Надежная эксплуатация судна - Морские вести России

Надежная эксплуатация судна

10.01.2023

Безопасность мореплавания

Надежная эксплуатация судна

Фото: Танкер Cape Acrotiri, выгрузка близ Порт Артура, США

Влияние навигационной обстановки, организационных решений и технического состояния элементов силовой установки на надежность эксплуатации судна.

Федор Васькевич, старший механик, инженер ООО «СТЕОР – навигационные системы будущего»

Надежность эксплуатации судна, его корпуса, силовой установки во многом зависит от внешних условий навигации, принимаемых судоводителем навигационных решений, выбираемых режимов эксплуатации, технического состояния силовой установки и ее элементов.

Рассмотрим варианты таких ситуаций на реальных примерах, с которыми прямо или косвенно встречался автор этих записок, с предложениями возможных практических решений по преодолению неполадок при обучении судового персонала на тренажерных комплексах.

Режим эксплуатации силовой установки судна в жестокий шторм

Известно, что общие рекомендации по эксплуатации в жестокий шторм требуют:

– в балластном варианте судно должно быть максимально возможно загружено; для танкера это предполагает не только полное заполнение балластных танков, но и прием балласта в предназначенные для этого грузовые танки;

– режим работы главного дизеля поддерживается ограничением RPM limit;

– частота вращения главного двигателя при «забросе» оборотов не должна превышать регламентированной (номинальной) частоты вращения;

– частота вращения главного двигателя находится вне зоны критических оборотов;

– ограничительные параметры работы двигателя находятся ниже предельно допустимых.

Однако практика показывает – этого недостаточно. Например, автор придерживался дополнительного требования: «размах» частоты вращения малооборотного дизеля в шторм не должен быть более ±5 об/мин; добиться этого можно только дополнительным снижением средней частоты вращения при ухудшении погодных условий.

И тем не менее все эти ограничения порой оказываются недостаточными. Можно сослаться на 2 примера:

– Танкер Tropic Brilliance, капитан А.Н. Ковалев, 1999 год, порт Santa Croix, срочная выгрузка на пределе возможной скорости ввиду надвигающегося урагана. По выходе в море после выгрузки судно настиг жестокий ураган, сильные удары волны по корпусу, средняя частота вращения главного дизеля была снижена с 85 до 70-72 об/мин с учетом выше указанных условий. О силе урагана свидетельствует параметр скольжения винта – среднесуточное значение Slip составило 68% (при нормальных погодных условиях Slip=3-5%). Балластный переход в Нигерию прошел успешно. Однако в последующем рейсе были обнаружены значительные протечки груза из грузовых в балластные танки, найдено 4 трещины в грузовых танках. Следует предположить: была недостаточно снижена скорость судна при ходе в урагане.

– Нефтерудовоз «Капитан Померанц» только что принят на баланс Новороссийского морского пароходства, капитан В.М. Соколовский, конец 80-х годов прошлого века, после 1-го рейса на Австралию в балластном переходе судно попало в жестокий шторм. Примерно при тех же условиях, что указаны выше, при максимально допустимых оборотах главного дизеля судно имело значительные разрушения фальшборта; в носовой части корпуса фальшборт был практически полностью уничтожен ударами волн. Основной причиной была признана завышенная скорость хода судна.

Надо понимать, что в жестокий шторм перед судном не стоит задача обеспечить заданную скорость хода. В жестокий шторм основная задача – сохранить судно и его экипаж. Поэтому оправдано снижение скорости хода судна для уменьшения ударов стихии, чтобы только обеспечить управляемость или даже изменение направления движения (как это было с нефтерудовозом «Капитан Димов» в 1995 году, когда капитан Э.П. Чернов сутки уходил от урагана в противоположную сторону от направления рейса, избежав таким образом каких-либо травм).

Нарушение режима охлаждения силовых агрегатов из-за загрязнения фильтра

Загрязнение решеток кингстонных выгородок, самих выгородок и кингстонных фильтров можно ожидать при работе на лихтеровке в США, когда судно движется по каналу в Texas City (фильтр может быть блокирован пластиковыми пробками от бутылок, копной сена, стаей рыбешки, останками птиц и прочими отбросами):

– в Искендеруне (Турция), где поверхности моря не видно вообще из-за скопления синтетического мусора;

– в Персидском заливе на мелководье, где прием охлаждающей воды может быть полностью блокирован песком:

– в Индии на могучей реке Ганг, в водах которой до сих пор хоронят людей…

Признаком загрязнения фильтра является вакуум на всасывании насосов охлаждения забортной воды. При увеличении вакуума наступает момент, когда охлаждающей воды оказывается недостаточно для охлаждения и главных, и вспомогательных двигателей, в контуре охлаждения продувочного воздуха, пресной воды и в системе циркуляционного масла температура повышается до срабатывания защитной сигнализации по температуре в системах. Такой ситуации вахта не должна допускать. Если вахта в машине и на мостике все же это допустила, нужно немедленно:

– снизить частоту вращения главного двигателя до самого малого хода;

– при необходимости ввести в работу резервный дизель-генератор;

– перевести забор забортной воды на другой кингстонный фильтр;

– частоту вращения главного двигателя регулировать по обстановке и скорости хода работ по дефектному фильтру;

– немедленно начать разборку и очистку засорившегося фильтра и приведение его в рабочее состояние.

Эти процедуры нужно исполнять уже при появлении вакуума на всасывании насоса, не ожидая срабатывания защиты.

Нарушение охлаждения силовых агрегатов во льдах

Нарушение охлаждения силовых агрегатов при плавании в ледовых условиях возможно при тех же признаках, что и выше, – вакуум на всасывании насоса забортной воды, срабатывание защиты по температуре в системах продувочного воздуха, смазки и охлаждения. Такое возможно, когда кингстонная выгородка полностью забивается льдом, протока забортной воды нет. Принципиально есть 2 способа борьбы со льдом:

– подать пар в кингстонную выгородку для таяния льда; при длительном рейсе такой путь бесперспективен – пресной воды судового запаса может не хватить для питания паровых котлов и для длительного поддержания положительной температуры в кингстонной выгородке;

– обеспечить рециркуляцию забортной воды – не выбрасывать ее за борт, а возвращать в кингстонную выгородку для обеспечения таяния льда. Такая система рециркуляции есть на всех судах, заходящих в северные широты. Если дело дошло до срабатывания защиты, это значит, что систему рециркуляции забыли ввести в работу. Необходимо, как и ранее:

– снизить частоту вращения главного двигателя до самого малого хода;

– ввести в работу систему рециркуляции;

– после приведения параметров работы к нормальному уровню вывести главный двигатель на требуемый ход.

Нарушение охлаждения силовых агрегатов в Персидском заливе

Как правило, расчетная температура за бортом при проектировании судна составляет +23°С. Выбранные к установке вспомогательные механизмы, теплообменные аппараты обеспечивают паспортные показатели силовых агрегатов при таком и более низком уровне температуры забортной воды.

В Персидском заливе температура за бортом может достигать 35-36°С, режим далеко не расчетный, параметры аварийно-предупредительной сигнализации и главных дизелей и дизель-генераторов достигают предельного уровня даже на значительно сниженной нагрузке (температура продувочного воздуха после холодильника – выше 65°С, циркуляционного масла на выходе из подшипников – выше 70°С, охлаждающей воды на выходе из цилиндров – свыше 93-95°С). Ситуация становится близкой к драматичной, если машинная команда забыла исполнить химическую чистку всех грязных теплообменников главных и вспомогательных двигателей до входа в Персидский залив. В такой ситуации вряд ли удастся избежать аварийной остановки дизель-генераторов и обесточивания судна во время маневренных операций. Для успешной навигации в Персидском заливе требуется:

– загодя до входа в горячие воды удостовериться в чистоте и при необходимости исполнить чистку холодильников продувочного воздуха, циркуляционного масла, водяных холодильников всех силовых агрегатов;

– при входе в залив с повышением температуры за бортом ввести в параллельную работу все имеющиеся в наличии насосы охлаждения забортной воды;

– при срабатывании защиты по высокой температуре в любой системе или по температуре выхлопных газов главного дизеля снизить частоту вращения двигателя вплоть до оборотов самого малого хода;

– даже если электроснабжение судна вполне обеспечивается работой одного дизель-генератора – ввести в параллельную работу второй дизель-генератор, а при наличии 3-го генератора – установить его на Stand-by, чтобы можно было немедленно ввести его в работу при срабатывании защиты и отключения одного из работающих агрегатов;

– при обесточивании судна обеспечить работу насосов охлаждения и смазки дизель-генераторов от аварийного щита, при снижении температуры одного из стоящих вспомогательных дизелей ниже предельной ввести его в работу, отключить все возможные второстепенные потребители и ввести в работу нужные, продолжить маневрирование главного дизеля. Варьировать введением в работу следующего вспомогательного двигателя по мере повышения температуры на работающем агрегате и его остановки системой защиты. И так до конца маневров.

Невозможно запустить главный дизель при маневрах

Главный судовой реверсивный малооборотный дизель должен иметь достаточный запас пускового воздуха. В двух баллонах с давлением 30 бар этого воздуха должно быть достаточно для 12 последовательных пусков вперед и назад без пополнения баллонов. Обычно новый двигатель еще можно запустить при минимальном давлении в баллонах 7 бар при температуре двигателя не менее 45°С. Производитель разрешает пуск главного дизеля при температуре 25°С. Отказы пуска возможны по причинам:

– включено валоповоротное устройство; не готовы к работе системы двигателя: не подается пусковой воздух (отсутствует воздух в баллонах, перекрыта арматура на магистралях пускового и управляющего воздуха); не подается топливо, смазка, охлаждение; низкая температура дизеля – к примеру, запустить дизель на дизельном топливе при температуре 25°С возможно только после многократных попыток со 2-3-го пополнения воздухом пусковых баллонов;

– практика эксплуатации выработала подход к процессу пуска главного судового дизеля: после начала маневрирования при падении давления в пусковых баллонах ниже 25-24 бар вводится в автоматическую работу главный пусковой компрессор. Работы одного компрессора оказывается достаточно, чтобы при нормальных навигационных условиях и достаточной квалификации руководителя маневров во все оставшееся время маневрирования давление в пусковых баллонах не опускалось ниже 18 бар, колебалось в пределах 18-25 бар, что гарантирует надежность пусков главного дизеля.

При сложных навигационных условиях, когда производительности одного компрессора оказывается недостаточно для обеспечения маневрирования, вводится в параллельную работу 2-й компрессор. Если при работе двух главных компрессоров давление пускового воздуха продолжает снижаться ниже 18 бар, это чаще всего свидетельствует о некомпетентности руководителя маневренных операций.

Если в процессе маневрирования отказали главные пусковые компрессоры, старший механик обязан предупредить мостик о моменте, когда гарантируется 3 последних пуска главного дизеля. Необходимо учитывать: если новый дизель можно пустить при падении давления воздуха до 7 бар, то с ростом периода эксплуатации это давление повышается. Так, после 15 лет эксплуатации т/х «Капитан Димов» последний пуск ГД был гарантирован лишь при падении давления до 14 бар. При 12 барах ГД уже не пускался ввиду износа пусковых элементов, протечек воздуха.

Для недопущения отказов пуска главного двигателя необходимо:

– содержать в хорошем техническом состоянии главные пусковые компрессоры и всю систему пуска;

– при получении информации о возможности трех гарантированных пусков ГД руководитель маневрирования обязан ограничить количество пусков, обеспечить условия безопасности судна.

Перегрузка главного двигателя

Перегрузка главного двигателя судна по тепловой и механической напряженности возможна по причинам:

– судно перегружено по грузоподъемности;

– загрязнен корпус судна и винт вследствие длительного периода эксплуатации в тропиках без очистки корпуса и винта;

– взято на буксир другое судно;

– судно работает по тяжелой винтовой характеристике по навигационным условиям (встречный ветер или течение, малая глубина моря, работа в узкостях, работа во льдах);

– главный двигатель реально перегружен по мощности и по частоте вращения по недомыслию вахтенного механика – на двигатель подается слишком много топлива при всех нормальных внешних и прочих условиях из-за неверно установленных численных пределов ограничения нагрузки (Fuel pump limit или RPM limit).

Признаками перегрузки служат снижение частоты вращения при высоких индексах топливных насосов, повышенные индексы топливных насосов дизеля, срабатывание защит по высокой температуре выхлопных газов по цилиндрам, по температуре всех подшипников главного движения; возможны пожары в подпоршневых полостях крейцкопфного дизеля, в продувочном ресивере среднеоборотной машины, срабатывание защиты по масляному туману в картере.

Основным признаком перегрузки по тепловой напряженности дизеля является температура газов по цилиндрам при перегрузке двигателя (как и при высокой температуре воды за бортом судна). Для современного малооборотного дизеля максимально допустимая температура газов установлена производителем на уровне 430°С. Практика показала, что уровень надежной и длительной эксплуатации современного двигателя обеспечивается температурой газов по цилиндрам на полном ходу – не выше 350-355°С. При уровне 365-375°С начинаются недопустимо большие износы цилиндра, при более высокой температуре – резкое снижение надежности двигателя (аварийные износы втулки, поломка поршневых колец, пожары в подпоршневой полости).

Однако тепловая перегрузка цилиндра возможна и на частичной мощности двигателя, при низкой температуре газа по показаниям термометра на выходе из цилиндра. Такой режим эксплуатации устанавливает старший механик при давлении продувочного воздуха на уровне примерно 0,6 бара, на грани включения вспомогательных воздуходувок дизеля, когда двигатель еще работает без их включения. При этом подаваемого системой наддува воздуха недостаточно для качественного сгорания, наблюдается низкий коэффициент избытка воздуха на сгорание, высокая температура рабочего цикла и, соответственно, высокая температура стенок цилиндра. При этом температура газов на выходе из цилиндра по показаниям прибором оказывается ниже, чем на полном ходу. Единственным косвенным внешним признаком перегрева цилиндра может явиться температура газов на выходе из турбины агрегата наддува – более 315°С; при длительном периоде работы на режиме будут аварийные износы втулки, вероятно появление водотечности втулки.

Основным признаком перегрузки по механической напряженности является повышение сверх регламентированного значения двух параметров: давления сгорания и среднего индикаторного давления в цилиндрах двигателя. Запасы по механической напряженности у дизеля несколько больше, чем по тепловой напряженности. Тем не менее при росте механической напряженности возможно ожидать срабатывания – как итог – сигнализации по повышению температуры подшипников главного двигателя (головных, крейцкопфных, мотылевых, рамовых и упорного подшипника главного судового дизеля).

При срабатывании сигнализации о перегрузке:

– снизить частоту вращения главного двигателя вплоть до самого малого хода (пока не уйдет сигнал), при необходимости остановить главный двигатель для устранения неполадки;

– устранить неполадку, если это требуется;

– ввести двигатель в работу на допустимом уровне нагрузки.

Неудовлетворительное техническое состояние главного двигателя

Навигационные возможности главного судового двигателя определяются не только его паспортными параметрами, но и техническим состоянием. Для главного судового дизеля имеется в виду прежде всего состояние цилиндров: выработка цилиндровых втулок, износы поршневых колец, их поломка или «загорание»; плотность прилегания, выгорание выхлопного клапана; плотность запирания камеры сгорания крышкой цилиндра, а также снижение уровня технического состояния агрегатов наддува (снижение количества воздуха на продувку и наполнение цилиндра).

Ухудшение технического состояния цилиндров приводит к потере плотности в камере сжатия, потере заряда воздуха, ухудшению процесса сгорания, потере мощности; прорыв пламени под неплотные поршневые кольца цилиндра провоцирует пожары в подпоршневых полостях. Прорыв газов из камеры сгорания в помещение машинного отделения делает вообще невозможным нормальное несение вахтенной службы в машине.

Состояние цилиндров в большинстве случаев снижается по двум причинам:

– предельно допустимый износ цилиндровой втулки;

– предельные износы, потеря уплотняющей способности, поломка и залегание поршневых колец при превышении регламентного периода наработки цилиндра.

Эти причины взаимно связаны. При предельно допустимых износах цилиндровой втулки, когда износ втулки в верхней ее части достигает 0,8% от диаметра цилиндра, поршневые кольца работают на предельное расширение (в районе ВМТ) и сжатие (район НМТ) в каждом рабочем цикле; такой режим работы приводит к преждевременному разрушению колец со всеми вытекающими последствиями. Чем больше износ втулок, тем меньше период работы цилиндра между моточистками.

Признаком снижения технического состояния цилиндра и агрегатов наддува являются:

– высокая температура уходящих газов (недостаточно воздуха на сгорание);

– снижение параметров рабочего процесса – давления сжатия и сгорания;

– повышение температуры в подпоршневой полости цилиндра, как предел – пожар.

При срабатывании сигнализации о недопустимом повышении температуры уходящих из цилиндра газов или о пожаре в подпоршневой полости необходимо:

– снизить частоту вращения главного двигателя до допустимого уровня температуры газов в цилиндре или до самого малого хода (при пожаре);

– возможно, на ходу двигателя уменьшить цикловую подачу топлива в дефектный цилиндр путем регулировки топливного насоса высокого давления или задания снижения цикловой подачи в электронно-управляемой системе; увеличить дозировку цилиндровой смазки в дефектный цилиндр; поднять частоту вращения главного двигателя до допустимого уровня температуры выпускных газов в нормально работающих цилиндрах при одновременном снижении нагрузки на дефектный цилиндр;

– на ходу двигателя исполнить профилактическую очистку и мойку агрегатов наддува; при неудовлетворительном результате – решать на стоянке вопросы ремонта агрегатов наддува.

Отказ элементов топливной системы главного двигателя

Отказы главного двигателя на ходу судна из-за выхода из строя элементов топливоподачи и топливной системы возможны чаще всего по причине выхода из строя форсунок цилиндров дизеля (какая-то форсунка перестает распылять топливо, начинает «лить»), выхода из строя топливного насоса высокого давления (зависает плунжер в топливных системах традиционной конструкции), отказов подачи топлива в цилиндры систем с электронным управлением (дефекты электронной системы), отказов подачи топлива из-за засорения топливного фильтра, помпажа газотурбонагнетателей (в виде взрывов в системах наддува и газовыпуска, слышных по всему судну).

Причиной помпажа может быть дефект элементов топливоподачи (форсунки или топливного насоса), загрязнение турбонагнетателя для наддува, резкое утяжеление винтовой характеристики дизеля (судно преодолевает тяжелый лед), парообразование топлива в системе топливоподачи из-за высокой температуры или наличия легких фракций с низкой температурой кипения. Проявляются эти отказы в виде снижения или, наоборот, повышения температуры выпускных газов на выходе из какого-то цилиндра, о чем свидетельствует аварийно-предупредительный сигнал, помпаж проявляется «на слух».

При проявлении дефекта необходимо:

– снизить частоту вращения двигателя до самого малого хода;

– выяснить причину отказа, при отказе топливного насоса или форсунки вывести из работы топливный насос дефектного цилиндра, продолжить работу двигателя на самом малом ходу до появления навигационной возможности остановки дизеля для замены форсунки или плунжерной пары. После устранения неполадки ввести дизель в работу;

– при засорении топливного фильтра перевести топливоснабжение дизеля на запасной фильтр, поднять частоту вращения дизеля с самого малого хода до требуемого уровня;

– помпаж турбонагнетателя обычно «уходит» после устранения неполадки с топливной аппаратурой или с переходом на более легкую винтовую характеристику. Для предотвращения парообразования топлива приходится снижать температуру подогрева топлива и при этом повышать вязкость топлива до предела дозволенного; иметь в виду, что при этом растет давление впрыска топлива. Для снижения вероятности помпажа может потребоваться дополнительная очистка или мойка газовой турбины, мойка компрессора и холодильника воздуха для наддува.

Отказы пусков двигателя при заходе в территориальные воды США

По законам США при входе в территориальные воды государства суда должны переходить на работу на низкосернистом топливе (содержание серы – менее 0,1%), проверены пуски и реверсы главного двигателя при использовании этого топлива. Если в качестве низкосернистого топлива используется легкое маловязкое дизельное топливо, то судно может иметь крупные неприятности из-за отказа пусков двигателей на этом топливе. Как были тому примеры с судами НМП, отказы пуска могли быть по трем причинам:

– отсутствие цикловой подачи легкого топлива при пусках ввиду износов топливной аппаратуры (на высоковязком топливе впрыск топлива в цилиндр есть, на маловязком легком топливе большие протечки топлива, впрыск отсутствует);

– отсутствие воспламенения легкого топлива в цилиндрах – у легкого топлива температура самовоспламенения выше, чем у тяжелого (разница может достигать 50-80°С: у мазута температура самовоспламенения – 300°С, у керосина – 380°С), температура в конце процесса сжатия может оказаться для легкого топлива недостаточной для воспламенения топлива;

– возможен вариант, когда на передний ход пуски есть, на задний ход – пуски отсутствуют. Такое возможно при несимметричной системе газообмена дизеля, когда при реверсе дизеля кулаки газораспределения не реверсируются (современные двигатели MAN-B&W ряда SMC-C). Расчеты показывают, что за счет несимметричности газообмена степень сжатия на заднем ходу может снижаться до ε=9,3 (на переднем ходу ε=13-14), температура сжатия соответственно снижается примерно на 80°С, что вполне может явиться причиной отказа пуска на задний ход на легком топливе.

Когда на т/х «Художник Моор» при заходе в территориальные воды США после перевода главного дизеля на легкое топливо двигатель многократно не мог быть запущен в присутствии лоцмана, судно было арестовано, самолетом были доставлены из Новороссийска в США новые плунжерные пары, установлены на двигатель. Устранение неполадки дорого обошлось судовладельцу.

Чтобы исключить подобные ситуации, к заходу судна в США нужно готовиться загодя: содержать двигатели в надлежащем техническом состоянии, иметь запас пригодного для использования в США топлива (если возможно – приготовить нужную смесь тяжелого и легкого топлива, отвечающую требованиям США по содержанию серы).

Морские вести России №15 (2022)

ПАО СКФ
Подписка 2023
SmartPort
НПО Аконит
РОСКОНТРАКТ
6MX
Вакансии в издательстве
Журнал Транспортное дело России
Морвести в ТГ

10.01.2023

Безопасность мореплавания

22.11.2022

Безопасность мореплавания

16.11.2022

Безопасность мореплавания

26.10.2022

Безопасность мореплавания