СИСТЕМА ОЧИЩЕННЯ ВИКИДНИХ ГАЗІВ БАЛКЕРА «SARONIC SPIRE»

СИСТЕМА ОЧИЩЕННЯ ВИКИДНИХ ГАЗІВ БАЛКЕРА «SARONIC SPIRE»

Колебанов О. К. Лебеденко Ю.О.

Вступ. Проблема забруднення навколишнього середовища варто все гостріше не тільки на суші, але і в акваторіях. Збільшення масштабів економічного співробітництва веде до будівництва все більш містких суден: нафтових і газових танкерів, контейнеровозів, суховантажних суден. Завдяки тиску з сторони замовників і законодавчим ініціативам, суднобудівна промисловість намагається знизити свій негативний вплив на природне середовище. Міжнародна морська організація (IMO) в своїх нормативах обмежує дві основні групи забруднюючих речовин, пов'язаних з морським судноплавством: оксидів сірки (SOх) і азоту (NOx). Згідно з її Положенням MARPOL Додатку VI починаючи з 1 січня 2020 року судам заборонено використовувати паливо з вмістом сірки вище 0,5%, тому всі судна мають або перейти на альтернативні види палива, або виконати переобладнання з установкою систем очищення викидних газів Exhaust Gas Cleaning System (EGCS) [1].

Метою досліджень є аналіз суднових систем очищення викидних газів, визначення вимог щодо технічного переобладнання судна-балкера «SARONIC SPIRE» та розробка рекомендацій з технічної експлуатації зазначеної системи

Основна частина. Морський судновий скрубер, чиє призначення полягає в ефективній нейтралізації викидних газів від дизельного палива або мазуту, в цілому, схожий з цивільними моделями пристроїв пилогазоочищення в базовому принципі дії [2].

Рисунок 1 – Схема технологічна системи очищення викидних газів

Скрубер складається з наступних частин [2]:

• водяний затвор;
• розпилювальні сопла;
• тарілки, що відбивають;
• пази Вентурі;
• піддони з набиванням (каменів або пластмаса);
• антиконденсатний пристрій (демістер);
• прилади контролю й автоматики;

Вихлоп дизеля або турбіни подається в скруберну колону, оснащену жалюзійними ярусами, на яких покладені так звані насадки – тіла високої питомою площі. Для уповільнення потоку викидних газів використовується аеродинамічна труба, яка діє за зворотним принципом труби Вентурі. З метою первинного охолодження викидних газів в конструкцію може бути впроваджений. блок уприскування.

Блок розпилювальних форсунок зрошує внутрішню порожнину апарату або яруси з насадками, на поверхні яких створюється киплячий псевдозріджений (міжфазовий) шар, що ефективно реагує з забруднювачами. Небажані газоподібні включення зв'язуються з абсорбентом, утворюючи важкі краплі шламу.

Утворений шлам під дією сили тяжіння опадає в шламоприймач, а частина потоку, що залишилася, додатково проходить через тумановловлювачі, після чого може бути або викинута в атмосферу, або спрямована на інші потреби.

Автоматизована система регулювання (АСР) процесу очистки викидних газів складається з контурів автоматичного регулювання, дистанційного керування двигунами, аварійного захисту, сигналізації і блокувань [4]. Для цих контурів підібрані технологічні засоби, які можливо застосувати у вибухонебезпечному середовищі та з агресивними потоками ( промивний розчин).

Регулюванню підлягають перш за все ті параметри, при зміні яких в об'єкт можуть надходити збурення.

Відбувається регулювання співвідношення витрат промивного розчину і викидних газів. Головним технологічним потоком є витрата викидних газів, допоміжним – витрата промивного розчину. Згідно встановленого завдання співвідношення, регулятор змінює витрату допоміжного потоку, поки співвідношення не стане рівним завданню. Система має два вимірювальні комплекти витрати: діафрагма камерна та дифманометр. Регулюючий вплив надходить на механізм виконавчий пневматичний прямої дії.

Система регулювання повинна підтримувати регульовану величину – співвідношення витрат промивного розчину і викидних газів з найменшими відхиленнями від заданого значення. Виконаємо синтез робастної системи автоматичного регулювання співвідношення витрат промивного розчину і викидних газів [5]. Керованою величиною Y є концентрація домішок на виході скрубера, а керуючим впливом  U – завдання виконавчому механізму на відкриття клапану подачі розчину в скрубер. Система є системою стабілізації. Сигнал завдання С_з – величина незмінна, до виходу приєднано суматор, до якого надходить сигнал збурення . Постійними часу та затримками виконавчого механізму і датчиків зневажаємо через їх малість.

Вихідними даним для одержання розгінної характеристики є: результати ідентифікації параметрів каналу керування (К=0,0011, Т=36 с, =5 с); обраний крок розрахунку й тривалість експерименту; величина стрибка по вхідній величині 0,1. Початкові умови по вихідній величині:y(t₀)=y(0)=y₀=0.032.

Рисунок 2 – Структурна схема одноконтурної лінійної системи автоматичного   регулювання співвідношення витрат промивного розчину і викидних газів

Розрахунки виконані в програмному пакеті Matlab Simulink. На рисунку 2 наведено комп’ютерну модель системи регулювання співвідношення витрат промивного розчину і викидних газів суднового скрубера.

Для визначення параметрів налагодження регулятора використано блок оптимізації NCD-Outport. В результаті оптимізації отримуємо параметри ПІ-регулятора: К=2.4, Ті=200 с.

Результати комп’ютерного моделювання підтвердили ефективність застосування ПІ-регулятора із зазначеними налаштуваннями: тривалість перехідного процесу зменшилась з 108 с до 48 с при відсутності перерегулювання.

Висновок. Розроблена схема автоматичного керування дозволяє підвищити продуктивність очищення викидних газів, а отже, зменшити забруднення повітря, шляхом підтримання технологічних параметрів в допустимих межах. Автоматизована система регулювання дає можливість досягти оптимальних режимів роботи технологічного устаткування, що відповідно подовжує наробіток до відмови приладів. Варто відмітити, що саме комплексна автоматизація процесу дозволяє уникнути аварійних режимів роботи обладнання, тобто підвищити безпечність функціонування суднового обладнання в цілому.

1. МАРПОЛ 73/78. Приложение VI (пересмотренное) к Конвенции "Правила предотвращения загрязнения воздушной среды с судов" [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://docs.cntd.ru/document/499014496
2. Exhaust Gas Cleaning System (EGCS) [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://www.bergermaritiem.nl/scrubber_en
3. Exhaust gas cleaning [Електронний ресурс] / Режим доступу: https://www.alfalaval.com/industries/marine-transportation/marine/exhaust-gas-cleaning/
4. Страус В. Промышленная очистка газов. – М.: Химия, 1981– 616с.
5. В.Дьяконов. MATLAB 6: учебный курс. СПб.: Питер, 2001. — 592 с.