ACADEMIA NAVALĂ "MIRCEA CEL BĂTRÂN"FACULTATEA DE MARINĂ CIVILĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

COORDONATOR ŞTIINŢIFIC

Conf. univ. dr. ing. Corneliu Moroianu

ABSOLVENT

Butnaru Radu Mircea

CONSTANŢA

2011-2012

ACADEMIA NAVALĂ "MIRCEA CEL BĂTRÂN"FACULTATEA DE MARINĂ CIVILĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

COORDONATOR ŞTIINŢIFIC

Conf. univ. dr. ing. Corneliu Moroianu

ABSOLVENT

Butnaru Radu Mircea

CONSTANŢA

2011-2012

ACADEMIA NAVALĂ "MIRCEA CEL BĂTRÂN"FACULTATEA DE MARINĂ CIVILĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

TEMA: Navă tip tanc petrolier 155000 tdw.

Calculul generatorului de abur principal al

navei. Comanda, controlul și supravegherea în

funcționare a generatorului de abur.

COORDONATOR ŞTIINŢIFIC

Conf. univ. dr. ing. Corneliu Moroianu

ABSOLVENT

Butnaru Radu Mircea

CONSTANŢA

2011-2012

Rezumat limba romană

Rezumat limba engleză

Cuprins:

1. Prezentarea generală a navelor de tip petrolier

1.1. Introducere

1.2. Caracteristicile generale ale unui tanc petrolier de 155,000 tdw

1.3. Instalațiile și sistemele specifice navelor petroliere

2. Determinarea rezistenței la înaintare

3. Generatoarele de abur navale

3.1. Destinația generatoarelor de abur navale

3.2. Parametrii de funcționare

3.3. Enumerarea consumatorilor de abur la o navă tip petrolier de

155,000 tdw

3.4. Instalațiile specifice ale generatoarelor de abur

4. Bilanțul energetic al consumatorilor de abur

5. Calculul generatorului de abur

6. Comanda, controlul și supravegherea în funcționare a

generatorului de abur

1. Descrierea generală a navelor de tip petrolier

1.1. Introducere

Navele petroliere sunt nave comerciale destinate transportului de

produse petroliere în cantități foarte mari. Există doua tipuri de bază și

anume, petroliere care transportă cantități mari de țiței brut de la locul de

extracție către rafinării și petroliere care transportă produse petrochimice

către rețeaua de consumatori. Acestea sunt construite și amenajate special

pentru a transporta produsele petroliere direct în magaziile navei. Creșterea

consumului de combustibili lichizi la nivel mondial, au determinat o

dezvoltare remarcabilă a acestui tip de navă, ajungându-se la capacități de

încăcare de pană la 550,000 tdw.

Navele de tip petrolier se clasifică astfel:

1. General Purpose Tankers (GPT) (tancuri petroliere generale): 10,000 –

24,999 tdw

2. Medium Range Tankers (tancuri de capacitate medie): 25,000 – 44,999

tdw

3. Large Range Tankers 1 (LR1) (tancuri de capacitate mare): 45,000 –

79,999 tdw

4. Large Range Tankers 2 (LR2): 80,000 – 159,999 tdw

5. Very Large Crude Carrier (VLCC) (tancuri foarte mari): 160,000 –

319,999 tdw

6. Ultra Large Crude Carrier (ULCC) : 320,000 – 549,999 tdw

Primele nave care s-au ocupat cu transportul produselor petroliere au

fost cargourile. La început, marfa era transportată în butoaie de lemn. Apoi

treptat acestea au fost înlocuite cu recipiente rectangulare din oțel.

Descărcarea petrolului se facea manual, operațiune foarte periculoasă și

dificilă. Între anii 1869-1872, nava “Charles” de 800 tdw, a efectuat

transportul de petrol între Europa și America în aproximativ 60 de recipiente

din oțel, fiecare recipient având o capacitate de transport de aproximativ 13

tone. Prima problemă care a apărut la cargourile transformate în tancuri, a

fost efectul negativ al suprafețelor libere ce compromitea stabilitatea

transversală a navei. Prima măsură de reducere a efectului suprafețelor

libere a fost introducerea în plan diametral a unui perete de separație, pe

toată lungimea cargotancului. A doua măsură a fost construirea puțului de

expansiune în partea superioară a cargotancului, menținând totodată

peretele de separație. În anul 1920, în evoluția cargotancurilor, au fost

introduse noi elemente și anume amenajarea în partea superioară a unor

tancuri de vară, de dimensiuni reduse, ce permiteau navelor sa-și mărească

capacitatea de transport atunci când navigau la linia de încărcare de vară.

Ulterior, s-au adoptat doi pereți longitudinali etanși având ca scop reducerea

efectului suprafețelor libere și mărirea capacității de transport, prin creșterea

dimensiunilor navei, asigurând o structură de rezistență mai bună.

Odată cu modificarea sistemului de compartimentare a navelor

petroliere, s-a modificat și sistemul de osatură. Astfel, în construcția navelor

petroliere s-a trecut de la sistemul de osatură transversală la sistemul de

osatură longitudinală. Sistemul de construcție al navelor petroliere de mare

tonaj este sistemul de osatură Isherwood modificat, caracterizat prin

folosirea elementelor de construcție specifice osaturii orizontale, pe toată

lungimea tancurilor de marfă și a elementelor specifice osaturii verticale, în

borduri și extremități.

La marea majoritate a navelor petroliere, suprastructurile, unde sunt

amenajate încaperi pentru echipaj și pentru navigație, sunt concentrate în

castelul pupa. Deoarece înălțimea bordului liber este mai mică la petroliere

decât la celelalte tipuri de nave, puntea este des inundată de valuri, la

navigația în mare agitată. Pentru evacuarea rapidă a apei de pe punte,

parapetul a fost înlocuit de o balustradă.

Majoritatea navelor petroliere folosesc motoare cu aprindere prin

compresie diesel, lente sau semirapide, pentru propulsie și doar câteva au

propulsie prin turbină cu abur sau diesel-electrică. Acestea din urmă sunt

folosite pentru transporturi speciale din Alaska către coasta de vest a

Statelor Unite ale Americii. Compartimentul mașini este amplasat

întotdeauna la pupa, astfel, se evită producerea unor incendii provocate de

scânteile ce ies din coșul de fum. Între tancurile de marfă și restul

compartimentelor sunt prevăzute coferdamuri verticale și orizontale. Toate

instalațiile auxiliare din zona tancurilor de marfă sunt acționate de mașini

hidraulice sau cu abur, pentru a evita riscul producerii unor incendii. Tot din

acest motiv, produsele petroliere cu grad ridicat de inflamabilitate sunt

transportate în tancurile de marfă din prova, iar cele cu grad scăzut de

inflamabilitate sunt transportate în tancurile de marfă din pupa Cel mai

important sistem, de pe un tanc petrolier, este sistemul de încărcare și

descărcare a mărfii. Acesta este compus din pompe, mecanisme de

antrenare și țevi proiectate special pentru a permite tancului petrolier să

descarce marfa într-un mod eficient și sigur. Pompele pot fi acționate prin

mașini hidraulice, motoare electrice sau turbine cu abur. Cele din urmă fiind

cele mai utilizate din motive de siguranță.

1.2. Caracteristicile generale ale unui tanc petrolier de 155,000

tdw

Tipul navei:

- navă petrolier cu carenă dublă

Dimensiuni principale:

- Lmax = 272.40 m (lungimea maximă)

- LPP = 261.10 m (lungimea între perpendiculare)

- LDWL = 263.50 m (lungimea la linia de plutire de plină încărcare)

- B = 46.55 m (lățimea navei)

- D = 24.70 m (înălțimea de construcție)

- T = 17.71 m (pescajul de construcție al navei)

Caracteristici transport:

- Deadweight = 155,000 tdw

- Tonaj registru brut = 80,593 t

- Tonaj registru net = 49,010 t

- Capacitățiile tancurilor de marfă (98%):

- Segmentul 1: 56,789.4 m3 (Nr. 1 p/s, 4 p/s, Slop p/s)

- Segmentul 2: 58,859.1 m3 (Nr. 2 p/s, 5 p/s)

- Segmentul 3: 56,709.3 m3 (Nr. 3 p/s, 6 p/s)

- Capacitatea totală (fără tancurile de reziduuri): 168,431.2 m3

- Capacitățiile tancurilor de reziduuri (slop tanks): 3,926.6 m3

- Capacitățiile tancurilor (100%):

- de combustibil greu (incluzând tancurile de decantare și de

serviciu): 3,940.5 m3

- de motorină (incluzând tancul de serviciu): 255.1 m3

- de balast: 52,403 m3

- de apă dulce: 420.6 m3

- Pompe:

- de marfă: 3 x 4,000 m3/h

- de golire (stripping pump): 1 x 300 m3/h

- ejector: 1 x 500 m3/h

- de balast: 1 x 4,000 m3/h

Caracteristici motor principal:

- Motor tip: MAN B&W 6S70MC-C8

- Putere: 19,620 kW / 26,300 CP

- Număr cilindrii: 6

- Cursa pistonului: 2,800 mm

- Diametrul pistonului: 700 mm

- Consumul specific de combustibil: 166 g/kWh

- Turație: 91 rpm

- Viteză: 15.5 Nd

1.3. Instalații și sisteme specifice navelor petroliere

În ultimii 50 de ani, industria tancurilor petroliere a trecut printr-o serie

de modificări, în urma cărora s-au stabilit bazele tancului petrolier modern. În

continuare sunt prezentate sumar sistemele și instalațiile ce definesc un tanc

petrolier modern:

1. Instalația de gaz inert (Inert Gas System): Astăzi, toate tancurile

petroliere au obligația de a avea instalație de gaze inerte. Acest sistem

menține o atmosferă inertă în tancurile de marfă. În timpul operațiilor de

încărcare-descărcare, gazele inerte sunt pompate în interiorul tancurilor de

marfă. De regulă, acestea sunt produse de un generator de gaze inerte, dar

se pot folosi și gazele arse de la caldarine. Instalația de gaz inert trebuie să

asigure:

- Menținerea atmosferei cu un conținut de oxigen de până la 8% din

volum și a unei presiuni mai mare decât presiunea atmosferică, în

orice zonă a tancului de mărfuri

- Menținerea atmosferei cu un conținut de oxigen de până la 14% din

volum, în orice zonă uscată a magaziei de mărfuri

- Excluderea posibilității de pătrundere a aerului în tancurile de marfă, în

timpul operațiunilor obișnuite

- Evacuarea vaporilor de hidrocarburi din tancurile de marfă goale

Instalația de gaz inert este proiectată în așa fel, încât să nu se depășească

presiunea de 0.24 bar a oricărui tanc de marfă, în condiții normale de

exploatare.

2. Instalația de spălare a tancurilor de marfă (Cargo Tanks

Cleaning System): Această instalație are rolul de evacua reziduurile de

marfă după transportarea produselor petroliere grele, pentru trecerea la

produsele petroliere ușoare. Deasemenea, instalația pregătește tancurile de

marfă pentru alimentarea cu apă de balast sau pentru reparații și vizite în

interior. Spălarea se face cu mașini de spălat speciale, cu jeturi de apă la

temperaturi de aproximativ 50 °C sau cu țiței brut.

3. Instalația de ventilare a tancurilor de marfă (Loading And

Discharge Venting System): Instalația de ventilare are rolul de a controla

presiunea din tancurile de marfă. Drept urmare, trebuie să asigure

evacuarea vaporilor de petrol din tancuri la creșterea excesivă a presiunii și

trebuie să prevină formarea vacuumului permițând intrarea aerului în

tancurile de marfă. Supapele de presiune și vacuum trebuie amplasate astfel

încât să permită descărcarea vaporilor de petrol pe direcție verticală. Deși

sistemul de ventilație este simplu din punct de vedere constructiv și are un

cost relativ scăzut, există și un dezavantaj cum ar fi griparea supapelor din

cauza corodării.

4. Sistemul de monitorizare a deversării de hidrocarburi (Oil

Discharge Monitor System): Pentru prevenirea poluării mediului marin la

debalastarea tancurilor, la eliminarea apei din tancurile de slop sau a apei

din santină, sistemul este prevăzut cu un monitor de petrol deversat. Acest

instrument măsoară și înregistrează concentrațiile de hidrocarburi în apa

refulată peste bord. Astfel, dispozitivul înregistrează cantitatea totală de

hidrocarburi deversate și are posibilitatea de a opri descărcarea atunci când

sunt depășite concentrațiile maxime admise.

5. Sistem de măsurare automată a cantității de marfă

6. Instalația de balast: Sistemul este alcătuit din doua tancuri laterale

dispuse la centrul navei, tancul forpic, o pompă de balast și tubulatura

specifică. Pompa de balast curat poate aspira prin fiecare priză de mare și

poate refula balast curat în orice tanc. Balastul de apă transportat în

tancurile de marfă este considerat balast murdar și nu poate fi deversat în

întregime peste bord. Dupa deversarea apei curate, balastul murdar este

transferat într-un tanc de slop, unde este lăsat o perioadă de timp pentru

decantare.

7. Instalația de încărcare-descărcare a mărfii: Pompele acestei

instalații sunt dispuse într-un compartiment special amenajat, de obicei

situat în prova compartimentului mașini. Pompele sunt acționate de mașini

hidraulice, motoare electrice sau turbine cu abur. În general există două

sisteme de tubulaturi adoptate de petroliere și anume:

- Sistemul circular: format dintr-o magistrală circulară pe fundul spațiului

de încărcare, conectată la tubulaturi ce duc la compartimentul de

pompe și la manifoldul de pe punte.

- Sistemul direct: unde fiecare tronson este deservit de o singură

magistrală conectată cu manifoldul și cu camera pompelor.

8. Instalația de încălzire a mărfii: Pentru a putea transfera produsele

petroliere cu ajutorul pompelor de marfă, acestea trebuiesc încălzite în

prealabil. Tancurile de marfă sunt prevăzute cu serpentine, prin care circulă

abur saturat la o anumită presiune. Temperatura de încălzire a petrolului

trebuie să fie cu 15 °C sub punctul de inflamabilitate, astfel păcura se

încălzește până la 60-70 °C, iar diversele tipuri de petrol brut se încălzesc

până la 20-25 °C. Atunci când se transportă produse petroliere ușoare, cu

temperaturi scăzute de inflamabilitate, instalația de încălzire a mărfii se

oprește. Un alt sistem de încălzire a mărfii, întâlnit la navele cu pompe tip

Framo, este compus din încălzitoare cu abur, prin care marfa este

recirculată. Recircularea continuă implică în schimb un consum suplimentar

de combustibil.

9. Sistem de comunicații prin satelit.

10. Echipament electronic de navigație.

11. Sistem de poziționare globală prin satelit (Global

Positioning Satellite Systems)

12. Sistem de identificare automată (Automatic Identification

System)

3. Generatoarele de abur navale

3.1. Destinația generatoarelor de abur navale

Căldările navale sunt generatoare de abur unde are loc încălzirea și

vaporizarea apei sau supraîncălzirea aburului saturat, datorită căldurii

obținute prin arderea unui combustibil, dintr-o reacție nucleară sau prin

efectul termic al curentului electric. Căldările navale sunt destinate

producerii aburului în scopuri tehnologice, energetice și de încălzire. Acestea

trebuie să producă aburul în condiții economice și siguranță deplină.

Realizarea acestor cerințe se obține prin respectarea prevederilor legale

privind construirea, montarea, exploatarea și verificarea acestor instalații.

Cele mai utilizate căldari de la bordul navelor sunt următoarele:

- Căldarea ignitubulară, cunoscută și sub denumirea de căldare tubulară,

este căldarea la care gazele obținute în procesul de ardere sunt dirijate

în interiorul tuburilor sistemului fierbător, suprafețele exterioare ale

tuburilor fiind acoperite de apă. Acest tip de căldare are un volum

mare de apă.

- Căldarea acvatubulară, sau căldarea tubuloasă, este căldarea la care

apa circulă prin interiorul tuburilor sistemului fierbator, suprafețele

exterioare ale tuburilor fiind acoperite de gazele obținute în procesul

de ardere al combustibilului. Căldarea acvatubulară este o căldare cu

volum mic de apă.

Din punct de vedere energetic, în căldarea navală are loc transformarea

energiei chimice, conținută în combustibil, în energie termică prin procesul

de ardere.

Instalația de producere a aburului de la bordul navei trebuie sa satisfacă

următoarele cerințe:

- Gabarit redus

- Utilizarea cât mai eficientă a căldurii obținute în focar

- Siguranța în funcționare pentru orice regim

- Posibilitate de punere în funcțiune rapidă

- Posibilitatea automatizării

- Preț de producție redus

Aburul produs în generatoarele de abur navale, este folosit:

- La instalațiile motoarelor principale de propulsie

- Pentru acționarea mașinilor auxiliare de pe punte

- Pentru acționarea turbinelor cu abur

- La instalația de încălzire a apei menajere și a cabinelor navei

- La instalația de încălzire a tancurilor de combustibil

Căldările navale se clasifică după:

1) Modul în care se face schimbul de căldură și volumul de apă, în:

- căldari acvatubulare (cu volum mic de apă)

- căldări ignitubulare (cu volum mare de apă)

2) Destinație, în: - căldări principale (aburul este folosit la mașinile

principale de propulsie)

- căldări auxiliare (aburul este folosit pentru deservirea

instalațiilor și mecanismelor auxiliare și ca abur

de serviciu)

3) Presiunea aburului, în: - căldări de joasă presiune pregim < 15 bar

- căldări de presiune medie pregim= 15 ~ 30 bar

- căldări de înaltă presiune pregim > 30 bar

4) Calitatea aburului obținut, în: - căldări cu abur saturat

- căldări cu abur supraîncălzit

5) Circulația apei în căldare, în: - căldări cu circulație naturală

- căldări cu circulație forțată (prin

utilizarea unei pompe de circulație)

6) Tirajul căldării, în: - căldări cu tiraj natural

- căldări cu tiraj artificial (prin utilizarea unor

ventilatoare)

3.2. Parametrii de funcționare

1. Presiunea nominală Pn : este presiunea de lucru maximă admisibilă,

ce este luată în considerare la proiectarea căldării.

2. Presiunea de utilizare Pu : este valoarea presiunii vaporilor la ieșirea

din supraîncălzitor.

3. Presiunea nominală de regim Pr : este presiunea maximă a

aburului din căldare, ce este menținută la o valoare constantă în timpul

exploatării. Presiunea nominală de regim este cu aproximativ 5% mai mică

decât presiunea nominală.

(3.1) P r = 0.95 × Pn

4. Temperatura nominală Tn : reprezintă valoarea temperaturii

vaporilor supraîncălziți măsurată dupa regulatorul de temperatură sau la

ieșirea din supraîncălzitor, la debitul nominal al căldării.

5. Debitul nominal al căldării D : este debitul maxim de vapori pe care

căldarea trebuie să îl asigure pe timpul unei exploatări permanente.

(3.2) D=Qu

ix - iaa, unde:

- Qu este cantitatea de căldură utilă acumulată de căldare;

- ix este entalpia vaporilor saturați;

- iaa este entalpia apei de alimentare;

6. Debitul normal Dnor : reprezintă aproximativ 80% din debitul nominal,

fiind corespunzător unei valori optime a randamentului căldării.

7. Debitul minim Dmin : reprezintă valoarea celui mai mic debit la care

poate funcționa căldarea pe durată nedeterminată, fără a suferii avarii.

8. Debitul specific al căldării navale ds : este raportul dintre debitul

nominal al căldării și suprafața de încălzire.

(3.3) ds=DA

× 1000 [daN

m3×h]

9. Suprafața de încălzire A : reprezintă valoarea suprafeței măsurată

pe partea gazelor de ardere a pereților căldării.

10. Tensiunea termică a focarului ρf : reprezintă cantitatea de

căldură degajată prin arderea combustibilului în focarul căldării, ce revine

fiecărui metru cub al volumului focarului.

(3.4) ρf =Ch × Qi

Vf

- Ch este consumul orar de combustibil;

- Vf este volumul focarului;

11. Capacitatea de vaporizare a combustibilului U : este

cantitatea de abur obținută în căldare la arderea unui kilogram de

combustibil.

(3.4) U=DCh

12. Randamentul căldării ηc : reprezintă raportul dintre cantitatea

de căldură transmisă apei pentru a vaporiza la parametrii de lucru și

cantitatea de căldură introdusă prin arderea combustibilului în focar.

(3.5) ηc =D×( io - iaa )

Ch ×Q i

- D este debitul de abur al căldării, [kg/h];

- io este entalpia aburului la ieșirea din căldare, [kJ/kg];

- iaa este entalpia apei de alimentare, [kJ/kg];

Pentru căldările cu supraîncălzitor, expresia randamentului căldării ηc este:

(3.6) ηcsi =D× (io - iaa )+Dsi ×(ie - ii )

Ch ×Qi

- ie este entalpia aburului la ieșirea din supraîncălzitor

- ii este entalpia aburului la intrarea în supraîncălzitor

3.3. Enumerarea consumatorilor de abur la o navă tip

petrolier de 155,000 tdw