Балластные судовые системы

Балластные системы предназначены для приема в цистерны водяного балласта, перекачки и удаления его с судна в целях изменения осадки и остойчивости судна (балластная система), выравнивания или создания в необходимых случаях искусственных крена (креновая система) и дифферента (дифферентная система) при выполнении погрузочно-разгрузочных работ, плавании во льдах и в аварийных ситуациях, а также в связи с расходованием запасов топлива и воды.

В общем виде балластные системы предназначены для обеспечения нормальной эксплуатации транспортных судов, в частности для изменения посадки (крена, дифферента, осадки) порожнего судна и метацентрической высоты судна с грузом.

На танкерах, как правило, имеются отдельные балластные системы в МО, ахтерпике и форпике. Балластировка грузовых танков не допускается; для этого должна предусматриваться система изолированного балласта.

На крупных судах, нефтерудовозах и ледоколах для быстрой перекачки больших масс воды в балластных системах применяют осевые насосы, в том числе реверсивного действия, а трубопроводы выполняют в виде корпусных коридоров с разгрузочными каналами, сообщаемыми с атмосферой.

На рис. 5.35 приведена схема функциональной группы насоса балластно-осушительной системы.


Рис. 5.35. Схема функциональной группы насоса балластно-осушительной системы грузового судна
1 — борт;
2,6 — невозвратно-запорные клапаны;
3, 5, 7, 10 — клинкетные задвижки;
4 — балластно-осушительный насос;
8 — балластная система;
9 — осушительная система;
11 — фильтр забортной воды;
12 — кингстон

На рис. 5.36 приведена схема балластно-осушительной системы и системы нефтесодержащих вод грузового судна с приемной магистралью, проложенной в коридоре систем. Система выполнена по централизованной схеме с линейными магистралями в пределах всего судна и дистанционным управлением. Нефтесодержащие воды подаются на берег через запорные проходные клапаны или собираются в сборную цистерну насосом. На промысловых судах приемные отростки из помещений, граничащих с машинным отделением, необходимо присоединять к магистрали системы нефтесодержащих вод.


Рис. 5.36. Схема балластно-осушительной системы и системы нефтесодержащих вод грузового судна
1 — магистраль нефтесодержащих трюмных и балластных вод; 2 — магистраль к осушаемым помещениям; 3 — туннель гребного вала; 4 — водяной фильтр; 5, 12, 17, 23 — сточные колодцы; 6 — балластный насос; 7, 21 — верхняя палуба; 8 — запорный проходной клапан; 9 — клапан, застопоренный и опломбированный в закрытом положении; 10 — осушительный насос; 11 — МО; 13 — магистраль к балластным цистернам; 14 — осушительная магистраль из трюмов; 15 — коридор систем; 16 — приемная сетка; 18 — сборная цистерна нефтесодержащих вод; 19 — трубопроводы к сепарационной установке; 20 — насос системы нефтесодержащих вод; 22 — осушительно-балластный насос

Работа креновой и дифферентной систем осуществляется перекачиванием водяного балласта из специальных цистерн. Креновая и дифферентная системы обязательно предусматриваются на ледоколах, буксирах и большинстве других типов судов. На ледоколах эти системы выполняют специальное назначение. Так, креновая система служит для предотвращения вмерзания в лед корпуса ледокола при его дрейфе в ледяном поле. В этом случае с ее помощью создается бортовая качка ледокола с определенной амплитудой. Ввиду продолжительности режима раскачивания управление кренованием обычно автоматизируют.

Дифферентную систему используют при прохождении ледоколом тяжелых ледяных полей. Для этого вначале создают дифферент на корму приемом балласта в кормовую цистерну, а после того как форштевень поднимется на кромку льда, балласт перекачивают в носовую цистерну, обеспечивая тем самым разламывание льда.

На рис. 5.37 приведена схема креновой и дифферентной систем ледокола, выполненная с применением реверсивных насосов, которые могут перекачивать воду в обоих направлениях. Креновые цистерны расположены по бортам судна, дифферентные — в оконечностях. Ледовые ящики служат для приема и хранения забортной охлаждающей воды, обеспечивают ее рециркуляцию в случае забивания льдом приемных решеток системы охлаждения. Направление потока воды регулируется поворотными дисковыми затворами с дистанционным управлением. Вода из креновых и дифферентных цистерн принимается через защитные решетки. Для затопления и осушения креновых цистерн может быть использован насос балластной системы, для чего нужно открыть запорный клапан (15). Целесообразно предусматривать совмещение дифферентной системы с креновой, балластной или водоотливной.


Рис. 5.37. Схема креновой и дифферентной систем ледокола 1 — защитная решетка; 2 — поворотный дисковый затвор с дистанционным управлением; 3 — линзовый компенсатор; 4, 9, 11 — реверсивные насосы; 5, 10 — клинкетные задвижки; 6, 13, 16 — ледовые ящики; 7 — магистраль к насосу балластной системы; 8, 14 — креновые цистерны; 12, 17 — дифферентные цистерны; 15 — запорный клапан

Разновидностью балластной системы является система замещения топлива, предназначенная для поддержания нормальной осадки судна заполнением освободившихся объемов в топливных цистернах забортной водой. Работа системы замещения основана на том, что топливные цистерны расположены ниже ватерлинии судна и топливо в них находится под постоянным гидростатическим забортным давлением. Вследствие меньшей плотности топлива заборная вода будет вытеснять его в верхнюю часть цистерны. Опорожнение заполненных балластом топливных цистерн производится насосами осушительной системы.

Для защиты моря от загрязнений нефтесодержащие трюмные воды перед сбросом за борт очищают от нефтепродуктов. Международная Конвенция по предотвращению загрязнения моря сбросом отходов и других материалов 1972 г. разрешает сброс нефтесодержащей смеси, если судно находится в движении за пределами особого района и не ближе 12 морских миль от ближайшего берега, а нефтесодержание в сбросе не превышает 100 млн—1.

Для повышения эффективности охраны морской среды от загрязнения нефтью введены правила об особых районах, к которым отнесены Средиземное, Черное, Балтийское, Красное моря, районы Персидского и Оманского заливов. В этих районах запрещается сброс в море нефти или нефтеналивной смеси с любого танкера и с любого другого судна валовой вместимостью 400 per. т и более. Такие суда, находясь в особом районе, сохраняют на борту все нефтяные осадки и остатки, грязный балласт и промывочную воду и сдают их только в береговые очистные сооружения. В этих районах допускается сброс нефтеводяных смесей с судов (включая нефтяные танкеры), если содержание нефти в ней не превышает 15 млн-1.

По условиям Конвенции каждое судно должно оборудоваться сепарационной установкой и фильтрационной системой, обеспечивающими очистку нефтеводяных смесей от нефтяных остатков до содержания их в откачиваемой воде в пределах установленных норм, и емкостью для хранения льяльных вод во время стоянки в портах (до 6 сут). Сливной трубопровод для сдачи неочищенной воды приемщикам должен выводиться на оба борта и снабжаться присоединительными фланцами международного образца.

В зависимости от происхождения нефтесодержащие воды делятся на льяльные, балластные и промывочные. Льяльные воды образуются в сравнительно небольших количествах в МО и, как правило, подвергаются сепарационной очистке. Балластные и промывочные воды танкеров в подавляющем большинстве случаев окончательной очистке на судне не подвергаются, а откачиваются в отстойные танки общей вместимостью не менее 3 % от грузовместимости судна либо в специальные береговые или плавучие очистные станции.

Отделение примесей от воды осуществляется в сепарирующих устройствах. Крупные частицы нефтепродуктов (с удельным весом меньше единицы) довольно интенсивно отделяются путем простого отстаивания. Для интенсификации выделения более мелких частиц воду подогревают или применяют специальные механические устройства. Нефтепродукты, эмульгированные в воде, практически не отстаиваются, поэтому для их отделения применяют более сложные методы коалесценции (укрупнения), коагуляции, фильтрации и флотации.

Коалесценцию широко применяют при доочистке (после отстоя) льяльных вод, поскольку коалесцирующие материалы в отличие от материалов задерживающих фильтров обладают значительно большей нефтеемкостью и при сравнительно небольших количествах льяльных вод обеспечивают достаточно длительный цикл фильтрации.

Принцип действия сепараторов коалесцирующего типа основан на укрупнении мелких частиц нефтепродуктов на поверхности материала, к которому они прилипают. Постепенное укрупнение частиц приводит к увеличению подъемной силы, их отрыву и быстрому всплытию. Эти сепараторы состоят из полостей отстоя и доочистных коалесцирующих фильтроэлементов. Коалесцирующими материалами служат песок, синтетические волокна, материалы на основе целлюлозы. Коалесцирующие сепараторы просты по конструкции, в них отсутствуют движущиеся части, их массогабаритные характеристики меньше, чем у сепараторов отстойного типа. Отечественный сепаратор СКМ (рис. 5.38) работает в комплексе с доочистным фильтром.


Рис. 5.38. Сепаратор СКМ
1 — подогреватель; 2 — коалесцирующий фильтроэлемент; 3 крышка; 4 — датчик уровня; 5 — клапан выпуска воздуха; 6 — нефтесборник; 7 — крышка; 8 — корпус

Коагуляция — слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе перемешивания или направленного перемещения. В результате коагуляции нефтеводяных смесей образуются более крупные (вторичные) частицы нефтепродуктов, состоящие из скопления более мелких (первичных) частиц. Для интенсификации процесса применяют коагулирующие агенты (коагулянты), представляющие собой водорастворимые органические высокомолекулярные соединения (полимеры).

Метод фильтрации заключается в задержании частиц нефтепродуктов слоем фильтрующих материалов при прохождении через них загрязненной воды. В качестве фильтрующих материалов используются кокс, стекло, вата, опилки, асбестовые материалы и др. Однако наибольшее распространение получили кварцевый песок и другие аналогичные материалы.

Во флотационных сепараторах диспергированные в воде частицы нефтепродуктов извлекаются пузырьками воздуха. Этот метод сепарирования льяльных вод более интенсивен по сравнению с методом отстоя, так как скорость всплытия частиц примерно в 900 раз больше скорости всплытия под действием разности плотностей воды и нефтепродукта. Сепараторы флотационного типа имеют два механических привода: один для импеллера, обеспечивающего вспенивание, другой для пеносъема. Для работы такого сепаратора необходима постоянная подача флотационных реагентов.

Для контроля уровня воды в цистернах и трюмах служат измерительные трубы с футштоками (рейками с делениями). Измерительные трубы выводят на палубу, где они заканчиваются измерительной втулкой. В машинных и подобных им помещениях измерительные трубы выводят выше настила пайолов, где на трубах устанавливаются самозапорные измерительные клапаны (рис. 5.39). Это делается для того, чтобы при попадании забортной воды в масляные или топливные цистерны, расположенные ниже ватерлинии, топливо или масло не поступало под давлением в отсеки. На рис. 5.39 клапан закрыт.

Перед измерением уровня в цистерне проверяют пробным краном 7, не опрессована ли внутренняя полость клапана. Затем отвинчивают крышку 5, поднимают противовес 9 и через штуцер в верхней части клапана и направляющую шайбу 1 вводят в измерительную трубу футшток. После окончания замеров противовес опускается, а крышка 5 навинчивается на штуцер.

На судах новой постройки применяют дистанционные уровнемеры или датчики уровня, показывающие приборы которых выведены в пост управления.

Насосы систем соединены с забортными отверстиями трубопроводами (приемными, отливными, приемно-отливными). Приемные кингстоны устанавливаются на специальные выгородки, называемые кингстонными ящиками (рис. 5.40), в верхней части которых устанавливаются воздушные трубы для отвода скапливающегося воздуха. Кингстонный ящик продувается паром или сжатым воздухом в случае загрязнения или забивания льдом.


Рис. 5.39. Самозапорный клапан
1 — направляющая шайба; 2 — корпус; 3 — поворотный рычаг; 4 — тарелка; 5 — крышка; 6 — цепочка; 7 — пробный кран; 8 — сливная трубка; 9 — противовес


Рис. 5.40. Устройство продувки кингстонного ящика 1 — кингстон; 2 — труба подвода пара; 3 — труба подвода сжатого воздуха; 4 — воздушная труба; 5 — кингстонный ящик; 6 — перфорированная труба; 7 — решетка; 8 — продувочная труба; 9 — приемный трубопровод; 10 — невозвратно-запорный клапан