<thead id="18dhi"></thead>

      <code id="18dhi"></code>
      1. <nav id="18dhi"></nav>
      <tr id="18dhi"><sup id="18dhi"></sup></tr>

        您現在的位置:首頁 >> 機務管理 >> 內容

        機艙排氣系統的布置和檢驗

        時間:2017/9/25 12:09:13 點擊:

          內容提示:本文來自“吉米哥”原創,非常感謝吉米哥的細致研究和精彩文章。...
          燃料在柴油機氣缸內燃燒后,產生的能量除了做功用于推進或者發電等用途外,還有相當多的能量在排氣系統被排放。而排放氣體除了造成大氣污染外,還會引起噪聲污染。如何利用這些能量呢,當前船用柴油機基本都配置了增壓器,而增壓器除了曲軸傳動驅動外,毫無例外的利用廢氣能量驅動渦輪增壓,前者幾乎絕跡。此外,排氣余熱還可以供鍋爐產生蒸汽,為船上其他系統服務。
          上述一套系統就組成了船上的機艙排氣系統,機艙排氣系統還包括鍋爐、焚燒爐、惰性氣體發生器和燃氣輪機的排煙管。
          排氣系統包括這樣幾個主要部分:排氣管、膨脹接頭或波紋管、廢氣鍋爐、經濟器或熱水鍋爐、消音器和火星熄滅器。為了更好利用熱能,同時不影響主機功效,排氣系統必須考慮氣體流速、渦輪增壓器之后的最大背壓、渦輪增壓器出口的廢氣溫度、廢氣的最大允許壓降、排氣管軸向和徑向變形后承受熱脹冷縮的能力等,同時出于降噪的目的,如何選擇合適的消聲設施。下文結合MAN的資料和船級社規范,一 一展開。
          燃料在柴油機的氣缸組燃燒后,產生的廢氣被送到廢氣收集器,廢氣收集器也稱為排氣集管。在廢氣收集器里,不同氣缸產生的波動壓力被緩沖后趨于穩定,這樣具有連續穩定要的廢氣才被送到渦輪增壓器,利用廢氣熱能驅動葉輪掃入更多的新鮮空氣進入氣缸,支持燃燒。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        1. 背壓和壓力損失
        在設計排氣系統的時候,一件最重要的事情就是考慮渦輪增壓器上的背壓,在柴油機最大連續額定功率MCR時,排氣系統的背壓取決于廢氣流速,即背壓與排氣速度的平方成正比例。在MAN柴油機說明書中這樣描述,按照通常的造船實踐,為了避免排氣管中過高的壓力損失,排氣速度在MCR時保持在35米/秒至50米/秒為宜。在確定排氣管直徑的時候,MAN推薦了四種排氣速度:35米/秒,40米/秒、45米/秒和50米/秒。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        當然,如果排氣系統安裝了其他的排氣旁通設備,例如前文提到的鍋爐和經濟器、火星熄滅器等,也會影響排氣壓力。所以在選擇這些設備時,一定要考慮主機廠家說明書中規定的最大壓力損失。因此BV規范C篇第10節,第18.2.3條有這樣的規定,“排氣管的設計,應使得壓力損失不超過發動機或鍋爐制造廠規定的最大允許值”。
        在MCR時,渦輪增壓器后的總背壓不能超過350毫米水柱,因為營運時還會產生煙灰沉積物,為了確保最終整個系統具有一定的背壓裕度,MAN建議在設計初始階段,可以取300毫米水柱。1毫米水柱WC等于0.0001bar,試航的時候,背壓可以通過在增壓器之后的接頭連接一個U型壓力計來驗證。只要總的背壓滿足廠家的要求,排氣管上其他的那些設備都可以單獨選擇,總排氣背壓已經包括了管系和所有其他設備的壓力損失。
        機艙排氣系統的布置和檢驗


        廢氣鍋爐壓力損失

        廢氣鍋爐通常安裝在柴油機上方或煙囪內,它的效率受通過鍋爐的廢氣背壓的影響,而監測背壓的參數還會受到周圍環境條件的影響,監測背壓的參數主要是排氣溫度和排氣流速。如果安裝了廢氣鍋爐,而沒有安裝其他的EGB,例如火星熄滅器和消音器等,那么MAN建議通過廢氣鍋爐的壓力損失為通常為150毫米水柱,或者適當高點,反之,排氣系統同時安裝了廢氣鍋爐、消音器等,則通過廢氣鍋爐的最高壓力損失可以略低于150毫米水柱。當然,這個壓力損失也包括進出口的過渡部件。

        機艙排氣系統的布置和檢驗


        消音器壓力損失
        柴油機排氣噪聲是一種空氣動力性噪聲,其頻譜是連續的。頻率范圍極寬,從幾十赫到幾千赫。頻譜中能量最大的分量落在發動機的基頻及基頻的整數倍附近。倍數越大,聲強越小。大型船用柴油機的噪聲頻譜中,低頻成分較多,甚至有次聲的頻率分量。所以,柴油機廠家應將柴油機的噪聲頻譜曲線圖,提供給船舶設計部門用來選擇消音器,但應該注意,廠家的噪聲頻譜圖只是不安裝鍋爐和消音器前的數據。
        在MCR時測量噪聲等級時,距離排氣管出口1米,并與排氣流向成30°角。按照遠場理論,距離翻倍,噪聲等級月降低6分貝。比如常見的吸能型的消音器,通過消音器中心管道的廢氣流速約為35米/秒,通常在MCR時的壓力損失為20毫米水柱。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        煙囪排氣管靠近駕駛室和生活區,是上建外圍主要聲音污染源之一。從ILO和SOLAS公約的角度,也都對噪聲控制提供了法定依據,按照海安會決議MSC.337(91)通過的噪聲等級規則,駕駛室兩翼要求為70分貝。而如果按照腳注8對兩翼守聽位置測量方法的建議案,臨時指南中對噪聲要求還可能更低。因此,排氣管系安裝排氣管消音器是必不可少的。
        新型設計的消音器包括三個腔室,可以克服普通消音器針對一個頻段的缺點,主動部件用來衰減低頻,靈敏的吸能型部件處理較高頻率,還有一個兼具主動部件和靈敏部件的組合部件。如果能很好地匹配柴油機的排氣噪聲范圍,這套裝置能有效降低噪聲,而不會增加渦輪增壓器后的背壓。


        火星熄滅器壓力損失

        在柴油機低負荷的時候,部分燃燒的排氣中含有一部分未燃盡的積碳和煙灰,它們隨著柴油機排放進入排氣管系,因為排氣管系中富含氧氣,所以這不然灼熱的積碳顆粒可能從煙囪中排除,形成較高危險的火花。因此在油船、化學品船。液化氣運輸船和某些載運部分化學品的PSV上,排氣管系統應該安裝火星熄滅器,通常為了節省煙囪中有效的空間、降低設備成本和減少排氣背壓,火星熄滅器和消音器整合為一套設備,這就是火星熄滅消音器。
        火星熄滅器是壓降相當大的一部分因素,這是它固有缺點。MAN建議在MSR時,通過消音器或火星熄滅器的綜合壓力損失不超過100毫米水柱。同樣這也依賴于是夠排氣系統還有其他的EGB,如果不安裝廢氣鍋爐,也可以允許壓力損失為200毫米水柱。
        船用火星熄滅消聲器大致可分為干式和濕式兩種。干式主要是通過改變排氣氣流的流程,使氣流緩慢流動,并產生旋轉,使氣體內的火星充分燃燒,而未燃盡的灰粒與壁或網板相撞,達到熄滅火星的目的,灰粒集中排至灰箱或隨氣流排人大氣中。濕式主要是氣流進入消聲器后旋轉并慢速流動,在與水幕充分接觸后,達到撲滅火星的目的。熄滅后的污穢灰水流至艙底。其特點是流程短,結構緊湊,滅火效果好,阻力低。缺點是若用淡水,則消耗淡水不經濟;若用海水則消聲器腐蝕嚴重,壽命短。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        吉米哥提醒一點,在船舶管系設計時,這些含有煙灰的廢液,在規范上視為易燃液體,比如BV規范第5.10.1條就有這樣的定義。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        綜上,排氣管布置時考慮的排氣量可從柴油機廠家資料上查詢,如果廠家資料沒有提供,設計人員可以參考輪機設計手冊。下圖為MAN柴油機排氣量計算公式

        機艙排氣系統的布置和檢驗


        2. 如何測量背壓?
        排氣管上的總壓力包括動態壓力和靜壓力,動態壓力來自排氣流速,靜壓力為流速為零時的管壁壓力,這個很好理解,比我我們在車間做封閉管系的靜水壓力試驗,此時的壓力就只有靜壓力。而管子上不同位置,排氣流速是不同的,所以選擇合適的地方測量總的背壓就很重要,我們在試航是測量的壓力原則上就指示的氣流靜壓力。因此選擇的點最好在直通管段,并且遠離其他障礙物,這時的靜壓力就比較穩定。否則在過渡部分測量背壓,壓力是不穩定的變化量。所以系統總背壓測量點,我們通常選擇在增壓器之后的直管段。本來此處插入一張吉米哥試航時某船排氣管背壓測量照片,可惜在電腦中沒找到,下圖來自scania船用柴油機資料,僅供參考。此裝置為常見的U型壓力計,船廠可以外購,也可以自己制作,原理如同密性試驗的U形管。
        機艙排氣系統的布置和檢驗


        3. 排氣管安裝

        膨脹節
        正常情況下,如果主機不運行,環境溫度大約為20度至40度,而主機運行時,排氣管溫度甚至可以達到200℃,這就要求排氣管能承受冷熱變形。為此,在渦輪增壓器之后設置不銹鋼膨脹節,選用波形膨脹節時必須使該膨脹節的允許伸縮量大于該段管子的可能膨脹量。根據膨脹節的具體特性,有時也可考慮一定的預壓縮量。
        膨脹節安裝時,不允件有扭轉變形,應先將膨脹節和管路接好后,在動車前再拆除定位螺桿(必須用擰松螺母的方法,絕對避免用氣割)。吉米哥在某艘船上就碰到過類似情形,不銹鋼膨脹節沒有保護好,結果被機艙施工的點焊渣濺落在上面。下圖為點焊焊渣灼傷的膨脹節。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        膨脹節有導管或外表如果標有流向標志,安裝時不得應注意方向。對膨脹節的波紋管部分必須進行嚴格地保護,不得承受排氣管等的附加重量,膨脹節也不應設置在管道彎曲處。


        彈性吊架、彈性支承和導向支架

        除了膨脹節外,還應該注意在排氣管系合適管段設置固定支承、彈性支承或彈性吊架。依照下圖所示,在膨脹節上方的管段布置固定支架,在在轉角處設置彈性支承,其他平直段設置彈性吊架。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        在獨立膨脹段內,一般不得設置2個或2個以上膨脹節及其它補償元件。也就是說要按照剛柔并濟的原則來安裝支承間。在MAN的說明書中,如前文插圖所示,還推薦在機艙棚的煙囪里,長的管段沿高度方向布置滑動導向支架。
        機艙排氣系統的布置和檢驗


        防雨帽

        為了防雨,排氣管穿過煙囪頂處應該設置活絡帽蓋,吉米哥在某些船上發現,此處間隙較大,一方面不利于焊接,另一方面排氣管頂部晃動較大。其實,根據行業標準,這里還應該填充無石棉絕緣材料,比如下面的設計節點就挺合理。
        機艙排氣系統的布置和檢驗


        排氣管末端

        長時間未營運的船舶,如果不經常啟動柴油機,你會發現煙囪頂上的排氣管末端有鳥巢,如果鳥巢落入排氣管豈不損壞了消音器,也不排飛鳥作死掉進排氣管。出于安全考慮,吉米哥建議在末端安裝鋼絲網進行防墜落保護,這個網不能視作止焰器。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        當然,我也曾在見過更加豪華裝修的煙囪頂。
        機艙排氣系統的布置和檢驗


        排氣管材料和連接件

        規范規定排氣管及其附件的材料應耐排氣腐蝕,以及適合預期的的最高溫度。溫主機排溫管上限往往按照250℃考慮管子材料,而焚燒爐的排溫則更高,所以焚燒爐的排氣管通常選擇熔點更高的不銹鋼管,而非碳鋼。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        法蘭密封墊片應選擇石墨纏繞墊片。緊固螺栓應經過發黑處理,不得采用鍍鋅件,并且在安裝時螺紋部分應涂石墨粉。螺栓長度要合適,按照安裝慣例,至少應露出2-3到螺牙,別像下圖。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        規范要求排氣管上應設有泄放措施,尤其低于廢氣鍋爐的排氣管上,以防水進入發動機。而當排氣管為水冷時,其布置還能自動泄放舷外。后者指濕式排氣管,而本文主要內容針對干式排氣管系,文末將簡單介紹。
        機艙排氣系統的布置和檢驗


        隔熱材料

        前文梯道在設計排氣管時,排氣管溫度通常考慮為250℃,而按照SOLAS公約的要求,超過220℃的熱表面并且應為燃油系統故障受影響的熱表面,應進行適當隔熱。
        機艙排氣系統的布置和檢驗
        因而實船布置時,排氣管上方應避免布置油管及其油柜,以防油滴泄露至排氣管上。當不可避免時,應采取有效措施,確保不使油滴落在排氣管上。排氣管及其法蘭處應與燃油柜有一定距離,建議不小于1m,燃油管與排氣管之間也應有一定的距離,尤其要注意燃油管的連接法蘭部位,應有措施防止法蘭處可能因損壞而將燃油噴至排氣管上。
        一般都采用包扎絕緣層來達到隔熱目的,隔熱材料必須是不可燃的,隔熱層需采用防止油或燃油滲透的隔熱材料。隔熱材料包覆后再用鋼絲纏繞,最后加持鍍鋅白鐵皮鎧甲。
        機艙排氣系統的布置和檢驗


        排氣管的聯通

        大多數的船舶一機/爐都設置單獨的排氣管,但并不排除柴油機之間的排氣管、或柴油機與鍋爐排氣管互通的可能,比如BV規范這樣要求:
        來自不同發動機、廢氣鍋爐或者經濟器排氣不應通到同一排氣總管,除非每一排氣管設有合適的隔離裝置。
        來自鍋爐的煙道與公共煙囪相連應在足夠的高度分離,以防止一臺運行的鍋爐煙氣進入一臺停止運行的鍋爐。
        對燃油和廢氣交替使用的鍋爐,來自發動機的排氣管,應設有隔離設備和安全裝置,以防止隔離設備不在關閉位置時,啟動燃油燃燒單元。
        前文提到濕式排氣管,最后簡單介紹干式排氣管與濕式排氣管的區別。干式排氣管最好是垂直出口段的情形,它的安裝必須減少高溫和火災的危險,所以規范中要求排氣管和消音器,要么水冷,要么隔熱,而隔熱針對干式,水冷就是濕式排氣管。
        如果柴油機排氣管在尾部、舷側或靠近水線,那么通常建議采用濕式排氣管。你能想象,一“腳”油門下去的推背感,但隨后一柱擎天的黑煙是什么既視感?所以濕式排氣管主要用在游艇項目上。在濕式排氣管系統中,引入海水并與廢氣混合,既能降低噪音,有減少排氣溫度。在與海水連接點之后,就不需要再進行隔熱處理了。

        機艙排氣系統的布置和檢驗


        排煙的顏色
        碼頭系泊試驗時,我們會經常發現主機或發電機剛啟動,直冒黑煙,你能區分不同煙的顏色代表什么含義么?在BV規范對cleanship的描述中這樣介紹:
        黑煙(煙灰)主要由碳顆粒組成
        藍煙通常是燃油或滑油不完全燃燒引起的液滴造成的
        白煙通常是冷凝水和/或液態燃油造成的
        黃煙是二氧化氮造成的
        現在你明白了吧?

        【參考文獻】
        BV規范C篇第1章,E篇第9章
        MAN主機說明書
        船舶設計實用手冊
        SOLAS公約2016年中文綜合文本

        作者:吉米哥 來源:航海人

        免責聲明:本文僅代表作者個人觀點,與船管網無關。其原創性以及文中陳述文字和內容的真實性、完整性等未經本站證實,船管網不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考,并請自行核實相關內容。
        關于版權:本站部分文章來源于網絡,如有侵權,請聯系本站,我們將盡快處理。
        關于轉載:本站文章可任意轉載,但請注明作者和出處,并務必添加本站的文字鏈接。
        預留廣告位600x60
        【免費使用】點擊查看詳情
        相關評論
        發表我的評論
        • 來源:
        • 內容:
        • 驗證碼:
      1. 船管網 ( Shipmg.com ) © 2021 版權所有 All Rights Reserved.
      2. 聯系:sea#shipmg.com (發郵件時請將"#"換成"@") 微信公眾號:船舶管理信息平臺(shipmg)
      3. 執行時間:43 毫秒   360網站安全認證
      4. 春色校园亚洲综合小说-亚洲欧美中文日韩在线视频一-亚洲人成AV免费网站网址-亚洲欧美自拍另类制服图区