Особенности обоснования архитектурно-конструктивного типа танкеров

По конструктивному типу танкеры делят на гладкопалубные, тронковые, со вставными ёмкостями и оболочечные. Наибольшее распространение на речном транспорте получили гладкопалубные танкеры. Это полнопалубные суда, в корпусах которых имеются отсеки (танки) для размещения жидких грузов (рис. 14.1, а). В корпусе выделяются танки для чистого балласта. Рациональное размещение балласта в ряде случаев позволяет снизить расчётный изгибающий момент.

 

 

Рис. 14.1. Основные типы танкеров:

а – гладкопалубный тип; б – тронковый тип;

в – со вставными ёмкостями; г – оболочечного типа

 

Танкеры тронкового типа имеют палубные ящики (тронки) которые устраиваются для увеличения вместимости судов, а также обеспечения их остойчивости за счёт уменьшения площади свободной поверхности перевозимого жидкого груза (рис. 14.1, б). Однако широкого распространения этот вид танкеров не получил. Причина этого заключается в том, что нерационально используется несущая способность главной палубы. При общем изгибе судна наиболее нагруженной оказывается палуба тронка, а не более прочная главная палуба. Тронковая схема используется главным образом при проектировании малых морских каботажных танкеров.

Танкеры со вставными ёмкостями, как правило, имеют небольшую грузоподъёмность. Они предназначены для снабжения небольшими партиями нефтепродуктов различных видов потребителей на малых реках (рис. 14.1, в).

Серьёзным недостатком работы танкеров является то, что им невозможно обеспечить загрузку в обратном направлении. Для устранения обратных порожних рейсов строятся комбинированные нефтесухогрузные суда. Классическим примером такого судна можно считать серию «Нефтерудовозов», (проект 1570), грузоподъёмностью 2700 т. У этих судов наряду с бортовыми танками для перевозки нефтепродуктов имеется сухогрузный трюм (рис. 14.2). Однако отсутствие второго дна в грузовых танках создает серьезные проблемы их использования.

Ещё одним оригинальным типом наливного судна стали оболочечные суда (рис. 14.1, г). Идея создания наливных оболочечных судов имеет два основополагающих преимущества. Во-первых, на таких судах довольно просто решается проблема слива и зачистки грузовых танков, поскольку внутри оболочек отсутствует набор. Во-вторых, безнаборная конструкция оболочек более стойка к коррозии и, следовательно, более долговечна. При этом в оболочках значительно уменьшается площадь свободной поверхности жидкости груза, что ведёт к обеспечению высокой остойчивости танкеров. Очень важным является и то обстоятельство, что между оболочками может быть размещён трюм для перевозки сухих грузов.

 

 

Рис. 14.2. Схема поперечного сечения

комбинированного нефтесухогрузного судна:

1 – танки для перевозки нефтепродуктов; 2 – трюм;

3 – двойное дно

 

Принципиальная схема компоновки помещений речных танкеров сложилась давно. Обычно корпус делится по длине на три части: носовую, включающую форпик, сухой отсек или коффердам (при перевозке нефтепродуктов I и II классов), центральную – с грузовыми танками и кормовую, в которую, кроме МО и ахтерпика входят коффердам и насосное отделение. Традиционная схема компоновки речного танкера приведена на рис. 14.3.

Характерной особенностью конструкции полнопалубных танкеров является наличие в районе трюмов двойных бортов и второго дна, которые обеспечивают сохранность перевозимых грузов при повреждении бортов или днища.

 

 

Рис. 14.3. Схема общего расположения танкера:

а – продольный разрез; б – план трюмов

1 – ахтерпик; 2 – надстройка; 3 – машинное отделение; 4 – насосный отсек; 5 – грузовые танки; 6 – междудонное пространство; 7 – сухой отсек; 8 – форпик; 9 – межбортовое пространство

 

На самоходных наливных судах в носовой оконечности часто предусматривается сухой отсек. Его устройство связано с обеспечением возможности удифферентовки судна. В самом деле, при проектировании сухогрузного теплохода необходимая удифферентовка судна при ходе в грузу может быть получена за счёт некоторого перераспределения груза по длине судна. Допускается неравномерность погрузки груза в пределах 5–10%. При этом спецификационная грузоподъёмность судна будет обеспечена. Иначе обстоит дело при проектировании танкеров. При полной загрузке всех танков, судно имеет носовой дифферент. В этом случае посадку судна на ровный киль можно достигнуть перемещением центра тяжести жидкого груза по длине в корму, т.е. путём частичной разгрузки носовых танков. При этом общая грузоподъёмность судна будет уменьшена, поскольку разместить перемещаемый груз в кормовых танках без увеличения высоты борта будет невозможно. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что при компоновке танкера для обеспечения удифферентовки судна всегда следует стремиться сместить грузовые танки в корму.

Для обеспечения требуемой посадки и управляемости при плавании порожнём, на танкерах, как правило, принимается значительное количество балласта. В связи с этим на них предусматриваются специальные балластные танки. Такая конструкция способствует решению важных вопросов экологичности танкеров. Чистый балласт не загрязняет водоём остатками нефтепродуктов. При этом появляется также возможность совмещать операции по приёму на судно балласта и грузов, что крайне важно с точки зрения затрат времени на грузовые операции для речных судов работающих обычно на сравнительно коротких плечах. Заметим, что наличие отсеков чистого балласта требуется «Правилами Российского Речного Регистра» (ПРРР).

Как правило, балластные отсеки размещают в междудонном пространстве (рис. 14.3). Вместе с тем следует иметь ввиду, что в отсеках могут скапливаться взрывоопасные газовые смеси. В соответствии с требованиями ПРРР, на судах перевозящих жидкости с температурой вспышки паров ниже 60°С, коффердамы должны заполняться водой или инертными газами. Обычно заполнение этих отсеков производится выхлопным газом от двигателей внутреннего сгорания с предварительным его дожигом с целью удаления сернистых соединений, которые иначе могут выпасть в осадок в виде серной кислоты, разрушающей металл корпуса. Некоторое увеличение веса корпуса и строительной стоимости танкеров с двойным дном и двойными бортами компенсируется такими положительными факторами, как снижение интенсивности коррозии корпусных конструкций и трубопроводов; упрощение и ускорение операций по зачистке и мойке грузовых танков; уменьшение опасности загрязнения окружающей среды при повреждении корпуса.

Важным вопросом при проектировании танкеров является компоновка насосного отделения, предназначенного для размещения насосов и других устройств, обеспечивающих откачку грузов в порту назначения. Чаще всего насосное отделение размещается в корме перед МО. На крупных морских танкерах иногда оно располагается в средней части корпуса. Удачная компоновка насосного отделения оказывает влияние как на трудоёмкость и стоимость постройки судна, так и на удобство эксплуатации. Например, компоновка насосного отделения в районе мидель-шпангоута разделяет грузовые танки на две изолированные группы, которые могут быть использованы для перевозки различных классов нефтепродуктов. При таком расположении насосного отделения уменьшается изгибающий момент при постановке судна на подошву волны. Однако при этом ухудшаются условия работы насосов к моменту завершения выкачки грузов, когда появляется дифферент на корму. Кроме того, оказывается невозможным применить беструбную грузовую систему «свободного потока» и вынужденно используется достаточно сложный грузовой трубопровод. Как упоминалось ранее, чаще всего насосное отделение на речных и морских танкерах располагается в корме. При этом упрощается размещение приводов грузовых насосов, которые должны располагаться в МО, а их валы проходят в насосное отделение через переборку, как этого требуют ПРРР.

Жилые и служебные помещения на танкерах, как правило, располагают в кормовой надстройке. Это диктуется, как требованиями ПРРР, которые подробнее будут рассматриваться в главе 3, так и условиями удифферентовки судна в грузу. Камбуз на танкерах размещают в кормовой части надстройки. Предусматривается комната для курения.

По всей длине танкера от надстройки до бака на высоте 2,5–3,0 м над палубой устраивают переходной мостик. Он предназначен не только для перехода экипажа на бак в условиях заливания палубы, но и для прокладки под настилом мостика трубопроводов судовых систем и электрических кабелей. На морских судах, имеющих надстройку в средней части корпуса, для её соединения с ютом делают, как правило, подпалубный переход.

Характерной особенностью танкеров является наличие расширительных шахт. Их общая кубатура составляет 2–4% от кубатуры трюмов. Шахты предназначаются для обеспечения возможности расширения нефтепродуктов при нагреве во время перехода танкеров из холодного климатического пояса в тёплый. Кроме того, расширительные шахты уменьшают площадь свободной поверхности перевозимых нефтепродуктов, а, следовательно, и площадь их испарения.

Как отмечалось ранее, вязкость нефтепродуктов (особенно тяжёлых) существенно зависит от температуры. С уменьшением вязкости нефтепродуктов резко падает производительность грузовых насосов. Поэтому наливные суда, предназначенные для перевозки тяжёлых нефтепродуктов, обычно имеют систему подогрева грузов.

Широко применяется подогрев грузов с помощью паровых змеевиков, которые располагаются в танках. К недостаткам этого способа подогрева груза можно отнести высокую потребную мощность котельной установки. Кроме того, при коррозионном износе змеевиков или повреждении сварных швов пар может проникнуть в танк и заметно снизить качество перевозимых нефтепродуктов. К тому же змеевики загромождают танки, усложняют их зачистку, трудоёмки при монтаже. Возникающие неплотности в соединениях змеевиков приводят к обводнению груза.

На танкерах используется и барботажный способ подогрева грузов. Он заключается в том, что груз с помощью специальных насосов прокачивается через подогревательный аппарат, расположенный на палубе судна.

В настоящее время установлена принципиальная возможность применения электроподогрева груза. Однако этот способ подогрева нефтепродуктов энергоёмок и пожароопасен. Рассматриваются и другие способы, например с использованием электромагнитного излучения СВЧ.

При проектировании танкеров очень важно предусмотреть возможность эффективной выгрузки и зачистки танков от остатков нефтепродуктов.

В процессе выгрузки нефтепродуктов из трюмов можно выделить два этапа:

1. Выгрузка нефтепродуктов, когда приёмники глубоко погружены под уровень груза в танках и грузовые насосы работают устойчиво.

2. Выкачка остатков нефтепродуктов, когда заглубление приёмников насосов недостаточно и в трубопроводы поступает воздух. Воздух может поступать в трубопроводы и через неплотности фланцевых соединений. Все это приводит к неустойчивой работе насосов, падению производительности выгрузки на 30–40%. Для устранения потерь времени под разгрузкой танкеров на них ставят специальные вакуумные установки, которые производят всасывание нефтепродуктов к грузовому насосу. Для этих целей на некоторых танкерах (например, «Ленанефть» проект Р77) предусмотрены специальные вакуум танки, смежные с насосным отделением. При этом нефтепродукты самотёком, благодаря наличию разряжения, поступают в танк и затем выкачиваются грузовыми насосами.

Несмотря на принимаемые меры, откачать полностью нефтепродукты из танков не удаётся. В танках собираются, так называемые, «мёртвые» остатки, которых со временем набирается значительное количество. В дальнейшем эти остатки слёживаются, густеют. При зачистке трюмов во время смены перевозимого рода груза с тяжёлого на лёгкий ликвидация упомянутых остатков представляет собой очень сложную и дорогостоящую операцию. В определённой мере решить эту проблему позволяет проектирование танков с гладкими стенками и дном. На современных танкерах предусматривается специальная система замывки танков.

Для обеспечения сохранности нефтепродуктов, их приема и выкачки, а также очистки танков от груза танкеры должны быть оборудованы специальными системами. В них должны входить грузовая, зачистная, газоотводная система, система подогрева тяжелых нефтепродуктов. На строящихся судах должны быть оборудованы системы замера количества груза, система инертных газов, противопожарная система (водяная, пенная или углекислая).

Остановимся ещё на одной важной особенности выбора архитектурно-конструкторского типа наливных судов. Танкеры принято разделять на универсальные и специализированные. Под универсальным танкером понимается нефтеналивное судно, предназначенное для перевозки как лёгких (1 и II класса), так и тяжёлых (III и IV класса) нефтепродуктов. Под специализированным понимается танкер, предназначенный для перевозки только светлых или только тяжёлых нефтепродуктов.

Следует напомнить, что перевозка тяжёлых нефтепродуктов, как правило, требует устройства системы подогрева грузов, в которой нет необходимости на танкерах, перевозящих лёгкие нефтепродукты. Кроме того, длительный контакт системы подогрева (например, с бензином) выводит её из строя. Однако основная сложность в эксплуатации универсальных танкеров заключается в том, что в случае перехода на перевозку лёгких нефтепродуктов и тяжёлых они должны зачищаться. Именно это обстоятельство является решающим при выборе типа танкера: для обслуживания линий с устойчивым грузопотоком целесообразно проектировать и строить специализированные танкеры.

Другим важным аспектом в вопросе, каким должен быть танкер – универсальным или специализированным – является вопрос о насосной установке. Опыт показывает, что на танкерах целесообразно устанавливать мощные насосы, обеспечивающие только выкачку нефтепродуктов. Например, на танкерах типа «Лось» (проект 567) имеется два насоса производительностью 360 т/ч каждый; на танкерах типа «Волгонефть» (проект 558) – два насоса производительностью по 450–500 т/ч. Вместе с тем мощная насосная установка требует большую мощность судовой электростанции. К примеру, на танкере «Волгонефть» мощность электростанции составляет 426 кВт, в то время как на сухогрузе «Волго-Дон» всего лишь 275 кВт.

Следует отметить, что судовые насосные установки не используются при работе танкеров на постоянных линиях с устойчивым грузопотоком, поскольку места их погрузки и выгрузки нефтепродуктов оборудованы соответствующими насосными станциями. В этом случае наличие на танкере мощной насосной станции снижает рентабельность работы судна.

 

Требования к танкерам, регламентируемые