Curs-2-ACM

FACULTATEA DE ARHITECTUR NAVAL

an IV S.E.N. 2013 2014

AMENAJAREA COMPARTIMENTELOR

DE MAINI LA NAVE

CURS NR. 2

CAPITOLUL 2 SCHEMA DE TANCURI DIN YONA COMPARTIMENTULUI DE MAINI

21

Capitolul 2

SCHEMA DE TANCURI DIN ZONA COMPARTIMENTULUI DE MAINI

2.1. Calculul volumelor tancurilor

Calculul volumelor tancurilor au la baz regulile generale ale registrelor de clasificaie, normele MARPOL 73/78 pentru protecia mediului marin i practicilor rezultate din experiena de navigaie i exploatare.

2.1.1 Tancuri de rezerv (buncheraj) combustibil greu (HFO)

Volumul de combustibil necesar motorului principal se calculeaz cu relaia

3_ 10 ( / ) /HFO MP f e MP HFOV k b P R v (2.1.1)

unde:

kf=1,03, coeficient ce ine cont de acoperirea recomandat de fabricantul motorului, be-consumul specific de combustibil [g/kWh],

PMP-puterea motorului principal [kW],

R-raza de navigaie [Mm-mile marine], v-viteza [Nd],

HFO-densitatea combustibilului greu [kg/m3].

Volumul de combustibil necesar diesel-generatoarelor:

3_ 10 /HFO DG DG f e DG HFOV n k b P t (2.1.2)

unde:

nDG-numrul de Diesel generatoare, kf=1,03, coeficient ce ine cont de acoperirea recomandat de fabricantul motorului, be-consumul specific de combustibil [g/kWh],

PDG-puterea motorului [kW],

t-timpul de funcionare [h], HFO-densitatea combustibilului greu [kg/m

3].

Volumul de combustibil necesar caldarinei cu arztor:

3_ 10 /HFO Cald cald Cald HFOV b t P (2.1.3)

unde:

bcald-consumul orar de combustibil al caldarinei [g/kWh],

PCald-puterea caldarinei,

t-timpul de funcionare [h], HFO-densitatea combustibilului greu [kg/m

3].

Volumul total de combustibil greu (VHFO_tot) se obine prin nsumarea volumelor corespunztoare tuturor consumatorilor.

AMENAJAREA COMPARTIMENTULUI DE MAINI LA NAVE

22

_ _ __HFO tot HFO MP HFO DG HFO CaldV V V V (2.1.4)

Combustibilul este stocat n cteva tancuri, cel puin dou pentru ca n caz de avarie s nu fie afectat ntreaga cantitate de combustibil.

2.1.2 Tancuri de decantare

Societile de clasificare recomand 2 tancuri de decantare, capacitatea unui tanc fiind suficient pentru a alimenta toi consumatorii timp de 24 de ore. Se prevd 2 tancuri de decantare pentru fiecare tip de combustibil.

Tancurile de decantare se prevd cu un sistem de indicare a nivelului, un sistem de msurare a temperaturi i posibilitatea drenrii.

2.1.3 Tancuri de serviciu

Capacitatea unui tanc de serviciu se stabilete astfel nct dac sistemul de tratare a combustibilului (purificare, clarificare) se defecteaz, toi consumatorii pot fi alimentai din el timp de 8 ore. Se prevd 2 tancuri de serviciu pentru fiecare tip de combustibil. Normele IACS SC 123 dau recomandari pentru dispunerea tancurilor de serviciu.

Dac motorul principal, motoarele auxiliare i caldarina cu arztor funcioneaz cu combustibil greu normele SC 123 recomand un sistem ca cel din (Fig. 2.1) sau echivalent.

Tanc serviciu HFO

Capacitatea minim 8 oreMotor principal

Motoare auxiliare

Caldarina cu arzator

Tanc serviciu HFO

Capacitatea minim 8 oreMotor principal

Motoare auxiliare


Tanc MDO

Pentru pornirea initiala

la rece a Motorului principal si

Caldarinei

Fig. 2.1 Schema de tancuri de serviciu (varianta 1)

Dac motorul principal i caldarina cu arztor funcioneaz cu combustibil greu (HFO) iar motoarele auxiliare utilizeaz combustibil Diesel marin (MDO) norma SC 123 recomand schema din (Fig. 2.2) sau echivalent. Tancurile de serviciu se prevd cu un sistem de indicare a nivelului, un sistem de msurare a temperaturi i posibilitatea drenrii.


23

Tanc serviciu HFO

Capacitatea minim 8 ore

Motor principal


Tanc serviciu HFO


Motor principal


Tanc serviciu MDO


Motoare auxiliare

Tanc serviciu MDO


Motoare auxiliare

Fig. 2.2 Schem tancuri de serviciu (varianta 2)

2.1.4 Tancuri de rezerv (buncheraj) Marine Diesel Oil (MDO)

Dac Diesel-generatoarele i caldarina funcioneaz cu combustibil diesel-marin (MDO) atunci volumul de combustibil se calculeaz cu relaia:

_ __MDO tot MDO DG MDO CaldV V V (2.1.5)

i

3_ 10 /MDO DG DG f e DG MDOV n k b P t (2.1.6)

unde:

nDG-numrul de diesel generatoare, kf=1,03, coeficient ce ine cont de acoperirea recomandat de fabricantul motorului, be-consumul specific de combustibil [g/kWh],

PDG-puterea motorului Diesel-generator [kW],

t-timpul de funcionare [h], HFO-densitatea combustibilului Diesel-marin [kg/m

3].

2.1.5 Tancuri de preaplin

Dup regulile Bureau Veritas tancurile de preaplin trebuie s aib o capacitate care s primeas debitul pompei de alimentare cel puin 10 minute. Diametrul interior al evilor de preaplin este cel puin 50 mm. Aria transversal a evilor de preaplin nu este mai mic de 1,25 ori aria transversal a evilor de umplere.


24

Tancurile se prevd cu sistem de alarm care s semnalizeze cnd este plin sau echivalent cu un vizor de sticl.

2.1.6 Amenajarea tancurilor de combustibil

Normele din acest paragraf sunt valabile pentru toate tancurile de combustibil. Tancurile

de combustibil se separ de tancuri de ulei ungere, tancuri de ulei hidraulic, tancuri de ulei termal, tancuri de ap dulce, tancuri cu condens i mediul marin (n cazul tancurilor structurale) prin coferdamuri. Fiecare tanc se prevede cu aerisire, sond i tubulatur de preaplin. Aria total a seciunilor tuburilor de aerisire ale unui tanc care se umple cu pompele navei sau de la mal trebuie s fie cel puin cu 25% mai mare dect aria seciunii tubulaturii de umplere a tancurilor. Tancurile de combustibil greu se prevd cu sistem de nclzire.

2.1.7 Tancuri de scurgere

Echipamentul de stocare, manipulare i depozitare a reziduurilor la bordul navei se supune regulilor MARPOL 73/78. Conform acestor reguli tancurile de scurgeri se impart n:

tancuri de reziduri cu sedimente solide (sludge),

tancuri cu ape uzate contaminate cu hidrocarburi (waste),

tancuri cu ap de santin contaminat cu hidrocarburi (bildge-water). Reziduurile cu sedimente solide pot proveni din procesul de separare i purificare al combustibilului i uleiului n separatoarele de combustibil i ulei, din drenri, scurgeri de la neetaneiti, deversri de uleiuri de ungere sau hidraulice.

Pentru navele petrolier ce transport ap de balast n tancurile de combustibil, capacitatea minim a tancurilor de reziduuri cu sedimente solide se calculeaz cu relaia (2.1.7.1)

BKDCKV 21 [m3] (2.1.7.1)

unde:

K1-coeficient ce are valoarea 0,01 pentru navele la care combustibilul greu este purificat nainte

de a fi folosit de motorul principal i 0,005 pentru navele ce folosesc combustibil Diesel marin sau combustibil greu cruia nu i se aplic procesul de purificare, C-consumul zilnic de combustibil [tone metrice],

D-timpul ntre dou deversri [zile] (n absena unor date precise se ia 30 zile), K2-coeficient ce are valoarea 0,01 pentru tancuri de rezerv (buncheraj) combustibil greu i 0,005 pentru tancuri de rezerv (buncheraj) combustibil Diesel marin, B-capacitatea tancurilor de ap de balast folosite pentru transportul combustibilului [tone metrice].

Pentru navele ce nu transport ap de balast n tancurile de marf, capacitatea minim a tancurilor de reziduuri cu sedimente solide se calculeaz cu relaia (2.1.7.2)

DCKV 1 [m3] (2.1.7.2)

unde:

K1-coeficient ce are valoarea 0,01 pentru navele la care combustibilul greu este purificat nainte

de a fi folosit de motorul principal i 0,005 pentru navele ce folosesc combustibil diesel marin sau combustibil greu cruia nu i se aplic procesul de purificare, C-consumul zilnic de combustibil [tone metrice],


25

D-timpul ntre dou deversri [zile] (n absena unor date precise se ia 30 zile). La navele prevzute cu incineratoare ce folosesc pentru ardere reziduurile colectate i au

mijloace de control a cantitii de reziduuri de la bord, volumul tancului de reziduuri se calculeaz cu una din relaiile (2.1.7.3a,b,c)

DCKV 15.0 [m3], (2.1.7.3a)

V=1m3, dac nava are tonajul brut ntre 400t i 4000t, (2.1.7.3b)

V=2 m3 , dac nava are tonajul brut mai mare de 4000t. (2.1.7.3c)

Gurile de vizit i structura intern a tancului se proiecteaz ntr-o astfel de manier nct s poat fi curat orice col. Tancurile ce operez cu reziduuri de combustibil greu se prevd cu sisteme de nclzire pentru a facilita transferul lichidului. Serpentinele se monteaz astfel nct s acopere toat suprafaa fundului tancului i la o nlime care s permit circulaia fluidului. n zona superioar a tancului se monteaz o eav gurit prin care se sufl abur la curirea tancului.

La navele unde purificatorul proceseaz combustibil greu, tancul de reziduuri cu sedimente se amplaseaz sub purificator sau ct mai aproape de el. Tubulatura de legtur se pozeaz cu pant maxim, cu ct mai puine coturi i raze mari de curbur. ntre tancul de reziduuri i tancul de santin nu exist interconectare dect la priza standard de deversare peste bord.

Pentru manipularea reziduurilor cu sedimente se folosete o pomp pentru lichide cu vscozitate mare avnd o presiune la refulare de cel puin 4 bari i un debit calculat cu relaia (2.1.7.4) dar nu mai puin de 2m3/h.

t

VQ [m

3/h] (2.1.7.4)

unde:

V-volumul tancului de reziduuri e calculat cu una din relaiile (2.1.7.1)-(2.1.7.3), t-timpul (se consider 4 ore). Sarcina geodezic se consider 3[m] pentru nave avnd puterea de propulsie mai mic de 15000 [kW] i 3,5[m] pentru nave cu o putere mai mare. La bordul navei, prin arderea reziduurilor se poate genera abur, se poate nclzi uleiul termal sau se poate arde gunoiul. n (Fig. 2.3) este prezentat schema unei instalaii de incinerare Atlas. Ea este proiectat pentru arderea simultan a rezidurilor petroliere i a gunoiului.


26

Fig. 2.3 Schema unei instalaii de incinerare a reziduurilor

Instalaia de incinerare a reziduurilor din (Fig. 2.3) se compune din: 1-tancul de combustibil Diesel, 2-ua de curire a cenuii, 3-canal de ncrcare a gunoiului, 4-ventilator, 5-arztor primar, 6-arztor secundar, 7-tablou de control, 8-pomp dozaj reziduuri, 9-filtru auto-curitor, 10-pomp de circulaie, 11-pomp de frmiare, 12-tanc amestec reziduuri hidrocarburi.

Tancul de amestec este separat de tancul de reziduuri. El are o conexiune cu instalaia de combustibil. Rolul lui este de a mri puterea calorific a reziduurilor prin amestecarea lor cu combustibilul. Tancurile pentru colectarea uleiurilor uzate (waste oil) de la diferite operaii din compartimentul de maini au capacitatea adecvat serviciului efectuat (Tab. 2.2). Tancurile de ulei deversat (exhausted tanks) se proiecteaz cu un volum suficient de mare nct s poat prelua uleiul de ungere sau alte hidrocarburi lichide de la instalaiile din compartimentul de maini datorit defeciunilor, contaminrii sau operaiilor de ntreinere. Hidrocarburile de la separatorul de santin sunt deversate tot n acest tanc. Pentru motoarele principale i auxiliare care necesit schimbarea complet a uleiului pe mare, capacitatea tancului se calculeaz innd cont c la 1000 kW sunt necesari 1,5 m3. Volumul tancului de drenaj i pierderi (drain and leakage) se calculeaz funcie de puterea motorului principal. Pentru o putere instalat de pn la 10 000 kW volumul tancului V este

610/20 PDV [m3] (2.1.7.5)

unde:

D- timpul ntre dou deversri [zile] (n absena unor date precise se ia 30 zile), P-puterea motorului [kW].

Pentru o putere instalat a motorului mai mare de 10 000 kW volumul tancului este

]10/)10000(72,0[ 6 PDV (2.1.7.6)

unde:

D-timpul ntre dou deversri [zile] (n absena unor date precise se ia 30 zile), P-puterea motorului [kW].


27

Capacitatea tancurilor ce colecteaz apa de santin se calculeaz n vederea asigurrii navei cu flexibilitatea operrii n porturi, ape costiere, sau arii speciale unde nu este permis deversarea apei peste bord. n (Tab.2.1) sunt calculate volumele funcie de puterea mainii principale.

Tab. 2.1 Volumul tancului de santin Puterea motorului [kW] Capacitate [m

3]

P


28

Pompa P3 aspir nmolul sau uleiul uzat din tancul de nmol (T.Slu.) sau (T.U.M.) i l refuleaz la conexiunea standard de pe punte pentru a fi preluat de instalaia de la mal. Pompa 4 aspir nmolul, uleiul uzat sau combustibilul din scurgeri i l refuleaz in echipamentul de ardere a uleiului uzat.


29

ST

.S.

T.S

lu.

T.U

.M.

T.S

.C.

S

Pes

te b

ord

P1

-po

mp

Pro

be

D.U

. P2

-po

mp

Dev

ersa

re

no

roi

P3

-po

mp

Ule

i

un

ger

e

uza

t

Ech

ipam

ent

pen

tru

ard

erea

ule

iulu

i u

zat

Scu

rger

i

com

bu

stib

il

P4

-Po

mp

Co

nex

iun

e st

and

ard

de

evac

uar

e M

arp

ol

73

/78

Dre

nar

e co

mb

ust

ibil

Sep

.

Sep

.San

.

La

tan

cul

de

com

bu

stib

il

Des

crc

are

ap

uza

t

Fig. 2.4 Schema instalaiei de colectare i stocare a apelor uzate


30

2.1.8 Tancuri de ulei ungere

Volumele tancurilor de ulei ungere ale motoarelor Diesel se estimeaz pe baza recomandrilor date de fabricantul motorului. n (Tab. 2.3) sunt prezentate cteva valori pentru motoarele de

propulsie ale Compania MAN B&W.

Tab. 2.3 Volumele tancurilor ulei ungere

Numr cilindrii Volum tanc ulei ungere motor* [m

3]

Volum tanc ulei ungere

arbore cu came [m3]

Volum tanc ulei

ungere cilindri [m3]

4 11 0,3 0,8

5 14 0,4 0,8

6 16,5 0,55 0,8

7 19 0,55 0,9

8 23,5 0,75 0,9

* Acest tanc se amplaseaz sub motor. Uleiul din sistem realizeaz ungerea lagrelor motorului i rcirea pistoanelor.

2.2. Amplasarea tancurilor

Amplasarea tancurilor ine cont de regulile registrelor de clasificaie, recomandrile productorilor de echipamente, normele MARPOL 73/78 i practica de exploatare. Tancul de ulei circulaie motor principal se amplaseaz sub motor pentru o colectare uoar a uleiului de ungere. Tancul de ulei uzat are volumul suficient de mare pentru a stoca tot uleiul uzat de la

maina de propulsie. El trebuie separat de nveliul exterior al fundului printr-un coferdam. n general, toate tancurile de ulei trebuie separate de tancurile de combustibil lichid, de tancurile de

ap pentru boilere sau ap tehnic prin coferdamuri. Tancurile de scurgeri i preaplin se amplaseaz ct mai jos posibil pentru a asigura o scurgere gravitaional a lichidului. Tancurile care colecteaz scurgerile de la separatoarele de combustibil se amplaseaz ntr-o zon sub separatoare. Tancurile de decantare i serviciu combustibil se amplaseaz pe o platform deasupra motoarelor pentru o bun funcionare a instalaiei de combustibil. n cazul tancurilor de combustibil greu (HFO) nclzite, dup o bun practic se amplaseaz n aa fel nct s aib perei comuni i deci pierderi mai mici de cldur (Fig. 2.5).

Coferdam

C 28C 35 C 42

2.1 2.2

2.6 2.7

2.8 2.9

Fig. 2.5 Amplasarea tancurilor de combustibil greu


31

Tancurile se ntind de la coasta 28 (C28) pn la coasta 42 (C42).Numerele din figur au urmtoarea semnificaie: 2.1,2.2-tancuri rezerv HFO, 2.6,2.7-tancuri decantare HFO, 2.8,2.9-tancuri serviciu HFO. Baa cald care colecteaz condensul de la toi consumatorii se amplaseaz ct mai jos posibil. Ea nu este tanc structural. Tancul de expansiune ulei ungere tub etambou se amplaseaz n co. nlimea lui asigur presiunea hidrostatic necesar proteciei lagrelor tubului etambou.

2.3. Stabilirea dimensiunilor tancurilor i calculul centrelor de mas

Pentru stabilirea dimensiunilor tancurilor i calculul centrelor de mas se pot folosi programe de calcul cum ar fi AutoCAD 3D, Bentley 2D&3D Engineering Design, AVEVA

Marine dar i un calcul manual utiliznd metode numerice. Dup ce s-a calculat volumul necesar cu una din formulele de la paragraful 2.1, cu ajutorul unuia din programele de calcul menionate anterior se poziioneaz pereii prin ncercri i se calculeaz coordonatele centrului de mas. Pentru efectuarea calculului manual se mparte tancul n felii orizontale sau verticale, se

calculeaz volumul fiecrei felii i centrul de mas. Volumul ntregului tanc se calculeaz cu o metod numeric iar coordonatele centrului de mas se calculeaz cu relaia general (2.3.1):

, ,i i i i i i

i i ii i i

i i i

i i i

x V y V z V

x y zV V V

(2.3.1)

n continuare este prezentat o aplicaie. Tancul din (Fig. 2.6) este mprit n 7 seciuni verticale (Ai, i=1,27) avnd distana ntre ele x=2[cm] (0,5[m] la scara navei).

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

x

Fig. 2.6 mprirea tancului cu seciuni verticale

y1

y2

y3

y4

y5

y6

y7

Sectiunea A1

z

Fig. 2.7 Seciunea A1


32

n (Fig. 2.7) este prezentat seciunea A1 avnd distana ntre ordonate z=0,5[cm](0,125[m] la scara navei).

n Tab. 2.4 sunt prezentate ordonatele i ariile celor 7 seciuni. Pentru calculul ariilor am folosit metoda trapezelor care are relaia general (2.3.2):

1234567

7

2

1

2

1

1yyyyyyy

n

yyA ii (2.3.2)

unde:

n-numrul de intervale n care este mprit tancul (n aceast aplicaie n=7), Ai-aria seciunii i, yi-ordonata y.

In Tab. 2.4 sunt prezentate ariile obinute pentru cele 7 seciuni transversale. Tab. 2.4 Ordonatele, ariile seciunilor i volumele elementare

Ordonata

[cm]

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7

y1

y2

y3

y4

y5

y6

y7

14,5

14,8

15,2

15,35

15,55

15,8

16

14,7

15

15,2

15,5

15,7

15,9

16,2

14,75

15,1

15,35

15,6

15,85

16,1

16,5

14,78

15,1

15,4

15,7

16

16,3

16,6

14,8

15,1

15,4

15,7

16,1

16,5

16,85

14,8

15,1

15,4

15,7

16,1

16,6

16,85

14,9

15,2

15,6

15,9

16,4

16,8

17,4

Aria [cm2] 46,025 46,375 46,812 47,100 47,350 51,600 52,875

Obs. Mrimile din tabel sunt la scara desenului. Valorile obinute la sfrit se nmulesc cu scara.

Pentru calculul poziiei centrului de mas se calculeaz n prim faz coordonatele centrului de mas a ariilor seciunilor (Fig. 2.8) cu relaiile (2.3.3)

,ei i ei i

i iA A

ei ei

i i

A y A z

y zA A

(2.3.3)

unde:

Aei-aria fiei elementare de seciune, yi-ordonata centrului de mas a fiei elementare, zi-cota centrului de mas a fiei elementare, yA-ordonata centrului de mas a seciunii elementare, zA-cota centrului de mas a seciunii elementare.


33

y6

y7

Sectiunea A1

Aei

z

y

i

i

Fig. 2.8 Poziia centrului de mas a seciunii

Rezultatele calculelor sunt prezentate in Tab. 2.5.

Tab. 2.5 Coordonatele centrelor de mas ale ariilor elementare i ale seciunilor

A1 A2 A3 Aei yi zi Aei yi zi Aei yi zi

7,25

7,4

7,6

7,675

7,825

7,9

7,25

7,4

7,6

7,675

7,825

7,9

0,25

0,75

1,25

1,75

2,25

2,75

7,35

7,5

7,6

7,75

7,85

7,95

7,35

7,5

7,6

7,75

7,85

7,95

0,25

0,75

1,25

1,75

2,25

2,75

7,375

7,55

7,675

7,8

7,925

8,05

7,375

7,55

7,675

7,8

7,925

8,05

0,25

0,75

1,25

1,75

2,25

2,75

Aei=46,02 yA1=7,61 zA1=1,52 Aei=46,37 yA2=7.67 zA2=1,52 Aei=46,37 yA3=7,73 zA3=1,52

A4 A5 A6

Aei yi zi Aei yi zi Aei yi zi

7,4

7,55

7,7

7,85

8

8,15

7,4

7,55

7,7

7,85

8

8,15

0,25

0,75

1,25

1,75

2,25

2,75

7,4

7,55

7,7

7,85

8,05

8,25

7,4

7,55

7,7

7,85

8,05

8,25

0,25

0,75

1,25

1,75

2,25

2,75

7,3

7,475

7,7

7,85

8,075

8,3

7,3

7,475

7,7

7,85

8,075

8,3

0,25

0,75

1,25

1,75

2,25

2,75

Aei=46,65 yA4=7,78 zA4=1,52 Aei=46,80 yA5=7.81 zA5=1,53 Aei=46,70 yA6=7,79 zA6=1,53

Fiecrei seciuni i corespunde un volum elementar Vi (cilindru elementar cu baza Ai) care se calculeaz cu relaia (2.3.4).

i iV x A (2.3.4)

unde:

Ai-aria seciunii, x=x7-x1/(n-1)-lungimea unei trepte (x=2cm)


34

Centrele de mas ale volumelor elementare se calculeaz considernd cilindrii elementari care au bazele Ai (i=1,26) i nlimea x. Mrimile volumelor elementare i valorile coordonatelor centrelor de mas pentru aceste volume sunt prezentate n (Tab. 2.6).

Tab. 2.6 Volumele i coordonatele centrelor de mas ale volumelor elementare

Ai[cm] Vi[cm3] xi yi zi

46,025 92,05 1 7,615088 1,525192

46,375 92,75 3 7,672174 1,522826

46,812 93,625 5 7,735782 1,524933

47,100 94,20 7 7,783441 1,528135

47,350 94,70 9 7,810684 1,531517

51,600 103,20 11 7,798153 1,537206

Centrul de mas al tancului se obine considernd centrele de mas ale volumelor elementare. Relaiile de calcul sunt relaiile generale ale centrului de mas (2.3.1).

3485,325 4414,4676,108 , 7,737 ,

570,525 570,525

972,0321,528

570,525

i i i i

i iTm Tm

i i

i i

i i

iTm

i

i

x V y V

x cm y cmV V

z V

z cmV

(2.3.5)

unde:

xTm-abscisa centrului de mas a tancului la scara desenului, yTm-ordonata centrului de mas a tancului la scara desenului, zTm-cota centrului de mas a tancului la scara desenului.

Coordonatele centrului de mas ale tancului la nav (xT, yT, zT ) se obin nmulind scara desenului (k=25) cu valorile obinute n relaia (2.3.5).

25 6,108 152,724 , 25 7,737 193,438 ,

1,528 38,211

T Tm T Tm

T

x k x cm cm y k y cm cm

z k cm cm

(2.3.6)

Documents

Curs-2-ACM