrului de clasificare. Dispunând de aceste date algoritmul de calcul constă în:

se calculează diametrul tubulaturii pentru debitul și viteza dată, se stabilește traseul de conducte și se determină lungimea totală a acestora;

se stabilesc elementele care dau pierderile locale și se calculează lungimea echivalentă a acestora;

se calculează pierderile în tubulaturi și locale și se determină înălțimea totală H;

având cunoscute debitul Q și înălțimea H, se calculează puterea motorului electric.

La alegerea motorului electric din catalog, puterea de calcul, obținută cu relația, se majorează cu 10% pentru pompele cu piston și cu 16% pentru pompele centrifuge. Această majorare este necesară întrucât turația de catalog a motorului este dată cu o precizie de ±5% și în cazul în care viteza reală este mai mare cu 5%, datorită caracteristicilor pompei, puterea solicitată la axul electromotorului are o creștere importantă.

Verificarea motorului electric ales nu este necesară având în vedere că acesta lucrează în regim de lungă durată cu sarcină constantă, apropiată de valoarea nominală. In cazul folosirii pompelor cu mase mari de inerție este necesar să se facă verificarea la încălzire numai pentru perioada de pornire.

Încălzirea motorului în perioada de pornire se calculează cu relația:

(6.18)

în care:

ΔP = I 2p R[W] – puterea pierdută la pornire în cuprul înfășurărilor;

G cu – greutatea cuprului înfășurărilor;

C cu = 390j / kg °C – capacitatea termică a cuprului;

t a – durata regimului tranzitoriu de accelerare pe timpul pornirii.

După unele înlocuiri și transformări se obține relația de calcul:

(6.19)

unde: jn – densitatea de curent a cărei valori pentru înfășurările mașinilor electrice este în limitele 4-5 A/mm2

ip = Ip/In – valoarea relativă a curentului de pornire.

Motorul electric asigură regimul tranzitoriu de pornire dacă valoarea temperaturii % nu depășește 100°C. în caz contrar se va alege un motor cu putere mai mare, capabil să scurteze perioada de accelerare, ta. .

Instalația de încărcare – descărcare trebuie prevăzută cu un sistem de oprire rapid al pompelor în cazul în care unul din parametri depășește valoarea admisă sau în cazul apariției unei avarii la sistem.

Prin manipularea corespunzătoare a valvulelor se pot realiza următoarele trasee:

Încărcarea mărfurilor prin priza de la manifold și trimiterea acestora în tancurile de marfă;

Descărcarea mărfurilor prin aspirația acestora și trimiterea lor spre manifold cu ajutorul pompei de marfă;

Încălzirea sau răcirea mărfurilor prin recircularea acestora prin schimbătorul de căldură amplasat pe puntea principală cu ajutorul pompei de marfă.

Scheme electrice de comandă a acționării pentru mecanismele auxiliare

Particularitățile schemelor electrice de comandă a acționărilor mecanismelor auxiliare sunt determinate de regimul lor de lucru. Pompele, ventilatoarele și compresoarele navale au frecvență redusă de conectare, nu necesită reversare, frânare și funcționează de obicei fără reglarea turației. Aceste particularități ale mecanismelor auxiliare simplifică schema electrică de comandă al cărui rol se reduce numai la pornirea, oprirea și protecția electromotorului.

Sisteme de comandă în curent alternativ

În acționările de curent alternativ pentru mecanismele auxiliare se întrebuințează, în cele mai multe cazuri, motorul asincron cu rotorul în scurtcircuit.

Cuplarea directă, procedeul cel mai larg utilizat, se aplică în toate cazurile în care puterea motorului electric nu depășește 20% din puterea generatorului centralei electrice, Pm < 0,2 Pg . Atunci când puterea motorului electric este mai mare, Pm > 0,2Pg , este necesar să se asigure limitarea curentului de pornire prin diferite procedee. Dintre acestea, la nave, cele mai utilizate sunt:

Conectarea unor rezistențe sau reactanțe în circuitul statorului pentru limitarea curenților de pornire prin reducerea tensiunii aplicate motorului în perioada de pornire. Reducerea tensiunii se realizează pe seama căderii de tensiune pe rezistențele sau reactanțele introduse în circuit, la pornire. Acest procedeu, relativ simplu și puțin costisitor, conduce, în același timp și la o reducere însemnată a cuplului de pornire. In cazul unor mecanisme auxiliare cu pornire în sarcină, reducerea cuplului de pornire reprezintă un dezavantaj important. Procedeul se aplică cu rezultate bune pentru mecanismele auxiliare cu caracteristica mecanică tip ventilator care nu necesită cupluri mari de pornire.

După pornire, rezistențele sau reactanțele se deconectează și motorului i se aplică tensiunea nominală.

Conectarea stea – triunghi a înfășurărilor statorului. Procedeul se poate aplica numai la motoarele asincrone la care în mod normal înfășurările statorului sunt cu conexiunea în triunghi. Metoda este simplă și se aplică pentru mecanisme auxiliare cu porniri rare, deoarece trecerea bruscă de la stea la triunghi duce la creșterea curentului de pornire de 5 – 6 ori și ca rezultat apar șocuri mecanice bruște care pot avea o influență negativă asupra acționării pe parcursul unei exploatări îndelungate.

Conectarea unor rezistențe în circuitul rotorului se folosește în cazul motoarelor asincrone cu rotor bobinat. Astfel de motoare sunt întâlnite rar la nave și de obicei se folosesc în cazul în care mecanismul executor solicită și reglarea vitezei.

Folosirea autotransformatorului pentru pornire este o soluție tehnică foarte bună care permite reducerea curentului de pornire, menținând în același timp o valoare ridicată a cuplului de pornire, spre deosebire de celelalte procedee de reducere a tensiunii aplicate la pornire. în general treapta de reducere a tensiunii este 0,55÷0,65 Un sau 0,8 Un.

Dezavantajul acestui sistem comparativ cu celelalte constă în creșterea dimensiunilor, masei și prețului de cost.

Schemele electrice de comandă a acționării mecanismelor auxiliare pentru instalațiile de forță și sistemele navale, în funcție de importanța acestora, trebuie să asigure:

siguranță în funcționare și deservire simplă; pornire ușoară;

posibilitatea comenzii locale, de la distanță și automatizarea pornirii în funcție de regimul de lucru al instalațiilor din care fac parte mecanismele auxiliare;

economie în funcționare la regimul nominal și la reglarea vitezei;

reglarea comodă a vitezei pentru mecanismele care necesită această reglare.

În figura 5.5 este prezentată schema de comandă cel mai frecvent utilizată. Numărul mecanismelor auxiliare pentru care se folosește această schemă este mult mai mare decât cele menționate în tabelul din schemă pentru exemplificare. Pornirea motorului electric se face prin butoane de la postul local, bh, montat în apropierea mecanismului antrenat. Protecția motorului la suprasarcină este realizată cu relee termice, et, iar la scurtcircuit cu siguranțe fuzibile. Schema de comandă se alimentează de la un transformator coborâtor de tensiune 380/24V prin întrerupătorul a1. Funcționarea schemei este simplă și nu necesită alte explicații. In schema de montaj prezenta în figură se observă că elementele schemei: contactor, relee termice, siguranțe, transformator, întrerupător de separare, a, sunt montate într-un sertar sau tablou numit pornitor magnetic. Pornitorul magnetic este alimentat de la rețea și de la el pleacă un cablu pentru motorul electric și altul pentru postul de comandă locală care conține lampa de semnalizare a funcționării motorului electric și butoanele pentru comanda pornirii și opririi acestuia.

Pentru puteri diferite ale motoarelor electrice care folosesc acest tip de schemă de comandă, aparatajul electric se alege corespunzător.