модернизации жизниобеспечения на параходе. Чудинов А.С.. Модернизация электрооборудования систем жизнеобеспечения экипажа и управления судном проекта 576
 Скачать 139.84 Kb.
|
|
УДК 629.5.063.4 МОДЕРНИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКИПАЖА И УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРОЕКТА «576» А.С.Чудинов Пермский филиал ФГБОУ ВО «ВГУВТ», Россия Аннотация. В ходе исследования были собраны и проанализированы данные, а также проведено сравнение двух систем очистки и опреснения воды - озонаторного метода и метода обратного осмоса. Оценены возможности и экономическая целесообразность установки данных систем на судне. В результате анализа был определен наиболее подходящий вариант системы, и были приведены аргументы в пользу его выбора. Ключевые слова: озон, обратный осмос, судно, опреснение, экипаж, бытовые условия экипажа, управление судном. MODERNIZATION OF ELECTRICAL EQUIPMENT OF LIFE SUPPORT SYSTEMS OF THE CREW AND SHIP MANAGEMENT OF THE PROJECT "576" A.S. Chudinov Perm branch of FSFEI HE «VSUWT», Russian Federation Abstract. In the course of the study, data were collected and analyzed, as well as a comparison of two water purification and desalination systems - the ozonation method and the reverse osmosis method. The possibilities and economic feasibility of installing these systems on the ship are evaluated. As a result of the analysis, the most suitable variant of the system was determined, and arguments were given in favor of its choice. Keywords: ozone, reverse osmosis, vessel, desalination, crew, living conditions of the crew, ship management. В процессе анализа технического состояния судна были выявлены следующие недостатки: устаревшая система угол указателей по причине моральным физическим износом периодически дает сбои, поэтому требуется её замена; устаревшая система очистки воды не обеспечивает должного качества питьевой воды, что негативно сказывается на состояние здоровья экипажа, поэтому требуется модернизация системы. В статье рассмотрим модернизацию системы обеспечения питьевой водой, то есть систему обеспечения питьевой водой для членов экипажа судна. В связи с интенсивными антропогенными и техногенными загрязнениями, происходит качественные и количественные изменения в состоянии водных ресурсов. Это вызывает усугубление проблем с приготовлением питьевой воды, в том числе на судах речного флота Российской Федерации. Средний возраст речных грузовых теплоходов приближается к 42 годам [2], что отражается на техническом и моральном состоянии оборудования, в том числе на станциях приготовления питьевой воды. Цель работы состоит в анализе качественных характеристик и соотношений между современными методами очистки воды, для поиска решений для данной проблемы. Основываясь на научных исследованиях, метод фильтрации воды путем озонирования из верхних слоев, который широко используется на кораблях, рассчитан на удаление природных загрязнений из приготовляемой воды. Однако, эффективность такого метода фильтрации при очистке от химических веществ недостаточна. Технология озонирования имеет недостаток в том, что чрезмерное использование озона может привести к синтезу вредных продуктов окисления, которые трудно удаляются в процессе очистки и могут быть более токсичны, чем исходные загрязнения. Это важно учитывать при приготовлении питьевой воды на кораблях. В настоящее время технология обратного осмоса широко используется на судах как основная стадия деминерализации при приготовлении питьевой воды. Другой важной областью применения обратного осмоса является опреснение морской воды. Предмет исследования - модернизация водоочистительной установки методом замены системы отвечающей за приготовление питьевой воды на судне. Цель исследования заключается в модернизации водоочистительной установки для повышения качества питьевой воды. Задачи: провести анализ текущего состояния существующей установки; выявить недостатки прежней озонаторной установки; провести сравнительный анализ технологий озонирования и обратного осмоса, обосновать выбор новой водоочистительной установки; провести экономическое обоснование модернизации. На судне проекта 576 установлена одна система очистки питьевой воды с производительностью 0,5 м³/ч. Система обеспечивает экипаж питьевой и мытьевой водой для 14 членов экипажа. Расчетная потребляемая мощность одной системы озонирования согласно проекту составляет 7,4 кВт. В ходе эксплуатации существующей водоочистительной установки не проводилась глубокая модернизация и качественный ремонт. Наблюдается деградация свойств материалов со временем, такие как стеклянная колба и химстойкие резиновые прокладки. Заказать замену расходных материалов по каталогу невозможно, так как нет связи с производителем данной установки. Идентификация эквивалентных компонентов для данного специфического оборудования является трудной задачей, из-за отсутствия широкого распространения подобных продуктов на рынке. Обеспечение эффективной обслуживаемости стеклянной колбы требует более тщательного подхода, включая чистку с помощью медицинского спирта или электроклинера. Необходимо проводить ручную производственную операцию для изготовления прокладок из химически стойкой резины. Можно сделать вывод, что модернизированное оборудование не только должно иметь достаточную производительность, но и избыток мощности нежелателен. Минимальный ежедневный требование на воду для питья и мытья каждого человека, указанный в таблице, является основным фактором в определении необходимого количества питьевой воды, которую должна производить корабельная станция. Таблица 2 - Минимальные нормы потребления воды на человека
Стандарты потребления воды для обеспечения комфортных условий для экипажа колеблются в диапазоне от 115 до 125 литров в день на человека. На судах, которые получают питьевую воду из судовых систем очистки и обеззараживания воды, объем резервуаров должен обеспечить непрерывную подачу воды во время максимальных расходов и не менее 4-часовой запас воды, рассчитанный на основе стандартов. Забортная вода из забортного ящика, подвергается процессу забора с помощью насоса забортной воды. Затем эта вода направляется в гравийный фильтр для очистки. Далее, с помощью подкачивающего насоса, забортная вода из гравийного фильтра поступает в эжектор для обработки озоном и последующего смещения. Вода, прошедшая обработку озоном, направляется в угольный фильтр для дополнительной очистки. Затем очищенная вода поступает в резервуары для хранения. В этих резервуарах происходит ее отстаивание. После этого вода забирается насосом, подвергается процессу питьевой воды и обратной промывки, и, под давлением, направляется потребителям через гидрофор. Основным техническим средством на станции приготовления питьевой воды является генератор озона, который представляет из себя устройство, состоящее из цилиндрических концентрических электродов. Металлические компоненты озонаторной установки изготовлены из нержавеющей стали, а диэлектрик выполнен из специального однородного стекла, способного выдерживать высокое напряжение в течение длительного времени. Внутренняя поверхность стеклянного диэлектрика обработана теплостойким металлом, таким как графитомедная или алюминиевая покрытие. Электроды и металлические части устройства заземлены. Операционный принцип озонатора заключается в следующем: поток сухого сжатого воздуха поступает в зазор между цилиндрическим электродом и стеклянным диэлектриком. При подаче переменного напряжения между электродами возникает электрический разряд, который приводит к образованию озона. Диэлектрик исключает появление дуговых разрядов и обеспечивает равномерную структуру лучистого разряда. При работе генератора озона возникает слабое фиолетовое свечение в зазоре между диэлектриком и электродом. Электрический разряд, необходимый для образования озона, сопровождается выделением тепла, что требует охлаждения электрода низкого напряжения. Количество синтезированного озона при постоянной температуре прямо пропорционально мощности, потребляемой в процессе разряда. Эффективность генераторов озона зависит от качества подаваемого воздуха и его температуры [1]. Метод озонирования является эффективным способом очистки питьевой воды на судах, но для его реализации требуется высокая квалификация оператора, так как озон является мощным окислителем. Одним из недостатков этого метода является образование побочных органических соединений, таких как альдегиды и кетоны, которые требуют дополнительной очистки. Кроме того, вода, обработанная озоном, обладает высокой окислительной способностью и коррозионной активностью, что требует использования материалов, стойких к озону. Неправильная дозировка озона при обработке воды может привести к образованию побочных продуктов окисления, которые могут быть более токсичными, чем исходные загрязнения, и трудно удаляемыми в процессе очистки. Кроме того, озонирование воды может привести к ухудшению процессов коагуляции и внесению химических загрязнений в воду в повышенных концентрациях в некоторых случаях [1]. Нарушения правил эксплуатации при использовании озона для очистки воды на станциях могут привести к воздействию этого вещества на организм человека в случае утечек. Концентрация озона в воздухе, равная 2 г/м³, вызывает неприятные симптомы (кашель, жжение в гортани, слабость), но не приводит к серьезным последствиям, если человек находился в загазованном помещении станции всего несколько секунд. Однако, продолжительное пребывание в таком помещении от 30 до 60 секунд может вызвать временные расстройства, включая отек легких при 5-минутном пребывании и трагические последствия при 10-минутном пребывании. В связи с этим возникает проблема защиты обслуживающего персонала на станциях очистки питьевой воды от вредного воздействия озона [1]. На данной станции приготовления питьевой воды применяется комплексный подход, включающий озонирование и хлорирование, для обеспечения необходимого уровня дезинфекции. Однако следует отметить, что выбор хлора как реагента вызывает сложные вопросы, связанные не только с дезинфекцией, но и с взаимодействием вторичных продуктов реакции. С целью обеспечения соответствия воды санитарно-гигиеническим стандартам, установленным в Российской Федерации, возможно уменьшение количества используемых реагентов при использовании комбинации озонирования и хлорирования воды. Однако, для компенсации потерь хлора и поддержания стабильной остаточной концентрации хлора, необходимо применять немного большую дозу озона, чем доза хлора, что требует принятия грамотных решений со стороны персонала станции. В настоящее время существует успешный опыт использования установок обратного осмоса на станциях приготовления питьевой воды. Одним из примеров является использование таких опреснительных установок на пассажирском теплоходе «Мустай Карим» проекта PV300, спущенного на воду в 2019 году. В судовой станции приготовления питьевой воды применяется различное оборудование, включающее процессы фильтрации, озонирования и хлорирования для обеспечения качественного водоснабжения на судах внутреннего плавания. Системы полной очистки и обеззараживания питьевой воды на судах обеспечивают автономность и высокое качество питьевой воды для всех находящихся на борту. Существует множество различных систем приготовления питьевой воды, отличающихся схемой, методом обеззараживания и производительностью, которые эксплуатируются на судах с конца 1960-х годов [5]. На судах используются три основных метода обеззараживания питьевой воды: безреагентные (с обработкой эликтролизом и УФ-лампами); реагентные (с хлорированием или йодированием); озонаторные (с обработкой озоном). Система, использующая электролиз, фильтрацией и УФ-лампами, не обеспечивает достаточной санитарной надежности на судах из-за сложности и продолжительности технического обслуживания [7]. Химические и вкусовые свойства воды остаются неизменными, но отсутствует метод оперативного контроля за эффективностью обеззараживания. При определении требуемой бактерицидной энергии необходимо учитывать ее поглощение водой при прохождении лучей. Кроме того, метод облучения не подходит для обеззараживания мутных вод. Наиболее распространенной реагентной станцией приготовления питьевой воды является станция, использующая хлор в качестве реагента. Хотя данная схема проста, дешева и имеет небольшую энергоемкость, недостатки хлорирования ограничивают ее применение. Разделение системы питьевой воды на дехлорированную воду, предназначенную для приготовления пищи, и гипер хлорированную воду, поступающую к потребителям в санузлах и каютах, представляет угрозу отравления людей хлором и его соединениями. Более того, активный хлор вызывает коррозию емкостей для питьевой воды, что требует частого ремонта [6]. В настоящее время на практически всех судах внутреннего и смешанного плавания используются озонаторные станции приготовления питьевой воды, которые сочетают технологические методы озонирования и фильтрации. Среди отечественных станций приготовления питьевой воды широко распространены «Озон-0,1», «Озон-0,5УТ», «Озон-4В», которые осуществляют непосредственное озонирование. Преимуществом таких станций является возможность приготовления питьевой воды из различных источников, таких как забортная, с берега или судов-водолеев. Среди недостатков можно выделить низкую надежность системы плазменной обработки питьевой воды вследствие пробоя диэлектриков или заброса воды при остановке. Также, процессы окисления, происходящие в накопительной цистерне, могут привести к высокой концентрации озона в питьевой воде, поступающей к потребителям, что может оказаться вредным для людей на борту. [1] Изготовление станций для очистки воды отличается сложностью конструкции, а также требует использования материалов, устойчивых к коррозии и озону, что ведет к повышению их стоимости. Незначительные зазоры в соединениях озонатора увеличивают затраты на обслуживание, а стеклянные колбы могут подвергаться выщелачиванию. Такие недостатки могут служить причиной для внедрения изменений в конструкцию и технологии приготовления питьевой воды. Метод обратного осмоса представляет собой наиболее простой технический метод опреснения воды, основанный на способности специально обработанных пленок, подвергнутых высокому давлению около 100 атмосфер, пропускать молекулы воды, но не пропускать ионы растворенных солей. Этот метод имеет благоприятные перспективы и находит применение в аварийных опреснителях на спасательных шлюпках в море. Рассмотрим опреснительную установку воды, широко используемую на основе принципа обратного осмоса. Она включает в себя следующие компоненты: центробежный насос, гидроциклонный сепаратор, фильтр, два фильтр-патрона, мембраны, трехплунжерный насос и датчик солености. Согласно принципу работы, забортная вода, подаваемая центробежным насосом, проходит через гидроциклонный сепаратор для удаления взвешенных частиц. Затем она направляется в фильтр для дальнейшей очистки. Водный поток проходит через фильтрующий материал сверху вниз, в результате чего твердые частицы оседают в верхней части фильтра и удаляются через клапан обратной промывки. Очищенная вода затем проходит через два последовательно включенных фильтр-патрона, предназначенных для тонкой очистки от частиц размером 30 мк и 5 мк соответственно. После прохождения фильтрации очищенная вода поступает в трехплунжерный насос для увеличения давления. Под действием этого давления вода проходит через мембраны обратного осмоса определенного диаметра. Мембраны исключают пропускание солевого концентрата и пропускают опресненную воду. Часть не прошедшей воды идет к клапану регулирования давления, который поддерживает нужное давление перед мембранами, а оставшаяся вода идет в отходы за борт. Опресненная вода, прошедшая мембраны, поступает к отводному трехходовому крану через солемер. В зависимости от качества питьевой воды она может направляться в цистерну питьевой воды или уходить за борт [4]. Водоподготовка с использованием данной системы основана на процессе обратного осмоса. Этот метод фильтрации основывается на прохождении растворов через полупроницаемые мембраны, которые позволяют проходить только молекулам воды. Составим сводную таблицу с интересующими нас процессами приготовления воды. В данной таблицы приведены основные виды органических загрязнений неорганических загрязнений, радиохимических загрязнений, биологических загрязнений. Таблица 3 - Соотношение процессов очистки
Учитывая указанные выше недостатки метода озонирования по соответствующим параметрам, мы рассмотрим процесс обратного осмоса как альтернативу. Обратный осмос - это процесс, при котором под давлением неочищенная вода проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного раствора в менее концентрированный, противоположно направлению осмоса. При этом мембрана пропускает только молекулы воды, но не пропускает некоторые растворенные в ней вещества. Обратный осмос применяется с 1960-х годов для очистки воды, производства дистиллята для медицинских, промышленных, бытовых и других нужд, а также для получения опресненной воды из морской воды [4]. Рассмотрим зарекомендовавшую опреснительную установку шведской фирмы ENWA AB [3], которая установлена на пассажирском т/х «Мустай Карим» производительностью 75 м³/сутки и т/х «Александр Грин» производительностью 60 м³/сутки. А для теплохода проекта 576 мы подберем установку от этой же компании, но с низкой производительностью так как установка будет рассчитана только для членов экипажа. Компания «НОРТА МИТ» с 2001 года осуществляет поставку, монтаж и дальнейшее обслуживание (техническую консультацию, модернизацию, плановые и ремонтные работы, поставку расходных материалов и запчастей) судового оборудования как представитель различных зарубежных компаний на российском рынке [3]. Установки шведской компании ENWA AB, официальным представителем которой мы являемся, работают по принципу обратного осмоса и обеспечивают производство и очистку технической и питьевой воды без применения химикатов из морской, скважиной или речной воды [3]. Система управления и контроля этого устройства следит за качеством производимой воды в режиме реального времени, выводя информацию на ЖК-монитор. Если качество воды низкое, устройство автоматически выводит ее в отходы. Для предотвращения биологического роста установка также имеет автоматическую промывку пресной водой. Конструкция оптимизирована для обеспечения эффективного технического обслуживания. Существующая установка для очистки воды имеет скорость производства в 0,5 кубометра в час. Для того чтобы обеспечить нужды потребителей в воде, требуется установка с меньшей производительностью. Рекомендуется использовать опреснительную установку MT 10T NF от компании ENWA, которая имеет производительность 10 кубометров в сутки. Технология обратного осмоса, на которой основана данная установка, является одной из самых современных и экономичных для очистки загрязнений в воде. Ниже будет рассмотрена принципиальная схема предлагаемой опреснительной установки [3].  Рисунок 1 - Принципиальная схема водоочистительной установки с опреснителем забортной воды Выбранная опреснительная установка сертифицирована РМРС и РКО, а компания ENWA обладает соответствующими свидетельствами на право проведения работ от классификационных учреждений, таких как Российское Классификационное Общество и Российский Морской Регистр Судоходства. Опреснительная установка MT 10T NF - это устройство, которое использует однопроходный блок для отделения растворенных твердых веществ от сырой воды. С помощью обратного осмоса она производит 10 м3 пресной воды в день при TDS 31,59 и температуре 10 ̊ С. Установка имеет предварительную обработку, компоненты обратного осмоса, оборудование для очистки, последующую обработку и систему управления. Она может быть установлена на стальных полозьях или встроенных ножках. Устройство также имеет встроенную систему рекуперации, которая позволяет минимизировать количество воды, которая уходит в отходы. Система контроля непрерывно мониторит качество произведенной воды и автоматически выбрасывает ее в отходы, если качество не соответствует установленным стандартам. Кроме того, опреснительная установка обеспечивает автоматическую промывку пресной водой для предотвращения развития биологических отложений. Конструкция установки была оптимизирована для того, чтобы удовлетворять требованиям эффективного технического обслуживания. В качестве фильтра для питательной воды используется патронный фильтр с съемными картриджами номинальных размеров 100 мкм или 50 мкм и корпусом из армированного стекловолокном пластика. Картридж содержит пропитанные смолой целлюлозные и полиэфирные волокна. Согласно санитарным нормам, вода, производимая опреснительной установкой, не рекомендуется употреблять для питья до коррекции солевого состава. Для достижения нужного уровня минерализации вода проходит через минерализатор. Существующие недостатки в конструкции и технологии озонаторных станций для приготовления питьевой воды требуют поиска новых, комплексных решений для этой проблемы. Необходимо улучшить как отдельные компоненты, так и систему в целом. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что модернизация водоочистительной установки на теплоходе проекта 576 целесообразна, так как установка озонирования и опреснительная установка имеют недостатки, которые можно исправить с помощью модернизации. Такая модернизация поможет избежать негативных факторов, свойственных старой станции, таких как физический износ и деградацию материалов, необходимость в больших затратах на обслуживание и вредное воздействие озона на персонал, а также решит проблемы с запасными частями, компонентами и расходными материалами. После модернизации, станция приготовления питьевой воды будет способствовать улучшению качества производимой питьевой воды и снижению трудозатрат, связанных с обслуживанием водоочистительной установки. Установка автоматической системы контроля и индикации приготовления питьевой воды позволит персоналу контролировать процесс. Капиталовложения в модернизацию водоочистительной установки теплохода проекта 576. Таблица 4 – Затраты на проведение модернизации
Таблица 5 – Расходы по содержанию объекта в эксплуатации
Таблица 6 – Остальные прямые расходы
Таблица 7 – Анализ экономической эффективности
Таблица 8 – Технико-экономические показатели
В результате модернизации установки фильтрации воды на судне проекта 576, были достигнуты значительные экономические и экологические выгоды. Общегодовые затраты на эксплуатацию объекта сократились на 220 697 руб., что обусловлено сокращением расходов на электроэнергию благодаря экономии топлива судовой энергетической установкой на судне. Капитальные вложения в модернизацию установки составили 349 250 руб., а срок окупаемости затрат на модернизацию составит 1 год и 5 месяцев, что соответствует двум навигациям в течение года. Кроме того, реализация мероприятий по модернизации позволит улучшить качество воды, используемой на судне в производственной деятельности и для бытовых целей. В связи с этим, можно заключить, что модернизация установки фильтрации воды на судне проекта 576 является целесообразной и экономически обоснованной. Исследования показывают, что наиболее одним из вариантов замены существующей морально физически устаревшей системы является обратный осмос, но в силу высокой стоимости этой системы и трудностями ее обслуживания и ремонта по причине наличия зарубежных комплектующих, займемся поисками отечественной системы. Критический анализ возможных вариантов замены существующей системы подготовки питьевой воды подтверждает возможность установки отечественной системы с ультрафиолетовой очисткой. Исследования по данной теме продолжатся, с целью поиска отечественной системы очистки воды удовлетворенным всем требованиям, в том числе стоимость, возможность ремонта. Вторая система, которая также требует модернизации системы угол указателя (угла поворота баллера) требует дополнительных исследований, поэтому не была рассмотрена в данной статье. Список использованных источников 1. Орлов, В.А., - Озонирование воды: М.: Стройиздат, 1984 - 88 с. 2. Средний возраст судов [Электронный ресурс] - URL: https://topwar.ru/144682-para-slov-o-strategii-razvitiya-sudostroitelnoy- promyshlennosti-na-period-do-2035-g.html (дата обращения 02.02.23) 3. Опреснительная установка [Электронный ресурс] - URL: https://www.enwa.com (дата обращения 05.02.23) 4. Романов, А.В., - Модернизация опреснительных установок рыбопромысловых судов. /А.В. Романов// Вестник АГТУ - 2004 №1(20) - с. 164-166. 5. Этин, В.Л., - основы проектирования комплекса систем водоснабжения судов внутреннего и смешанного плавания: Автореф. дисс. докт. техн. наук. - Л, 1985. – 44 с. 6. Система хлорирования воды [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ovteh.ru/blog/hlorirovanie-pitevoj-vody-sposoby-i-metody-ochistki-norma-hlora-v-sisteme-vodosnabzheniya-i-stanciyah-vodopodgotovki (дата обращения: 02.02.2023) 7. Обеззараживание воды ультрафиолетом: особенности ультрафиолетового облучения питьевой жидкости — плюсы и минусы такой обработки [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ovteh.ru/blog/ochistka-vody/obezzarazhivanie-vody -ultrafioletom-osobennosti-ultrafioletovogo-oblucheniya (дата обращения: 06.02.2023) Об авторах Чудинов Александр Сергеевич (Пермь, Россия) – студент (специалитет) Пермского филиала ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта», e-mail: tchudinovalexander@yandex.ru | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||