I

NSTALACJA PALIWOWA

Paliwo okrętowe



źródłem energii cieplnej w silnikach okrętowych
jest paliwo ciekłe otrzymywane z ropy naftowej,



paliwa – węglowodorowe:
-

pozostałościowe,

-

destylacyjne.



Zaopatrzenie w paliwo:

- lądowe stacje bunkrowe,
- cysterny samochodowe (małe jednostki),
- zbiornikowce – bunkierki.

Fazy przerobu ropy naftowej:

1. rozdzielenie na frakcje składowe (benzyna, nafta,

olej napędowy) – atmosferyczna kolumna
destylacyjna,

2. rozkład na grupy składników pozostałości

podestylacyjnych

–

próżniowa

kolumna

destylacyjna,

W fazie 1 i 2 nie zmienia skład chemiczny

składników

–

destylacja

frakcyjna

–

zachowawcza.

3.

Katalityczny

rozkład

-

krakowanie

węglowodorów o większych cząsteczkach, na
węglowodory o mniejszej liczbie atomów węgla
w cząsteczce.

Następuje termiczny rozkład ciężkich frakcji
naftowych w podwyższonej temperaturze i
ciśnieniu.
Umożliwia to uzyskanie dodatkowych ilości
benzyny

i

olejów

napędowych

po

oddestylowaniu produktów krakingu.

Proces przerobu ropy naftowej

Własności paliw okrętowych



Gęstość



Wartość opałowa



Lepkość



Temperatura krzepnięcia



Temperatura zapłonu



Liczba Conradsona



Liczba cetanowa



Zawartość popiołu



Zanieczyszczenia (woda, siarka, asfalty, stałe

ciała obce)

Gęstość paliwa



Zależy głównie od składu chemicznego paliwa –
w szczególności od procentowej zawartości C i H.



Nominalną gęstość paliwa określa się w 15°C



Gęstość paliwa maleje ze wzrostem
temperatury.

ρ

t

= ρ

15

-Δ ρ(t-15)

[g/ml] lub [kg·10

3

/m

3

]

ρ

15

- gęstość paliwa w 15°C

Δ ρ – zmniejszenie gęstości po podgrzaniu o 1°C
t – temperatura paliwa [°C]

Wartość opałowa



Ilość ciepła wydzielająca się podczas zupełnego
spalania 1 kg paliwa (przyjmując iż woda w
produktach spalania pozostaje w postaci pary).

W=Q

s

-Q

w

[kJ/kg]

Q

s

- ciepło spalania 1 kg paliwa [kJ/kg]

Q

w

- ciepło parowania wody zawartej w produktach

spalania w odniesieniu do 1 kg paliwa [kJ/kg]



Wartość

opałowa

paliw

stosowanych

w

okrętownictwie do napędu silników spalinowych
wynosi od 39300 kJ/kg (paliwa pozostałościowe) do
42700 kJ/kg (paliwa destylowane).



Na wartość opałową ma wpływ jego skład chemiczny
– głównie zawartość H.
(Im większa jest gęstość – mniejsza zawartość H,
tym mniejsza jest jego wartość opałowa).

Przybliżona wartość opałowa:

W

u

=27630+(12560/ ρ

15

)

Lepkość

- opór występujący przy względnym ruchu dwóch

sąsiednich wartstw cieczy lub więź zespalająca
cząstki cieczy



Lepkość paliw określana jest w jednostkach
bezwzględnych lub względnych.

Jednostki lepkości bezwzględnej w układzie SI:

-

Paskalosekunda Pa·s – [kg/m·s] – l. dynamiczna

-

[m

2

/s] – l. kinematyczna

l.Kinematyczna = (l.dynamiczna/gęstość) [m

2

/s]

Jednostki lepkości dynamicznej:



1P (poise)=10

-1

[Pa·s]



1cP (centypoise)= 10

-3

[Pa·s]

Jednostki lepkości kinematycznej:



1St (stokes)=10

-4

[m

2

/s]



1cSt (centystokes)= 10

-6

[m

2

/s]

Jednostki umowne – określają lepkość danej cieczy w
odniesieniu do cieczy wzorcowej (stopnie Englera-°E i
sekundy Redwooda I –sec.Red.I).

Lepkość zależy ściśle od temperatury – podawana jest więc

zawsze temperatura odniesienia.

Temperatura krzepnięcia

-

temperatura , w której paliwo zastyga – około +5°C
dla paliw pozostałościowych i ok. -20°C dla paliw
destylacyjnych.

-

Jeśli temperatura paliwa jest bliska temperatury
krzepnięcia to paliwo jest niezdatne do pompowania
i wymaga podgrzania.

Temperatura zapłonu



to najniższa temperatura zapalenia się mieszaniny
oddzielających się od powierzchni par paliwa i
powietrza przy zbliżeniu płomienia (ok. 65°Cdla
paliw

destylacyjnych

i

ok.150°C

dla

paliw

pozostałościowych).



T

z

określa pośrednio stopień zagrożenia ze względu

na wybuch lub zapłon paliwa.



Ze względu na wymogi towarzystw klasyfikacyjnych
nie może być niższa niż 65°C.

Liczba Conradsona

charakteryzuje skłonność paliwa do koksowania.



Jest to procentowa (wagowa) pozostałość po
prażeniu paliwa w aparacie Conradsona.



Paliwo o wysokiej wartości liczby Conradsona,
spalając się, tworzy dużą ilość nagaru (zanieczyszcza
otwory wtryskiwaczy, denka tłoków, rowki pierścieni
tłokowych, okna wylotowe i dolotowe).



dla paliw destylacyjnych ok. 0,2÷0,1



dla paliw pozostałościowych ok. 12

Liczba cetanowa

miara skłonności paliwa do samozapłonu. Im większa,

tym bardziej paliwo jest skłonne do samozapłonu –
tzn. spala się z mniejszą zwłoką zapłonu.



LC - określa się poprzez porównanie w specjalnym
silniku, przebiegu spalania ze spalaniem paliwa
wzorcowego

(mieszanka

cetanu

C

12

H

34

i

alfametylonaftalenu C

11

H

20

)



LC dla p. destylowanych ok. 45÷55



LC dla p. pozostałościowych ok. 35÷50

Zawartość popiołu



Ilość substancji organicznych (% udział masowy),
pozostałych po całkowitym spaleniu i wyżarzeniu
określonej ilości paliwa.



Podstawowe składniki popiołu: SiO

3

, Fe

2

O

3

i V

2

O

5



Działanie szkodliwe ! – szybsze zużycie gładzi tulei
cylindrowej,

pierścieni

tłokowych,

zwiększenie

zanieczyszczenia

przestrzeni

roboczej

silnika,

przyczynia

się

do

powstawania

korozji

wysokotemperaturowej

(zawory

wylotowe

i

wtryskiwacze).



Dla paliw destylowanych 0,02÷0,04%



Dla paliw pozostałościowych do 0,15%

Zanieczyszczenia



Woda, siarka, twarde asfalty, ciała stałe (np.: piasek,
muł).



Woda zmniejsza wartość opałową, zakłócenia w
pracy silnika (do chwilowego zaniku zapłonu
włącznie).



Sprzyja powstawaniu kwasów.



Powstawanie osadów kamienia na ściankach.



Zapiekanie pierścieni tłokowych.



Zanieczyszczenie dysz wtryskiwacza.



Siarka utlenia się do SO

2

, część do SO

3

i łącząc się z

parą wodną tworzy kwas siarkawy a następnie
siarkowy, które mają silne działanie korozyjne!



Podwyższenie temperatury rosy spalin (wzrasta wraz
ze wzrostem zawartości siarki w paliwie).



Paliwa destylowane do 1% max.



Paliwa pozostałościowe do 3% max.



Przepisy mogą być znacznie bardziej restrykcyjne w
strefach specjalnych pływania (M. Bałtyckie, M.
Północne, M. Śródziemne).

Spalanie paliwa



Proces spalania ma decydujący wpływ na pracę
silnika.



Od przebiegu spalania zależy:
- średnie ciśnienie indykowane,
- jednostkowe zużycie paliwa,
- obciążenia mechaniczne (ciśnienia),
- obciążenia cieplne (temperatura),
- toksyczność spalin,
- natężenie hałasu,
- trwałość silnika.

Tworzenie mieszaniny
paliwowo-powietrznej



Proces spalania poprzedzony jest tworzeniem
mieszaniny paliwowo-powietrznej – zwłoka zapłonu;



Zależy od:
- wtrysku paliwa (aparatura wtryskowa – rozpylenie
strugi paliwa, ukierunkowanie, przebieg masowy),
- stanu i ruchu powietrza w komorze spalania.

Wtrysk paliwa



Proces dokonywany jest przez zespół – pompa
wtryskowa i wtryskiwacz, przewody paliwowe
wysokiego ciśnienia.



Pompa spręża paliwo zawarte pomiędzy tłokiem
pompy a iglicą wtryskiwacza.



Gdy ciśnienie pokona w komorze wtryskiwacza
pokona opór sprężyny iglica unosi się i następuje
wtrysk paliwa do komory spalania.

Pompy wtryskowe

Końcówki wtryskiwaczy

Proces powstawania strugi paliwa

Jakość rozpylenia paliwa ocenia się dokładnością
rozpylania, co jest rozumiane jako wielkość średnic
kropli powstałych podczas rozpadu strumienia
paliwa oraz jednorodności rozpylenia – stosunek
masy kropel o jednakowych średnicach do masy
wtryśniętej dawki paliwa.

Zadania instalacji paliwowej:



przyjmowanie paliwa do zbiorników
zapasowych;



przechowywanie paliwa w zbiornikach;



transport między zbiornikami;



oczyszczanie oraz podawanie paliwa do silników
głównych, pomocniczych i kotłów.

R

OZWIĄZANIE INSTALACJI PALIWOWEJ POWINNO W

SZCZEGÓLNYM STOPNIU UWZGLĘDNIAĆ OCHRONĘ
PRZED WYBUCHEM I POŻAREM

!

Ze względu na spełniane funkcje w
instalacji paliwowej można wyróżnić:



instalacje transportowe,



instalacje oczyszczające i zasilające.

Instalacje te są ze sobą wzajemnie połączone, a
ich rozwiązanie jest uzależnione od typu i mocy
silników, zaś przede wszystkim od rodzaju,
lepkości i zanieczyszczenia paliwa.

Instalacja transportowa - głównym
zadaniem jest pobieranie, przechowywanie
i transport paliwa między zbiornikami

1 zbiornik denny;
2 zbiornik wysoki;
3 rurociąg wlewowy;
4 filtr;
5 przepływomierz;
6 skrzynia zaworowa;
7 centralny rurociąg
przelewowo-
odpowietrzający;
8 zbiornik przelewów;
9 pompa transportowa



Zapas paliwa na statkach przechowywany jest w
zbiornikach zapasowych dennych i wysokich.



Napełnianie tych zbiorników odbywa się z
pokładu za pomocą rurociągów wlewowych,
umieszczonych po obu burtach statku.



Paliwo jest podawane przez pompy stacji
bunkrowych.

Z

pokładu

poprzez

filtr

i

przepływomierz paliwo dopływa do skrzyni
zaworowej przełączeniowo-ssącej, umieszczonej
w siłowni. Skrzynie połączone są z każdym
zbiornikiem zapasowym.



Ważne jest konstrukcyjne zabezpieczenie przed
przelaniem paliwa na pokład.



Przelanie

paliwa

może

się

zdarzyć

podczas

pobierania,

przepompowywania

miedzy

zbiornikami oraz przy podgrzewaniu pełnych
zbiorników.



Całkowite

zabezpieczenie

przed

przelaniem

zapewnia

centralny

rurociąg

przelewowo-

odpowietrzający odprowadzający nadmiar paliwa
do zbiornika przelewów. Rurociąg ten łączy
wszystkie

rury

przelewowe,

spełniające

równocześnie

funkcje

rurociągów

odpowietrzających.



Podawanie paliwa do dalszych zbiorników instalacji,
przepompowywanie

między

zbiornikami

zapasowymi oraz podawanie paliwa na pokład
zapewnia pompa transportowa.



Jako pompy transportowe stosowane są pompy
wyporowe śrubowe lub zębate. Jeżeli na statku
występują dwa rodzaje paliwa, to stosowane są
dwie instalacje transportowe.



Instalacja paliwa ciężkiego posiada wężownice
grzewcze (parowe, wodne lub oleju termicznego) we
wszystkich zbiornikach oraz rurociągi podgrzewane i
izolowane cieplnie.



Zasadą

jest

utrzymywanie

w

zbiornikach

zapasowych takiej temperatury, aby nie mogło
nastąpić zestalenie paliwa ciężkiego, ponieważ jego
powtórne upłynnienie byłoby utrudnione oraz
wymagałoby znacznych ilości ciepła.



Pompy transportowe obu instalacji spełniają dla
siebie wzajemnie rolę zapasowych.