Судовые котельные и паропроизводящие установки. Эксплуатация судовых котельных установок: Методические указания по организации самостоятельной работы

СУДОВЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ И ПАРОПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТАНОВКИ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СУДОВЫХ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Методические указания по организации самостоятельной работы для курсантов специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

ПЕТРОПАВЛОВСК

2005 КАМЧАТСКИЙ

Камчатский государственный технический университет Кафедра судовых энергетических установок

С.В. Гаврилов

СУДОВЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ И ПАРОПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТАНОВКИ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СУДОВЫХ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК Методические указания к организации самостоятельной работы для курсантов специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

Петропавловск-Камчатский 2005

УДК 621.181.27:629.12 ББК 39.455.1 Г12 Рецензент: В.А. Ткаченко кандидат технических наук, доцент

Гаврилов С.В. Г12

Судовые котельные и паропроизводящие установки. Эксплуатация судовых котельных установок. Методические указания по организации самостоятельной работы для курсантов специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2005. – 24 с. Методические указания составлены в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки специалиста специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок» государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Методические указания предназначены для использования в ходе обучения курсантов мореходного и студентов заочного факультетов. Рекомендовано к изданию решением учебно-методического совета КамчатГТУ (протокол № 6 от 18 марта 2005 г.).

УДК 621.181.27:629.12 ББК 39.455.1

© КамчатГТУ, 2005 © Гаврилов С. В., 2005

ВВЕДЕНИЕ Самостоятельная работа курсанта (студента) по дисциплинам «Судовые котельные и паропроизводящие установки (СКПУ)» и «Эксплуатация судовых котельных установок (ЭСКУ)» является не прихотью преподавателя, а обязательным элементом учебного процесса, установленным Государственным образовательным стандартом специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок». На него отводится 50 % времени, выделяемого на изучение курса. Это вид учебной деятельности позволяет упорядочить теоретические знания, получаемые курсантом, и способствует лучшему усвоению учебного материала, позволяя выстроить так называемую «систему знаний». Самостоятельную работу следует рассматривать не как грустную необходимость не спать несколько ночей перед экзаменом, а как целенаправленную систематическую деятельность по определенному плану, ведущуюся в течение всего учебного семестра. Целью настоящих методических указаний является показ рациональной последовательности действий при самостоятельном освоении дисциплин СКПУ и ЭСКУ. Обе дисциплины тесно взаимосвязаны между собой, поэтому их следует рассматривать как единый комплекс, изучаемый в течение третьего и четвертого курсов. СКПУ, являющаяся сложным объектом, достается в заведовании выпускнику, впервые приходящему на флот. Отсутствие у молодого специалиста опыта, а нередко и необходимых знаний, осложняет выполнение им служебных обязанностей и портит взаимоотношения с руководством, становится причиной разочарования в выбранной специальности. Отсюда вытекает необходимость серьезного отношения к изучению дисциплин СКПУ и ЭСЭУ, а значит, и к самостоятельному приобретению знаний в этой области. Объем часов, выделяемых рабочим учебным планом специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок» на самостоятельную работу, составляет: — для дисциплины СКПУ — 40 часов (25 — теоретический курс, 10 — практические занятия, 5 — подготовка к лабораторным работам); — для дисциплины ЭСКУ — 40 часов (20 — теоретический курс, Самостоятельная работа складывается из следующих составляющих: — подготовки к занятиям (изучения или восстановления конспекта лекций, подготовки к выполнению лабораторных работ); — самостоятельного изучения и конспектирования отдельных вопросов теоретического курса, носящих вспомогательный характер и не изучаемых на лекции; — выполнения расчетных практических занятий и курсового проекта. 3

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Хряпченков А. С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. — Л.: Судостроение, 1988. — 296 с. 2. Эксплуатация СКУ: учебник для высших инженерных морских училищ / В. М. Федоренко, В. М. Залетов, В. И. Руденко, И. Г. Беляев. — М.: Транспорт, 1991. — 272 с. 3. Ильин А. К., Иконников-Ципулин Е. С. Паровые котлы промысловых судов. — М.: Судостроение, 1975. — 252 с. 4. Гаврилов С. В. Судовые котельные установки. Методические указания к практическим занятиям. — Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2001. — 106 с. 5. Гаврилов С. В. Водоподготовка и водные режимы судовых вспомогательных котельных установок. — Петропавловск-Камчатский: ПКВМУ, 1996. — 114 с. 6. Гаврилов С. В. Судовые котельные установки. Методические указания по выполнению лабораторных работ для курсантов специальности 240500. — Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2003. — 35 с. 7. Гаврилов С. В. Судовые котельные установки. Энергетические и экономические характеристики. Учебное пособие. — Петропавловск-Камчатский: ПКВМУ, 1996. — 65 с. 8. Правила технической эксплуатации паровых котлов на судах рыбопромыслового флота. — СПб., 1999. 9. Фильченко В. П., Шабанов А. А. Судовые котельные установки флота рыбной промышленности. — М.: Пищ. пром., 1980. — 280 с. 10. Енин В. И. Судовые паровые котлы. — М.: Транспорт, 1984. — 248 с. 11. Судовые парогенераторы / Н. И. Пушкин, Д. И. Волков, К. С. Дементьев и др. — Л.: Судостроение, 1977. — 515 с. 12. Ильин А. К., Иконников-Ципулин Е. С. Практикум по паровым котлам промысловых судов. — М.: Судостроение, 1977. — 200 с. 13. Милтон Д. Х., Лич К. М. Судовые паровые котлы. — М.: Транспорт, 1985. — 280 с. 14. Беляев И. Г. Эксплуатация судовых утилизационных установок. — М.: Транспорт, 1987. — 175 с. 15. Орехов И. Г. Предотвращение аварий судовых котельный установок. — М.: Транспорт, 1982. — 160 с. 16. Гаврилов С. В. Техническая эксплуатация судовых котельных установок. Методическое пособие. — Петропавловск-Камчатский: ПКВМУ, 1996. — 133 с. 17. Гаврилов С. В. Судовые котельные установки. Методические указания по выполнению курсового проекта для специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок». — Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2000. — 89 с. 18. Гаврилов С. В. Лабораторные работы по дисциплине «Судовые котельные установки» с использованием тренажера для специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок» 1- и 2-й ступеней обучения. — ПетропавловскКамчатский, 1994. — 114. 19. Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. — Т. 2. — 1995. — 442 с.

4

СУДОВЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ И ПАРОПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТАНОВКИ 1. ВОПРОСЫ, ИЗУЧАЕМЫЕ НА ЛЕКЦИЯХ Объем лекционного курса составляет 40 часов. Основные вопросы, рассматриваемые на лекциях, литература для самостоятельного изучения тем и объем времени, отводимый на самостоятельное освоение лекционного курса, приведены в табл. 1. Таблица 1 Неделя

Вопросы, изучаемые на лекции

1

Введение. Цель и содержание курса, литература. Термодинамические особенности получения и использования пара в судовой котельной установке. Основные понятия и определения Принцип действия и устройство различных типов судовых котлов (водотрубных с естественной и принудительной циркуляцией, газотрубных и комбинированных). Классификация судовых котлов, их основные параметры. Обзор конструкций котлов промысловых судов типов PYRO, КВА (КГВ), КВВА, КАВ, КУП-40. Их сравнительные технико-экономические и эксплуатационные показатели. Состав и схемы СКПУ Топочные устройства котлов. Типы, принцип действия и устройство форсунок. Эксплуатация топочных устройств. Требования Морского Регистра Судоходства к топочным устройствам Арматура, состав, назначение, расположение на котле. Устройство различных типов арматуры: стопорные и предохранительные клапаны, краны продувания, водоуказательные приборы. Внутриколлекторные устройства. Эксплуатация арматуры. Требования Морского Регистра Судоходства к арматуре

2

3

4

Самостоятельная Форма работа контроля содержание часы

5

[2, c. 10— 18]; [3, c.5— 22]

0,5

ЭО, ПК

[1, c. 8—22, 151—161, 170—195]; [2, c. 18—33, 52—54]; [9, c. 71—81]

0,5

ЭО, ПК

[1, c. 60—70]

0,5

ЭО, ПК

[1, c. 140— 142, 178— 186]

0,5

ЭО, ПК

Продолжение табл. 1 Неделя

Вопросы, изучаемые на лекции

5

Топливо для котлов, виды, способы получения. Классификации судовых топлив. Основные физико-химические свойства. Требования к топливу, марки топлив. Прием, хранение и учет расхода топлива на судне. Топливная система котла, состав, назначение, устройство и работа основных элементов Реакции горения основных компонентов топлива. Определение теоретически необходимого и действительного объемов воздуха. Коэффициент избытка воздуха. Состав и объем продуктов сгорания 1 кг топлива. Материальный баланс процесса сгорания Диаграмма «Энтальпия — температура», ее построение и использование. Полное и неполное горение. Уравнение неполного сгорания. Газовый анализ. Действительный коэффициент избытка воздуха Топочные процессы, разновидности, особенности, условия протекания. Кинетика горения. Структура топливного факела. Горение топливной капли. Управление горением по показаниям контрольно-измерительных приборов и внешним признакам Тепловой баланс вспомогательного котла. Приход и расход тепла. Располагаемое тепло, полезно использованное тепло и тепловые потери. Уравнение прямого и обратного теплового балансов. Зависимость составляющих теплового баланса от режима работы котла и эксплуатационных факторов Теплообмен в котлах. Лучистый теплообмен. Физическая модель теплообмена в топке. Факторы, влияющие на теплообмен в топке. Методики расчета теплообмена, определение величин, входящих в расчетные уравнения

6

7

8

9

11

6

Самостоятельная Форма работа контроля содержание часы [1, c. 31—40; 0,5 ЭО, 158—160]; ПК [2, c. 42—44]

[1, c. 41— 47]; [2, c. 44—45, 55—64, 70— 75];

0,5

ЭО, ПК

[4, c. 24— 31]; [6, c. 20]

0,5

ЭО, ПК

[1, c. 57—63]

0,5

ЭО, ПК

[1, c. 71— 79]; [2, c. 79— 87]; [4, c. 38—48]

0,5

ЭО, ПК

[2, c. 82—85, 87—89]; [4, c. 49—60]

0,5

ЭО, ПК

Продолжение табл. 1 Неделя

Вопросы, изучаемые на лекции

12

Конвективный теплообмен в судовых котлах. Уравнение теплообмена в критериальном виде. Основные расчетные зависимости. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. Коэффициент полноты омывания (использования поверхности нагрева), коэффициент загрязнений Определение величины температурного напора. Методика расчета конвективного теплообмена в различных поверхностях нагрева (испарительных трубах, экономайзерах, пароперегревателях, воздухоподогревателях). Конструктивные и эксплуатационные факторы, влияющие на эффективность теплообмена Аэродинамика газовоздушного тракта котлов (ГВТ). Способы подачи воздуха и удаления газов. Связь между теплообменом и аэродинамическим сопротивлением поверхностей нагрева котла Составление схемы ГВТ, определение сопротивления участков ГВТ. Аэродинамические характеристики котла. Совместная работа ГВТ и вентилятора Циркуляция воды в котле. Основные понятия и определения (контур циркуляции, полезный и движущий напоры). Параметры циркуляции. Определение гидравлических сопротивлений контура с естественной циркуляцией. Виды нарушений естественной циркуляции, их причины и способы предотвращения. Гидравлические характеристики циркуляционного контура. Оценка надежности циркуляции. Работа контура с принудительной циркуляцией Задачи водного режима. Схема движения воды и пара в СКПУ. Виды воды, используемые в котельных установках. Показатели качества воды

13

14

15

16

17

7

Самостоятельная Форма работа контроля содержание часы [2, c. 82—85, 0,5 ЭО, 87—89]; ПК [4, c. 49—60]

[1, c.85—99]; [2, c.103— 108]; [4, c. 72— 84]; [9, c. 146— 148]

0,5

ЭО, ПК

[1, c. 100— 109]; [2, c. 138— 145]; [4, c. 85—97]

0,5

ЭО, ПК

[1, c. 110— 111]; конспект

0,5

ЭО, ПК

[1, c. 112— 129]; [2, c. 109— 115]

0,5

ЭО, ПК

[5, c. 3—9, 12—16]

0,5

ЭО, ПК

Продолжение табл. 1 Неделя

Вопросы, изучаемые на лекции

18

Основы химии внутрикотловых процессов. Эксплуатационные отложения в пароводяном пространстве котлов. Образование, состав и свойства накипи. Коррозия котла, виды и механизмы коррозионных процессов Докотловая водоподготовка: фильтрация, удаление газов и нефтепродуктов. Обработка воды методами ионного обмена. Магнитная обработка. Виды водных режимов. Препараты, используемые для внутрикотловой обработки, методика расчета их дозировки Контроль качества питательной и котловой воды. Нормы качества воды. Периодичность и объемы контроля, мероприятия по результатам анализа проб воды. Способы регулирования показателей качества котловой воды: продувание и изменение дозировки вводимых препаратов Всего:

19

20

Самостоятельная Форма работа контроля содержание часы [5, c. 16—27] 0,5 ЭО,

ПК

[5, c. 53—77, 81—97]

0,5

ЭО, ПК

[5, c. 98— 103]

0,5

ЭО, ПК

40

Опыт показывает, что хорошее усвоение дисциплины достигается в том случае, если курсант регулярно обращается к собственному конспекту лекций. Его наиболее целесообразно изучать перед следующей лекцией, что можно сделать и «на сон грядущий». Это позволяет вспомнить основные положения предыдущих лекций и таким образом подготовить почву для новых сведений, которые будут сообщены на следующей лекции. Так можно установить связи между различными темами и достигнуть наибольшего эффекта в усвоении преподаваемого материала. В том случае, если курсант пропустил какое-либо лекционное занятие, он должен восстановить конспект самостоятельно, используя записи товарищей или рекомендованную для изучения данной темы литературу (см. приведенный список). В процессе изучения дисциплины ведущий преподаватель регулярно контролирует выполнение курсантом заданий, выносимых на самостоятельную работу. Контроль ведется в форме экспресс-опроса на лекциях (ЭО) и проверки конспектов (ПК). Кроме этого, конспект предъявляется в ходе итоговой аттестации.

8

2. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПРОРАБОТКИ Часть вопросов теоретического характера, носящих вспомогательный характер, выносится на самостоятельную проработку. Их содержание, рекомендуемая литература и ориентировочный объем времени, отводимый для самостоятельного изучения, указаны в табл. 2 Таблица 2 Вопросы, изучаемые самостоятельно

Литература и время литература часы

1. Технико-экономические показатели судовых энергетических установок 2. Системы и трубопроводы СКПУ 3. Виды топлив, их особенности 4. Прием и хранение топлива на судне 5. Основы кинетики реакций горения химических элементов топлива 6. Механизм горения топливной капли 7. Способы сжигания топлива 8. Горение водотопливных эмульсий 9. Общие сведения об организации движения воды и пароводяной смести в котлах 10. Физико-химические закономерности поведения примесей в котловой воде 11. Влияние чистоты пара на эффективность работы паропроизводящих установок. Получение чистого пара 12. Коррозионные процессы, протекающие с внутренней (водяной) стороны поверхности нагрева 13. Механизм образования отложений на наружной (газовой) стороне поверхности нагрева 14. Виды коррозии, протекающие на наружной (газовой) стороне поверхности нагрева и их механизм 15. Условия работы металла паропроизводящих установок. Металлы, используемые для изготовления элементов котлов, их свойства 16. Методика расчета цилиндрических элементов котлов на прочность

9

Контроль

[2, с. 18—21]

0,25

ПК

[1, с. 230]; [2, с. 34] [2, с. 42—44] [2, с. 52—54] [2, с. 54—58]

0,25

ПК

0,25 0,25 0,25

ПК ПК ПК

[1, с. 52—55]; [2, с. 58—62] [1, с. 57—63]; [2, с. 62—66] [2, с. 69—70] [2, с. 109—113]

0,25

ПК

0,25

ПК

0,25 0,25

ПК ПК

[2, с. 121—124]

0,25

ПК

[1, с. 137—142]; [2, с. 125—128]

0,25

ПК

[1, с. 134—136]; [2, с. 128—134]

0,25

ПК

[2, с. 147—149]

0,25

ПК

[2, с. 105—154]

0,25

ПК

[1, с. 250—252]; [2, с. 155—159]

0,25

ПК

[1, с. 252—255]; [2, с. 160—165]

0,50

ПК

Продолжение табл. 2 Вопросы, изучаемые самостоятельно

Литература и время литература часы

17. Огнеупорные, теплоизоляционные и уплотнительные материалы. Их марки, свойства 18. Основные принципы автоматического регулирования вспомогательных котельных установок 19. Основные принципы автоматического регулирования утилизационных котельных установок Всего:

Контроль

[2, с. 165—174]

0,25

ПК

[2, с. 234—235]

0,25

ПК

[1, с. 209—214]; [2, с. 239—243]

0,25

ПК 5,0

Рекомендуется следующий порядок самостоятельной работы: — по приведенному выше списку основной и дополнительной литературы курсант находит необходимый источник и знакомится с содержанием предложенного вопроса; — краткое содержание вопроса записывается в тетрадь, в которой ведется основной конспект, сюда же заносятся необходимые пояснения, рисунки и схемы; — в установленное ведущим преподавателем время итоги самостоятельной работы предъявляются для контроля — проверки качества ведения конспектов (ПК). Перечисленные в табл. 2. вопросы включены в список вопросов итоговой аттестации по дисциплине СКПУ, то есть выносимых на заключительный экзамен! Эти же вопросы могут быть предложены курсанту в ходе защиты курсового проекта. 3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ В соответствии с учебным планом специальности 240500 объем практических занятий по дисциплине СКПУ составляет 10 часов. Распределение времени, отводимого на самостоятельное выполнение практических занятий, приведено в табл. 3. Таблица 3 Наименование занятия 1. Материальный баланс процесса сгорания 2. Построение диаграммы «Энтальпия — температура» продуктов сгорания 3. Предварительный тепловой баланс вспомогательного котла 4. Предварительный тепловой баланс утилизационного котла 5. Расчет теплообмена в топке

10

Литература [4, с. 23—29] [4, с. 29—32]

Час. 1 1

Контр. КП КП

[4, с. 32—44]

1

КП

[4, с. 44—54]

1

КП

[4, с. 54—63]

1

КП

Продолжение табл. 3 Наименование занятия 6. Тепловой расчет испарительного пучка труб 7. Определение аэродинамического сопротивления вспомогательного котла 8. Расчеты прочности элементов котла Итого:

Литература [4, с. 63—75]

Час. 2

Контр. КП

[4, с. 75—86]

2

КП

[4, с. 86—90]

1 10

КП Защита

Содержание практических занятий соответствует аналогичным разделам курсового проекта, поэтому формой контроля этого вида работы курсанта является выполнение графика курсового проектирования (КП). 4. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ На самостоятельное выполнение лабораторного практикума отводится 5 часов. Распределение времени на это приведено в табл. 4. Таблица 4 Наименование лабораторной работы 1. Конструкция котлов. Состав и схемы СКУ 2. Топочные устройства котлов 3. Арматура и внутриколлекторные устройства 4. Каркас, кожух, футеровка, теплоизоляция 5. Определение эксплуатационных показателей котельного топлива в судовых условиях 6. Контроль показателей качества питательной воды и конденсата

Литература [4, с. 4—14] [4, с. 14—17] [4, с. 17—20]

Час. 1 1 1

Контр. ЗО ЗО ЗО

[4, с. 20—23] [6, с. 4—13

1 0,33

ЗО ЗО

[6, с. 14—18]

0,33

ЗО

7. Контроль показателей качества котловой воды

[6, с. 19—27]

0,33

ЗО

5,0

Защита

Всего:

Лабораторные работы связаны с изучением конструкции котельной техники и выполнением анализов рабочих сред: топлива и воды. Контроль самостоятельной работы заключается в защите отчетов по работам (ЗО). 5. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ Курсовой проект представляет собой самостоятельную инженерную работу, состоящую из расчетно-пояснительной записки и графической части. Курсовое проектирование заключается в решении одной из технических задач: 11

— разработка проекта вспомогательного или утилизационного котла на базе одного из существующих прототипов; — выполнение поверочного расчета существующего котла и обобщении опыта его технической эксплуатации в составе котельной установки конкретного судна. Обе задачи решаются с использованием одинаковых методик, но имеют некоторые особенности. В ходе курсового проектирования также рассматриваются технические и организационные мероприятия по повышению надежности и экономичности рассматриваемой СКПУ. Курсовой проект состоит из трех частей: расчетно-пояснительной записки, индивидуального задания, носящего исследовательский характер, и графической части. Графическая часть включает: первый лист — чертеж общего вида котла с разрезами и выносными элементами, на котором приводятся технические характеристики и состав изделия; второй лист — две схемы систем, обслуживающих котельную установку на выбор курсанта (например, питательная и топливная, топливная и автоматизации и т. д.). Третий лист представляет собой сборочный чертеж какоголибо элемента или рабочий чертеж детали с необходимыми указаниями и пояснениями. Как правило, содержание третьего листа выбирается в соответствии с темой индивидуального задания. Перед началом проектирования руководитель проекта беседует с курсантом, конкретизируя поставленные ему задачи и методы их решения. Ответственность за качество выполнения и правильность принимаемых решений несет автор проекта — курсант или студент. Проект выполняется самостоятельно в часы самоподготовки и выделенные для этого дни курсового проектирования. Работа над ним ведется в соответствии с примерным графиком проектирования, табл. 5. Таблица 5 Этап 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Содержание этапа Получение задания, подбор литературы, введение Сведения о судне и СКПУ, ее схема, конструктивные особенности котла, топливо и топливная система Материальный и тепловой балансы Расчет теплообмена Аэродинамический и акустический расчеты Водный режим и система питания Конструктивный расчет Анализ надежности, мероприятия по повышению экономичности и надежности Индивидуальная исследовательская часть Графическая часть

12

% выполнения 5 20 30 45 55 60 65 70 80 100

Не реже одного раза в неделю курсант обязан доложить руководителю работы о выполнении им графика проектирования. Его невыполнение считается нарушением учебного процесса и является основанием для рассмотрения выпускающей кафедрой вопроса о целесообразности дальнейшего обучения данного курсанта. Указания по разработке разделов проекта курсант получает в индивидуальном порядке в часы консультаций руководителя, утвержденные распоряжением по кафедре. По мере необходимости руководитель может проводить общие консультации в выделенные для этого дни курсового проектирования. Более подробные указания по выполнению разделов проекта содержатся в отдельных методических указаниях. 5. ВОПРОСЫ ДЛЯ ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ 5.1. КОНСТРУКЦИЯ СУДОВЫХ КОТЛОВ 1. Термодинамические особенности получения и использования пара в судовых котельных установках. Цикл паросиловой установки (Ренкина). Термический КПД цикла Ренкина, методы его повышения. 2. Тепловая схема парового котла. Составные части парового котла, их назначение и взаимодействие. Топливный КПД котла, способы повышения экономичности судовых котлов. 3. Принцип действия, составные части, компоновочные схемы водотрубных котлов. Особенности водотрубных котлов. Параметры и классификация судовых котлов. 4. Принцип действия, составные части и компоновочные схемы газотрубных и утилизационных котлов. Особенности газотрубных котлов. Маркировка судовых котлов. 5. Судовая котельная установка. Принципиальная схема, состав, взаимодействие элементов. 6. Арматура котла, ее состав назначение и размещение. Требования Морского Регистра Судоходства к предохранительным и питательным клапанам, водоуказательным приборам. Эксплуатация арматуры. 7. Топочные и воздухонаправляющие устройства котлов. Назначение, состав, особенности эксплуатации. Защита и блокировка топочного устройства. Требования Морского Регистра Судоходства к топочным устройствам. 8. Форсунки судовых котлов. Типы, параметры, сравнительная характеристика различных видов форсунок. Способы регулирования производительности форсунок. Эксплуатация форсунок, их основные дефекты и неисправности. 9. Топливная система котла. Назначение, состав, конструкция элементов. Эксплуатация топливной системы. Выбор температурных режимов на различных участках топливной системы. 10. Состав и физические свойства котельных топлив. Требования к топливу, марки топлив для судовых котлов. Прием, хранение, контроль расхода топлива на судне.

13

11. Конструкция каркаса, кожуха, опор котла. Теплоизоляция и футеровка топки. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы, используемые в судовом котлостроении. Эксплуатация и ремонт футеровки. 12. Коллекторы судовых котлов. Внутриколлекторные устройства, их назначение, размещение и конструкция. 13. Принципиальная схема системы питания судового котла. Состав, назначение и конструкция элементов. Эксплуатация системы. Устройства для ввода реагентов для внутрикотловой водообработки и их работа. 14. Испарительная поверхность нагрева котла. Конструкция элементов поверхности нагрева, материалы, условия их работы. Способы крепления труб. Эксплуатация испарительной поверхности нагрева, ее основные дефекты. Основы теплового расчета испарительной поверхности нагрева. 15. Конструкция, параметры и особенности судовых вспомогательных газотрубных котлов типа КВА (КГВ). 16. Конструкция, параметры и особенности судовых вспомогательных водотрубных котлов типа КВВА (КАВ). 17. Конструкция, параметры и особенности судовых комбинированных котлов типа VX. 18. Конструкция, параметры, принцип действия судовых утилизационных котлов с принудительной циркуляцией типа КУП-40. 19. Материалы для судового котлостроения, условия их работы. Основы прочностного расчета элементов котлов. Коррозионные процессы в судовых котлах (низко- и высокотемпературная коррозия). Мероприятия по предотвращению коррозионных разрушений. 20. Технико-экономические показатели судовых энергетических установок. 21. Системы и трубопроводы котельных установок. 22. Виды органических топлив и их особенности. 23. Прием и хранение топлива на судне. 24. Основы кинетики реакций горения топлива. 25. Механизм горения топливной капли. 26. Способы сжигания топлива. 27. Горение водотопливных эмульсий. 28. Общие сведения об организации движения воды и пароводяной смеси в котлах. 29. Физико-химические закономерности поведения примесей в котловой воде. 30. Влияние чистоты пара на эффективность работы паропроизводящих установок. Получение чистого пара. 31. Коррозионные процессы, протекающие с внутренней (водяной) стороны поверхности нагрева. 32. Механизм образования отложений на наружной (газовой) стороне поверхности нагрева. 33. Виды коррозии, протекающие на наружной (газовой) стороне поверхности нагрева и их механизм. 34. Условия работы металла паропроизводящих установок. Металлы, используемые для изготовления элементов котлов, их свойства. 35. Методика расчета цилиндрических элементов котлов на прочность.

14

36. Огнеупорные, теплоизоляционные и уплотнительные материалы. Их марки, свойства. 37. Основные принципы автоматического регулирования вспомогательных котельных установок. 38. Основные принципы автоматического регулирования утилизационных котельных установок. 5.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В СКПУ 39. Реакции окисления компонентов топлива. Определение теоретически необходимого и действительного объемов воздуха. Коэффициент избытка воздуха. 40. Состав продуктов сгорания топлива. Определение объемов газов, составляющих продукты сгорания. Факторы, влияющие на объем и состав продуктов сгорания. 41. Методика построения диаграммы «Энтальпия — температура (I — t)» продуктов сгорания топлива и ее использование для теплового расчета котла. Факторы, влияющие на энтальпию продуктов сгорания. 42. Полное и неполное сгорание топлива. Продукты полного и неполного сгорания. Уравнение неполного сгорания и его практическое применение. 43. Газовый анализ. Определение величины действительного коэффициента избытка воздуха. Управление горением по внешним признакам и по показаниям контрольно-измерительных приборов. 44. Тепловой баланс котла. Приход и расход тепла в паровом котле. Тепловые потери. Способы снижения тепловых потерь. 45. Уравнения прямого и обратного теплового балансов вспомогательного котла (в абсолютных и относительных единицах), их применение. Величины, входящие в уравнения, их характеристика. 46. Тепловые потери в котле. Их определение при помощи газового анализа. Пути повышения экономичности котла. 47. Утилизация тепла уходящих газов судовых дизелей. Факторы, ограничивающие глубину утилизации тепла. Тепловой баланс и КПД утилизационного котла. 48. Зависимость составляющих теплового баланса вспомогательного котла от режима его работы. Пути повышения топливной экономичности. КПД, расход топлива, испарительная способность топлива и их взаимосвязь. 49. Виды теплообмена в котлах. Лучистый теплообмен. Простейшая физическая модель теплообмена в топке. Понятие о степени черноты топки, факторы, на нее влияющие. 50. Расчет теплообмена в топке вспомогательного котла. Цели и методы расчета. Факторы, влияющие на интенсивность теплообмена в топке. 51. Конвективный теплообмен. Уравнение конвективного теплообмена в критериальной форме. Основные расчетные зависимости. Коэффициент теплопередачи и его составляющие. 52. Определение величины температурного напора для различных видов поверхностей нагрева и схем их включения. Факторы, влияющие на интенсивность конвективного теплообмена.

15

53. Особенности теплового баланса утилизационного котла (УК) с принудительной циркуляцией. Способы регулирования паропроизводительности УК. Факторы, влияющие на глубину утилизации тепла в УК. 54. Конструктивные приемы увеличения глубины использования тепла газов во вспомогательных и утилизационных котлах. 55. Конструктивные способы подвода воздуха к котлу и удаления продуктов сгорания. Самотяга. Сопротивление газовоздушного тракта котла. Связь между аэродинамическим сопротивлением и теплообменом. 56. Уравнение аэродинамики газовоздушного тракта котла в критериальной форме. Методика определения сопротивления газовоздушного тракта. Устройство и работа котельного вентилятора. Аэродинамические характеристики котла и вентилятора, их совместная работа. 57. Сжигание топлива в факеле. Параметры топливного факела. Схема горения топливной капли. Факторы, влияющие на полноту сгорания топлива. 5.3. ВАРИАНТЫ ЗАДАЧ 1. Определить паропроизводительность утилизационного котла, установленного за главным двигателем, при известном коэффициенте сохранения тепла, мощности ДВС, удельном расходе топлива, температурах газов, рабочем давлении и влажности пара, температуре питательной воды. 2. Найти приращение эффективного КПД СЭУ при работе утилизационного котла при известных низшей теплоте сгорания топлива, температурах газов, коэффициенте сохранения тепла, энтальпиях (температурах) воды или пара. 3. Найти температуру газов за утилизационным котлом с заданной паропроизводительностью, давлением пара и его влажностью, температурой газа перед котлом, коэффициентом сохранения тепла. 4. Определить производительность котельного вентилятора при известном содержании кислорода в уходящих газах, теоретически необходимом количестве влажного воздуха, расходе топлива. При расчете для определения величины действительного коэффициента избытка воздуха использовать «кислородную» формулу. 5. Найти температуру воды на выходе из экономайзера при известных температуре питательной воды, расходе топлива, паропроизводительности котла, коэффициенте сохранения тепла, температурах газа на входе и выходе из экономайзера. Диаграмма «I — t» продуктов сгорания прилагается. 6. Определить суточный расход топлива на котельную установку при заданной паропроизводительности, рабочем давлении пара, влажности пара, температуре питательной воды. КПД котла задан. Таблицы состояния воды и водяного пара прилагаются. 7. Определить величину местного аэродинамического сопротивления, если известны: коэффициент местного сопротивления, расход топлива, теоретически необходимый объем воздуха, коэффициент избытка воздуха. Диаметр топочной фурмы задан (принимается). 8. Найти величину самотяги у вспомогательного котла при известной высоте дымовой трубы, температуре уходящих газов и окружающей среды, плотностях газов и воздуха при нормальных условиях.

16

9. Определить величину приращения эффективного КПД СЭУ за счет утилизации тепла уходящих газов. Заданы: эффективный КПД дизеля, Qнр, температура газов на входе и выходе в утилизационный котел, энтальпия насыщенного пара, температура питательной воды. 10. Определить тепловую мощность воздухоподогревателя котла со следующими известными параметрами: расход топлива, коэффициент избытка воздуха, теоретически необходимый объем воздуха, теплоемкость воздуха, температура воздуха на входе и выходе из воздухоподогревателя. 11. Определить мощность вентилятора котла при заданном аэродинамическом сопротивлении ГВТ, расходе топлива, температуре воздуха и его плотности при НУ, коэффициенте избытка воздуха, КПД вентилятора. 12. Найти, как изменится низшая рабочая теплота сгорания топлива при увеличении содержания в топливе воды и зольности. 13. Найти температуру газов на выходе из утилизационного котла с заданной паропроизводительностью, рабочим давлением и влажностью пара, температурой газов перед котлом. Таблицы состояния воды и водяного пара, диаграмма «I — t» прилагаются. 14. Определить суточную экономию топлива в СКПУ при работе утилизационного котла, если известны КПД вспомогательного котла, паропроизводительность утилизационного котла, рабочее давление и влажность пара, температура питательной воды, низшая рабочая теплота сгорания топлива. 15. Найти, насколько увеличится часовой расход котельного топлива с заданной низшей рабочей теплотой сгорания Qнр при изменении температуры питательной воды, подаваемой в котел, от t1 до t2, если известны паропроизводительность котла, энтальпия влажного насыщенного пара, КПД котла. В расчетах использовать соотношение iпв = 4,19tпв кДж/кг.

17

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СУДОВЫХ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК 1. ВОПРОСЫ, ИЗУЧАЕМЫЕ НА ЛЕКЦИЯХ Объем лекционного материала составляет 20 часов, столько же времени отводится на самостоятельную работу над теоретическим курсом. Их распределение показано в табл. 1 Таблица 1 Неделя

Вопросы, изучаемые на лекции

1

Организационные и методические основы технической эксплуатации СКУ. Режимы работы СКУ. Документация котельной установки: нормативная, завода-строителя, первичного учета Основные положения Правил технической эксплуатации СКУ. Порядок подготовки котла к действию. Заполнение водой, розжиг, подъем давления пара. Включение в работу, обслуживание во время действия, вывод из работы. Постановка на хранение, консервация. Осмотры котлов и оценка технического состояния. Содержание основных мероприятий по техническому обслуживанию. Меры безопасности при эксплуатации СКУ. Особенности обслуживания котлов на режимах, отличных от номинального Технический надзор за состоянием СКУ со стороны Российского Морского Регистра Судоходства

2

3

4

Тепловой и эксергетический баланс СКУ. Тепловые и эксергетические потери и КПД судовых котлов, факторы, на них влияющие. Определение величины эксергетических потерь, пути их снижения. Методика составления эксергетического баланса СКУ

18

Самостоятельная работа содержание часы [2, с. 181— 2 201]; [16, c. 3—12, 64—70, 111— 123]

Форма контр.

ЭО, ПК

[2, с. 204— 206]; [16, c. 13—27, 28—60, 123— 127]; [19, с. 228— 250]

2

ЭО, ПК

[2, с. 206— 209]; [19, с. 251— 292] [2, c. 79—91]; [7, c. 3]

2

ЭО, ПК

2

ЭО, ПК

Продолжение табл. 1 Неделя

Вопросы, изучаемые на лекции

5

Определение нагрузки СКУ. Экспериментальный, расчетно-экспериментальный и расчетный методы. Анализ эксплуатационного времени СКУ. Показатели использования котлов и котельных установок Классификация и структура норм расхода топлива для СКУ. Основы нормирования расхода топлива. Методы определения индивидуальных норм расхода топлива. Контроль норм расхода. Мероприятия по повышению экономичности СКУ Основные понятия надежности. Факторы, влияющие на безопасность и надежность котлов. Показатели надежности судовых котлов и котельных установок, их оценка. Элементы теории вероятности и математической статистики Классификация причин отказов и неисправностей, методы их анализа. Методы повышения безопасности и надежности СКУ. Организация и проведение технического обслуживания СКУ. Нормы и требования Морского Регистра Судоходства как одна из основ обеспечения безопасности и надежности СКУ Надежность котельной установки на уровне эксплуатации. Действия вахтенного механика по обеспечению безопасной эксплуатации СКУ Методы оценки технического состояния элементов СКУ. Основные принципы технической диагностики судовых котлов

6

7

8

9

19

Самостоятельная работа содержание часы [2, c. 181— 2 202]; [18, c. 3]

Форма контр.

ЭО, ПК

Конспект; [7, c. 11, 18]

2

ЭО, ПК

[2, c. 219—226]

2

ЭО, ПК

Конспект; [2, с. 219— 228]; [13, с. 81—86, 93—97, 149— 186]

2

ЭО, ПК

Конспект; [7, c. 30—42]

2

ЭО, ПК

Продолжение табл. 1 Неделя

Вопросы, изучаемые на лекции

10

Основные тенденции развития и совершенствования судовых котельных установок. Современные судовые котлы на примере конструкций фирмы «Ольборг». Совершенствование конструкции топочных устройств, арматуры, средств автоматизации и КИП судовых котлов Всего:

Самостоятельная работа содержание часы Конспект; 2 [19, с 11—119]

Форма контр.

ЭО, ПК

20

2. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПРОРАБОТКИ Часть вопросов теоретического характера, носящих вспомогательный характер, выносится на самостоятельную проработку. Их содержание, рекомендуемая литература и ориентировочный объем времени, отводимый для самостоятельного изучения, указаны в табл. 2 Таблица 2 Вопросы, изучаемые самостоятельно

Литература и время литература часы

1. Загрязнение окружающей среды при эксплуатации судовых котлов 2. Оценка эффективности работы утилизационных котельных установок 3. Методика расчета себестоимости пара 4. Основные виды работ при ремонте паровых котлов 5. Переходные и особые режимы работы судовых котлов 6. Диагностика технического состояния котельной установки 7. Теплотехнические испытания: цели, виды, методики проведения 8. Организационное обеспечение безопасности при обслуживании СКУ 9. Пожары при эксплуатации СКУ: причины возникновения, мероприятия по предотвращению и средства пожаротушения 10. Гидравлические испытания котлов

20

Форма контр.

[2, с. 75—78]

1,0

ПК

[2, с. 87—89]

1,0

ПК

[2, с. 91—92] [2, с. 174— 180] [2, с. 193— 200] [2, с. 226— 228] [1, с. 257— 260]; [2, с. 228—233] [2, с. 256— 258] [2, с. 260— 262]

1,0 1,0

ПК ПК

1,0

ПК

1,0

ПК

1,0

ПК

1,0

ПК

1,0

ПК

1,0

ПК

[1, с. 257]

Продолжение табл. 2 Вопросы, изучаемые самостоятельно

Литература и время литература часы

11. Технический надзор за котлами и их освидетельствование Морским Регистром Судоходства

[1, с. 264— 265]; [13, с. 251—257, 280—283]

Всего:

Форма контр.

1,0

ПК

11,0

Зачет

3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ Распределение времени, отводимого на самостоятельное выполнение практических занятий и подготовку к ним, приведено в табл. 2. Таблица 2 Наименование занятия

Литература

Час.

Контр.

1. Составление эксергетического баланса вспомогательного котла 2. Расчет ионообменных фильтров 3. Определение нагрузки вспомогательной СКУ 4. Расчет норм расхода топлива 5. Изучение схем систем котельной установки (тренажер)

[7, с. 3—11]

2

ЗО

[7, с. 11—18] [7, с. 18—30]

2 2

ЗО ЗО

[7, с. 30—42] [18, c. 6—27]

2 0,25

ЗО ЗО

6. Подготовка вспомогательной котельной установки к пуску, пуск, управление, остановка (тренажер)

[18, 59]

c. 51—

0,25

ЗО

7. Подготовка утилизационной котельной установки к пуску, пуск, управление, остановка (тренажер)

[18, c. 60— 66]

0,25

ЗО

8. Определение и устранение неисправностей котельных установок (тренажер)

[18, c. 100— 104]

0,25

ЗО

9,0

Зачет

Всего:

4. ВОПРОСЫ ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ (ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА) 1. Назовите виды и охарактеризуйте механизмы протекания коррозионных процессов в пароводяном пространстве котла. Укажите и охарактеризуйте методы противокоррозионной защиты пароводяного пространства. 2. Перечислите виды и механизмы коррозионных процессов, протекающих в газовом пространстве котлов. Назовите эксплуатационные мероприятия, снижающие скорость протекания коррозии газового пространства.

21

3. Изобразите аэродинамические характеристики вентилятора и газовоздушного тракта (ГВТ) вспомогательного котла. Охарактеризуйте особенности совместной работы вентилятора и ГВТ, назовите способы регулирования количества подаваемого в топку воздуха. 4. Сформулируйте понятие «контур циркуляции», назовите его основные параметры. Перечислите виды нарушений естественной циркуляции воды в котле, укажите их причины и последствия. Назовите эксплуатационные мероприятия, соблюдение которых предотвращает нарушение циркуляции. 5. Назовите характерные повреждения элементов поверхности нагрева газои водотрубных вспомогательных и утилизационных котлов. Сформулируйте их причины, внешние проявления и последствия. Назовите эксплуатационные мероприятия, предотвращающие разрушение поверхности нагрева, методы восстановления работоспособности поверхности нагрева в судовых условиях. 6. Охарактеризуйте виды эксплуатационных отложений, накапливающихся в пароводяном пространстве котла. Укажите причины накопления различных видов отложений. Как проводится оценка технического состояния котла и правильности его эксплуатации по характеру отложений? 7. Перечислите виды и периодичность осмотров технического состояния судовых котлов. Назовите критерии оценки технического состояния вспомогательного котла по результатам его осмотра до и после проведения котлочисток. В каких случаях котел не должен допускаться к дальнейшей работе? 8. Назовите основные химические препараты, используемые для внутрикотловой водообработки судовых котлов, поясните их назначение и действие. Сформулируйте принципы расчета количества вводимых в котел реагентов. Охарактеризуйте различные способы ввода реагентов. Как осуществляется контроль правильности дозировки реагентов и корректировка показателей качества котловой воды? 9. Сформулируйте требования к питательной воде для котлов. Назовите показатели ее качества. Охарактеризуйте основные методы докотловой водоподготовки, их физическую сущность. Постройте кривую изменения жесткости воды в процессе ионного обмена, объясните ее характерные участки. 10. Назовите характерные отказы и повреждения вспомогательных водотрубных котлов. Сформулируйте их внешние признаки, причины и вызываемые ими последствия. 11. Поясните, как осуществляется управление процессом сгорания во вспомогательном котле по внешним признакам и по показаниям контрольноизмерительных приборов? Назовите признаки нарушения нормального сгорания, его причины и последствия. 12. Сформулируйте цели и основные принципы диагностики технического состояния судовых котлов. Назовите параметры вспомогательных и утилизационных котлов, которые могут быть использованы в качестве диагностических. Какие между ними существуют взаимосвязи? 13. Запишите и охарактеризуйте уравнения прямого и обратного эксергетического и теплового балансов вспомогательного судового котла. Сформулируйте понятия эксергетического КПД и эксергетических потерь, назовите их отличие от тепловых. Укажите способы снижения эксергетических потерь при эксплуатации СКУ.

22

14. Назовите основные режимы работы судовых котлов, параметры, контролируемые во время действия СКУ. Охарактеризуйте изменение показателей вспомогательного котла в зависимости от его нагрузки и величины коэффициента избытка воздуха. Показатели использования судовых котлов и котельных установок. 15. Назовите виды тепловых потерь, наблюдающихся при работе вспомогательных и утилизационных котлов и их причины. Изобразите характер изменения величин тепловых потерь и КПД котла в зависимости от режима его работы. 16. Охарактеризуйте влияние различных эксплуатационных и конструктивных факторов на экономичность вспомогательных и утилизационных судовых котлов. Назовите возможные пути повышения экономичности судовых котельных установок. 17. Назовите основные принципы нормирования расхода топлива для судовых котельных установок, классифицируйте нормы расхода топлива. Назовите индивидуальные нормы расхода топлива для СКУ. Поясните, как контролируют выполнение норм расхода топлива? 18. Охарактеризуйте основные факторы, влияющие на безопасность и надежность судовых котлов. Назовите методы повышения безопасности и надежности в ходе создании и эксплуатации котлов. 19. Кто и как осуществляет организацию водоподготовки в судовых котельных установок? Как осуществляется контроль качества ведения водного режима СКУ? Назовите объемы и периодичность контроля качества питательной и котловой воды. 20. Как осуществляется управление питанием судового котла? Назовите меры по предотвращению вскипания и вспенивания котловой воды. Охарактеризуйте причины ухудшения качества котловой воды, способы регулирования показателей ее качества в процессе эксплуатации котла. 21. Как осуществляется надзора за техническим состоянием судовой котельной установки со стороны Морского Регистра Судоходства? Назовите виды освидетельствований и испытаний котлов со стороны Регистра и сроки их проведения. Порядок предъявления вспомогательной котельной установки Регистру. 22. Назовите виды и цели испытаний судовых котлов, используемое для их проведения оборудование. Каков порядок проведения испытаний судовых котлов, как производится оформление результатов испытаний? 23. Назовите и охарактеризуйте основную документацию судовой котельной установки: нормативную, завода-изготовителя, первичного учета, отчетную, органов надзора. Кто и как осуществляет ведение и проверку документации СКУ?

23

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………………………………………………………. 3 Рекомендуемая литература ……………………………………………… 4 Судовые котельные и паропроизводящие установки …………………. 5 Вопросы итоговой аттестации ………………………………………… 13 Эксплуатация судовых котельных установок ……………………….. 18 Вопросы итоговой аттестации (государственного экзамена) …………………………………………. 21

24