РАЗДЕЛ 2
ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ.
АНАЛИЗ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ
ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Обоснование выбора направлений исследования специальных энергетических систем универсальных наливных судов
Диссертационная работа относится к области системных исследований сложных объектов энергетики, в частности судовой энергетики наливных судов.
Судовая энергетическая установка представляет собой комплекс энергетического оборудования, в котором энергия топлива преобразуется в другие ее виды для обеспечения безопасной и эффективной работы судна и создания на нем нормальных условий обитания и работы людей. Совокупность различных функционально связанных элементов, систем, подсистем, тепловых двигателей, котлов, насосов, теплообменных аппаратов, электродвигателей, арматуры, приборов управления и сигнализации, а также другого энергетического оборудования образует сложную структуру СЭУ. В свою очередь, СЭУ, будучи функционально связанной с судном и внешней средой, выступает как подсистема судна [190, 264].
Актуальность решения проблемы повышения энергоэффективности СЭУ заостряет вопросы не только практически исчерпанных возможностей совершенствования МОД и способов утилизации их тепловых потерь, но и не менее важного направления - снижения энергозатрат в специальных энергетических системах "подогрев-выгрузка" и в целом СЭУ.
Анализ энергоиспользования на дизельных универсальных и специальных наливных судах показал, что в современных условиях наибольшие резервы в снижении энергозатрат имеют системы "подогрев-выгрузка". Поэтому выбранное направление работы - решение комплекса узловых вопросов рационализации применяемых технических средств и технологии морских и речных перевозок высоковязких нефтехимических и других жидких продуктов с целью совершенствования энергоиспользования в специальных энергетических системах "подогрев-выгрузка" и в целом СЭУ является наиболее актуальной и приоритетной проблемой. Комплексное решение данной научно-прикладной проблемы требует усовершенствования и дальнейшего развития теории, методов исследования и разработки научных методов проектирования и эксплуатации эффективных, менее энергоемких технических средств, элементов систем и технологических процессов [109].
Энергетический анализ современной дизельной установки танкера позволит уточнить снизившиеся возможности комплексной утилизации отходящей теплоты и оценить эффективность ее использования на полное и постоянное обеспечение общесудовых потребностей и системы подогрева вязких грузов в ходовом режиме, а анализ затрат энергии и топлива на подогрев груза, с учетом возрастания перевозок высоковязких продуктов - пути снижения температурного режима их транспортировки.
Учитывая соотношения затрат энергии и топлива на подогрев и выгрузку груза 13:1 [137], а также снижение производительности грузовых насосов в 1,3 раза [29, 198] из-за увеличения вязкости в диапазоне возможных температур подогрева, можно с уверенностью полагать, что оптимум температуры подогрева в комплексном исследовании процессов подогрев-выгрузка будет стремиться к ограничению по предельно допустимой температуре остывания груза, являющейся также характеристикой текучести груза.
Исследование энергетической эффективности технических средств и менее энергоемких технологических процессов - налива, подогрева и выгрузки, обеспечивающих предупреждение застывания и выгрузку грузов в установленные сроки, направлено на обоснование значительных сокращений затрат энергии и топлива как по специальным энергетическим системам "подогрев-выгрузка", так и в целом по СЭУ.
Направление исследований по снижению энергетических затрат на налив, подогрев и выгрузку вязких грузов, а также определение возможностей постоянного использования в системе подогрева грузов части утилизированной теплоты от ГД и ДГ ставит вопрос о ее достаточности на поддержание температуры груза в ходовом режиме.
Основываясь на том, что перевозка вязких грузов осуществляется в жидком состоянии, а необходимая продолжительность подогрева определяется длительностью рейса, можно полагать, что при циркуляционном способе подогрева нет надобности в напорных струях, так как главным в теплообмене следует считать тепловое воздействие струй на массу груза в танках. Поэтому теоретическое и экспериментальное исследования способа циркуляционного подогрева грузов в связи с его недостаточной изученностью и обоснованностью направлены на повышение его энергоэффективности.
Планируемый математический эксперимент, имитирующий процессы подогрева груза с ЦСП имеет целью изучение и обоснование термодинамических процессов конвективного теплообмена между вливающимися в танк подогретыми струями теплоносителя (части груза) и массой всего груза.
Теоретическое исследование винтовых насосов, используемых для перекачивания высоковязких продуктов, направлены на дальнейшее развитие теории и оптимизацию параметров ВН. Наличие грузового насоса в каждом танке при перевозках различных видов продуктов на универсальных и специальных наливных судах ставит вопрос об использовании этих насосов в качестве циркуляционных, обосновании их экономичности при перекачивании вязких сред и принципах регулирования производительности в соответствии с потребностью циркуляции теплоносителя через теплообменник.
Исходя из предыдущих положений о режимах подогрева вязких грузов, можно полагать, что главной целью исследований является обоснование минимально энергозатратных перевозок в режиме допускаемой температуры остывания жидких грузов.
Исследования температурного режима перевозок вязких грузов должны быть направлены на определение минимальной тепловой мощности источников теплоты для системы подогрева грузов, исходя из условий обеспечения компенсации теплопотерь [128], а исследования тепловой мощности системы циркуляционного подогрева на комбинированных судах - на определение минимального возрастания тепловой нагрузки, в связи с подогревом пер