Сохранение природной среды является одной из самых актуальных проблем, стоящих перед современной цивилизацией. Морской транспорт, насчитывающий сотни тысяч судов, одним из первых оказался перед необходимостью практического решения экологических задач по предотвращению загрязнения акваторий портов, морей и океанов. В нормативных требованиях международной конвенции МАРПОЛ 73/78 и государственных органов различных стран предусмотрены меры по предотвращению загрязнения нефтью, мусором, пищевыми отходами, сточными водами, остатками груза и его упаковкой.
Попытки решения проблемы утилизации вредных сбросов на борту судна направлены на создание "замкнутых" судовых систем. Предлагаемые технические решения включают, как правило, регенерацию сбрасываемых сред, реже утилизацию последних. В этих условиях автор считает оправданным возложить на одну из судовых систем функцию утилизации вредных сбросов. Тем более, что последняя, в той или иной мере, выполняется на всех морских судах. Дальнейшее совершенствование судовых систем, используемых для выполнения требований МАРПОЛ 73/78, может вестись в двух направлениях. Одним из них является создание новой специализированной системы, функцией которой является утилизация вредных сбросов.
Другим направлением решения проблемы утилизации вредных сбросов может быть совместное использование, с той же целью, различных комбинаций существующих судовых систем. Последнее направление, по мнению автора, наиболее приемлемо. Вместе с тем очевидно, что современное состояние технологии использования топлива на судах не позволяет создать "замкнутую" систему, полностью исключающую сброс всех вредных веществ. В связи с этим в работе "замкнутость" систем "утилизации вредных сбросов" рассматривается при их контурном представлении. При этом все элементы комбинированной системы рассматриваются как составляющие "многоконтурного" объекта. Наличие сбросов свидетельствует о "незамкнутости" судовой системы.
Все вредные сбросы разделены на потери и выбросы. К последним отнесены сбросы контурных сред, принявшие участие в выполнении функциональной задачи, к потерям - удаляемые контурные среды, непринявшие участие. При этом потери подлежат полному устранению, а выбросы снижению и последующей утилизации, регенерации или "замыканию" в другой контур.
Проблема снижения количества вредных сбросов в окружающую среду, в случае "контурного" рассмотрения судовых систем, представляет собой единую проблему "замкнутости контуров".
При разработке путей повышения эффективности и "замкнутости" судовых систем "утилизации вредных сбросов" возникает проблема сравнительной оценки их различных вариантов. В настоящий момент затруднительно сделать корректный вывод о большей эффективности той или иной системы по существующим показателям. В случае использования контурного представления "каждая из судовых систем может оцениваться коэффициентами материальной, энергетической и экологической замкнутости".
В настоящей работе из нескольких десятков судовых систем выделены те, в которых решается функция снижения и утилизации вредных сбросов. Системы, задействованные для выполнения указанной функции, условно объединены в единую комбинированную и рассматриваются как ее "подсистемы". В качестве последних рассматривается следующие судовые системы: нефтесодержащих трюмных вод, топливную, газоотвода, мокрого искрогашения, сточных вод, инертных газов, мойки танков.
Балластная система
Балластная система - совокупность трубопроводов и насосов для приёма и откачки жидкого судового балласта и перекачки его в продольном направлении для осуществления необходимой балластировки судна, а также для выравнивания или создания искусств. крена (креповая система) или дифферента (дифферентная система) при выполнении погрузо-разгрузочных работ, плавании во льдах, в аварийных ситуациях.
Данная система служит для придания судну необходимых мореходных и эксплуатационных качеств изменением осадки, крена и дифферента. Балластными системами, используемыми для изменения осадки, оборудуют суда внутреннего и смешанного плавания (река-море). Прием балласта (перед выходом в море) приводит к увеличению осадки, что в свою очередь повышает остойчивость судна и снижает ветровую нагрузку, улучшая управляемость. Балластировку на буксирных судах применяют также в целях сохранения наивыгоднейшей (расчетной) осадки, изменяющейся по мере расхода запасов топлива, и обеспечения работы движителя с максимальным к. п. д. Балластной системой оборудуют нефтеналивные суда.
В группу балластных систем входят креновые и дифферентные системы. Креновые системы служат для устранения или компенсации кренящих моментов, возникающих от несимметрично расположенных грузов относительно диаметральной плоскости судна. Эти системы характерны главным образом для специальных судов.
Дифферентными системами оборудуют грузовые и ледокольные суда. Дифферент в корму, который создается у грузовых судов при плавании порожнем, снижает устойчивость их на курсе и затрудняет управляемость. Нежелательный дифферент устраняют, принимая воду в носовые балластные цистерны. Креново-дифферентная система является неотъемлемой частью нефтеналивных судов, на которых ее используют для придания крена и дифферента, необходимых при погрузке и выгрузке нефтепродуктов.
Балластная система состоит из цистерн (отсеков) для водяного балласта; насосов и трубопроводов для его приема и выкачки; измерительных труб или других средств для контроля количества принятого балласта; воздушных труб для обеспечения входа воздуха в балластные цистерны и выхода из них. Балластные цистерны стремятся располагать возможно ниже, что способствует повышению остойчивости судна и облегчает их наполнение (при расположении цистерн ниже ватерлинии они могут быть наполнены самотеком).
К балластной системе предъявляют следующие основные требования: она должна обеспечивать заполнение и опорожнение любой одной цистерны или одновременно нескольких или всех цистерн, а также при необходимости перекачку балласта из одной цистерны в другую; устройство ее должно исключать возможность попадания воды как из-за борта, так и из балластных цистерн в другие цистерны и отсеки.
Для размещения балластных цистерн обычно используют форпик и ахтерпик, на судах с двойным дном - отсеки междудонного пространства. Для облегчения всасывания приемники на трубах изготовляют в виде раструбов.
Для обеспечения остойчивости, а также для изменения осадки, крена и дифферента на судно принимают балласт, в качестве которого используют забортную воду. Для его приема и удаления служит балластная система.
На морских судах балластная система выполняется по централизованному принципу. От клапанных коробок, расположенных в машинном отделении, в каждую балластную цистерну проведена отдельная труба, по которой производится как наполнение, так и осушение цистерн. Поэтому в балластной системе применяется арматура запорного типа, допускающая движение жидкости в обоих направлениях.
Балластный трубопровод делают из стальных оцинкованных труб диаметром 50-200 мм. Их отличительный знак - одно широкое кольцо зеленого цвета. Трубы балластной системы проводят внутри двойного дна. Приемники балластного трубопровода устанавливают в самом низком месте цистерны. Чтобы понизить положение приемника, конец приемной трубы снабжается колоколообразным раструбом.
Забортную воду в балластную систему принимают через кингстон, установленный на днище или скуле судна в районе машинного отделения. Кингстон представляет собой клапан или клинкет, один фланец которого закреплен к наружной обшивке судна. В месте установки кингстона обшивка имеет забортное отверстие, закрытое решеткой. Для продувания решетки к кингстону подведены трубопроводы водяной пожарной магистрали и свежего пара.
Отливной трубопровод балластной системы, снабженный невозвратно-запорным клапаном, выводят за борт над грузовой ватерлинией. Балластную систему должен обслуживать по крайней мере один насос. В качестве балластного может быть использован осушительный или пожарный насос, если в балластных танках не предусмотрено хранение запасов жидкого топлива.
Все закрытые цистерны, которые могут заполняться жидкостью, должны иметь воздушные трубы диаметром не менее 50 мм. Воздушные трубы устанавливают в самом высоком месте цистерны. Если цистерны имеют значительный размер и плоский настил, то устанавливают несколько труб. Нижний конец трубы заканчивается сразу под настилом цистерны, верхний выводится на открытую палубу, где заканчивается "гуськом", загнутым книзу концом. "Гусек" предохраняет трубу от засорения и препятствует попаданию воды. Но во время шторма вода может проникнуть в воздушную трубу и при наличии "гуська".
Надежным устройством, препятствующим попаданию воды в воздушную трубу и в то же время пропускающим воздух, является "плавучий" клапан (рис.). Легкий пробковый или резиновый шар, находясь нормально в нижнем положении, не препятствует проходу воздуха. При заливании клапана водой шар всплывает и плотно перекрывает воздушную трубу.
На верхнем конце воздушных труб, выходящих из топливных цистерн и коффердамов, устанавливают пламепрерывающую арматуру - огневые предохранители. Все воздушные трубы имеют планки с отличительной надписью, где указаны номер и назначение цистерн. Их маркируют желтым и зеленым кольцами.
Для определения количества жидкости в балластных цистернах и цистернах жидкого топлива, а также в льялах и сборных колодцах устанавливают измерительные трубы с внутренним диаметром не менее 32 мм. Измерительную трубу располагают над самым низким местом цистерны. Нижний конец трубы почти вплотную доводят до днища цистерны. Вверх измерительная труба должна подниматься вертикально, без изгибов. Верхний конец трубы выводят на открытую палубу, где закрывают пробкой с винтовой нарезкой. На пробке делают надпись, указывающую наименование цистерны и номер трубы. Из цистерн, расположенных под машинно-котельным отделением и туннелем гребного вала, измерительные трубы на палубу не выводят, а заканчивают в этих помещениях на некоторой высоте от второго дна. Через такую трубу, оставленную по недосмотру открытой, при заполнении цистерны жидкость будет поступать в помещение. Поэтому все измерительные трубы, установленные в машинно-котельном отделении и туннеле гребного вала, должны иметь самозапирающиеся приспособления.
Таким приспособлением является захлопка (кран), на рукоятке которой закреплен противовес. При нижнем положении противовеса захлопка (кран) закрыта.
Уровень жидкости замеряют при помощи градуированной рейки - футштока. На тонкой цепочке или тросике футшток опускают в измерительную трубу. После извлечения футштока из цистерн по величине его смоченной части определяют уровень воды.
Современные суда часто оборудуют системами дистанционного измерения уровня жидкости, позволяющими производить все замеры с центрального поста. Из различных дистанционных указателей уровня наибольшее распространение на судах получили пневмеркаторные системы и дифманометры.
Датчиком в пневмеркаторной системе является колпак (воздушный колокол), установленный в самом низком месте цистерны. От колпака к посту управления проведена трубка, которая соединяется с жидкостным манометром, представляющим собой указатель уровня. Перед снятием замеров измерительную трубу и колпак продувают сжатым воздухом, который вытесняет из колпака жидкость. В результате этого в колпаке устанавливается давление, равное давлению столба жидкости над колпаком. Это давление замеряют манометром и по его показаниям определяют количество жидкости в цистерне. В дифманометре гидростатическое давление жидкости воспринимает мембрана. Прогибы мембраны вызывают перемещение сердечника в индукционной катушке преобразователя. Это приводит к изменению силы тока в электрической цепи и к соответствующему отклонению стрелки указателя уровня.
Для контроля уровня трюмных вод могут применяться также различные реле уровня, которые устанавливают в сборных колодцах. Реле уровня имеет открытый снизу колокол с размещенным в нем сильфоном. При повышении уровня воды в сборном колодце повышается давление внутри колокола, в результате чего сильфон сжимается и замыкает контакты аварийной сигнализации.
Осушительная система должна всегда содержаться в исправном состоянии и в готовом к действию виде. Перед каждой погрузкой необходимо осмотреть и очистить сборные колодцы и сетки на приемных патрубках Грязевые коробки, расположенные в машинно-котельном отделении, следует осматривать и очищать ежедневно. Все клапаны системы должны быть в исправном состоянии, а клапаны распределительных коробок - иметь надписи, указывающие на осушаемый отсек.
Безотказная работа осушительной системы во многом зависит от содержания в чистоте осушаемых помещений. Поэтому после каждой выгрузки грузовые трюмы должны быть чисто подметены и весь мусор удален за борт. При этом необходимо проверить плотность пайола и льяльных лючин. Уровень воды в льялах и сборных колодцах следует замерять каждую вахту и результаты замеров заносить в журнал замеров уровня воды. Если уровень воды в льялах повышается, необходимо откачать ее до полного осушения, систематически замеряя уровень воды в этом отсеке. Одновременно следует выяснить поступление воды и принять необходимые меры для устранения этой причины.
После каждого ремонта, а также при освидетельствовании система подвергается гидравлическому испытанию. Если осушительный трубопровод неисправен или поломан трюмный насос, выход судна в море не разрешается.
Балластная система во всех случаях должна обеспечивать быстрый прием и удаление балласта. Для исправного действия системы балластные отсеки всегда должны быть чистыми. При постановке судна в док приемные кингстоны осматриваются и очищаются. Если неисправен балластный трубопровод, выход судна в плавание запрещается. Все воздушные и измерительные трубы должны постоянно содержаться в исправном состоянии. Трубы, проходящие через грузовые помещения, необходимо защищать кожухами. При каждом повреждении кожуха следует проверять исправность трубы, а повреждение немедленно устранить. Особенно тщательного наблюдения требуют фланцы, крепящие воздушные и измерительные трубы к настилу второго дна, так как при недостаточной плотности этого соединения может быть подмочен груз.
Схема балластной системы:
1 - приемник, 2 - невозвратно-запорный клапан, 3 - клапанная коробка; 4 - насос; днищевой кингстон.
Прием забортной воды в балластные цистерны производится или самотеком до уровня осадки или электронасосом от кингстонной перемычки путем открытия клинкерных задвижек на балластном трубопроводе.
Выкачка балласта может производиться насосами и эжектором через клапаны, причем, для увеличения производительности, прием рабочей воды пожарным насосом для питания эжектора производится от балластной системы, через задвижки.
Балластные трубы, идущие в цистерны и расположенные под вторым дном грузовых трюмов, проложены в бортовых отсеках, а управление арматурой - из МО прямые участки труб между переборками имеют компенсаторы или изгибы.
Наполнение кормовой балластной цистерны производится от пожарной магистрали через клапан.
Для предохранения металлических труб от коррозии, как правило, до и после арматуры установлены цинковые протекторы.