Балластная система морского судна. Устройство, принцип работы, приём и откатка жидкого балласта, возникающие проблемы и методы их устранения.
Каждое морское судно оборудовано системой жидкого балласта. Это необходимо для обеспечения остойчивости судна; при плавании без груза (это состояние так и называется: «в балласте»); при частичной загрузке; а также для создания корпусу судна расчётных осадки и дифферента, для выравнивания крена при неравномерном распределении груза в трюмах. Расчёт остойчивости (читай живучести) судна перед выходом в море – это отдельная наука и в этой лекции не рассматривается, но ответственности с причастных лиц не снимает. Все балластные операции на борту выполняются ТОЛЬКО по распоряжению старшего или вахтенного помощника капитана, которые эту науку знают и применяют. В настоящее время на всех морских судах устанавливаются биологические системы обработки балластных вод для предотвращения переноса чужеродных биологических объектов из отдалённых регионов. На мой взгляд, эта идея давно устарела и толку от неё уже мало. Конструкция этих систем разная на разных судах, поэтому здесь не рассматривается.
Практически на всех судах морского флота в качестве балласта используется забортная вода. В зависимости от размеров, назначения и конструкции судна, расположение балластных танков, трубопроводов, насосов и клапанов может быть разным, но принцип работы этой системы на всех судах один и тот же. Балластные танки расположены по бортам судна (side tanks), в двойном дне (double bottom tanks), а также по центру; как правило, это форпик, ахтерпик и deeptanks. Все они условно разделены на две группы: левого и правого борта; подключены к магистральным трубопроводам (18) и (19), проложенным в коридоре систем двойного дна, и обычно обслуживаются двумя балластными насосами. Все танки оборудованы индивидуальными клапанами (на схеме условно (11) и (12)), в большинстве случаев дистанционно управляемыми специальной гидравлической или пневматической системой со своего пульта. На современных судах управление этими системами интегрировано в общую информационную сеть корабля, но «железо» остаётся на балансе механиков. Секционный клапан (10) позволяет соединить магистрали левого и правого борта (18) и (19), например, при поломке одного из насосов. Хорошая морская практика: если балластные операции не производятся – ВСЕ клапана балластной системы должны быть закрыты. Закон соединяющихся сосудов никто не отменял, а потеря остойчивости в штормовом море – очень плохая идея. Замечание: центробежные балластные насосы – очень мощные, поэтому, в нарушение правил технической эксплуатации, запускать их следует при ВСЕХ открытых клапанах на всасывании и нагнетании во избежание повреждения клапанов, трубопроводов и выдавливания механических сальников. Гидравлический удар причиняет очень неприятные разрушения, а доступ к трубам и клапанам порой весьма затруднён. Не лишним будет перед стартом проверить запас мощности судовой электростанции и запустить резервный генератор.
Принимаем балласт в танки левого и правого борта. Хочу обратить ваше внимание: количество балласта на борту варьируется от сотен до многих тысяч тонн, и к такой массе воды на борту следует относиться с должным уважением. Открываем клапан (1) на кингстоне забортной воды, всасывающие клапана (2) и (4). Через фильтры (20) и (21) забортная вода поступает к насосам. Открываем нагнетательные клапаны (3) и (5), соединяя насосы с магистралями (18) и (19), и соответствующие клапаны (11), (12) танков левого и правого бортов. Насосы следует включать не одновременно, с небольшой задержкой, во избежание пиковой нагрузки на электрогенератор. Наблюдаем манометры и вакуумметры на насосах, обычно вакуум колеблется в пределах -0.3 ÷ -0.5 бар, давление 1.5 ÷ 3 бар. Если вакуум растёт, а давление падает – значит, следует проверить фильтры кингстона или (20), (21), особенно часто такое случается в реках и на мелководье, иногда в фильтре можно найти свежую (если повезёт) рыбку. Бывает, что при малой осадке (насос слишком высоко над уровнем моря) срывается поток на насосе. «Сухой» центробежный насос может быстро выйти из строя, особенно это касается механического сальника, поэтому постоянный контроль приветствуется. Замеры уровня в балластных танках производятся вручную рулеткой через мерительные трубы, на современных судах – дистанционно. По достижении заданного уровня в танках, насосы останавливаются оператором, и все клапаны фиксируются в закрытом положении. Часто балласт принимается «на перелив», то есть, пока вода не пойдёт на палубу через воздушные трубы переполненных танков. На крупных судах старше 10 лет такой метод не приветствуется из-за коррозийного и усталостного износа корпуса при высокой производительности балластных насосов и малой пропускной способностью воздушных труб: возможно «вздутие» и повреждение конструкции (переборки между танками, а то и внешнего борта); особенно это характерно на длинных балкерах, корпуса которых «гуляют» с амплитудой в несколько метров на штормовой волне и по этой причине металл становится очень усталым и хрупким. При необходимости приёма балласта на перелив (к примеру, draft-surway), подачу балласта в танки следует уменьшить, например, заполняя одним насосом два танка одновременно. По завершении приёма балласта, ВСЕ клапаны балластной системы закрываются. Это простое действие освобождает вас от сомнений, какие и для чего были произведены операции ДО ТОГО, и блокируют систему от самопроизвольных перемещений балласта между танками и непредсказуемых результатов. Замечание: В зимний период возможно замерзание воздушных труб балластных танков с последующими крупными проблемами, не раз и не два приводившими к гибели кораблей при потере остойчивости или даже разрушении балластных танков. В таких условиях следует «снять пресс» в балластных танках, то есть откачать за борт некоторое количество балласта, чтобы создать в верхнем пространстве танка небольшой воздушный зазор и предотвратить замерзание воздушных труб.
Нередко в междудонные танки (double bottom tanks) балласт принимают самотёком (by gravity). Это экономит ресурс насосов и горючее, а при хорошей осадке судна скорость наполнения танков сравнима с производительностью насосов. Это особенно важно, когда по тем или иным причинам перелив балласта на палубу нежелателен, хотя порой инерция потока воды такова, что из воздушных труб может немного выплеснуть. Для этого нужно открыть клапаны (1), (2), (4), (6), (7) и соответствующие клапаны на танках. Казалось бы, открыл – и отдыхай, но оставлять балластную систему без присмотра — не самое лучшее, что может прийти в голову адекватному моряку.
Откатка балласта за борт из танков левого и правого борта. Открываем клапаны (11), (12) на соответствующих танках. Из них по магистралям (18) и (19) вода поступает к насосам через клапаны (6) и (7), которые тоже следует открыть. Открываем нагнетательные клапана (8) и (20), а также отливной клапан (9) и включаем насосы. Зная производительность насосов и объём танков, можно приблизительно определить время, необходимое для откатки, но на завершающей стадии требуется повышенный контроль во избежание срыва потока. Когда резко падает вакуум, а в танках ещё остаётся некоторое количество балласта, можно приоткрыть клапаны (1), (2), (4) и прижать нагнетательные клапаны (8), (20), чтобы «подпитать» насосы из-за борта. При этом надо стремиться, чтобы вакуум на всасывании был не менее -0.3, а давление не менее 1.2 бар. Убедитесь, что насос качает именно балласт, а не гоняет воду из моря в море. В этом случае контроль за работой насоса должен быть постоянным. Так или иначе, насос «сорвёт» раньше, чем закончится вода в танке. Это происходит потому, что конструктивно танки разделены на продольные секции шпациями – перегородками шпангоутов. В нижней части они представляют собой сплошную конструкцию с небольшими отверстиями над днищем судна, и вода (часто смешанная с илом) стекает к приёмным трубам в кормовой части танков медленно, особенно при малом дифференте. Но судно загружено по максимуму, и поступила команда зачистить балласт «под ноль»!
Зачистка балласта (stripping). Для этого используется водоструйный эжектор. Это струйный аппарат, в котором без участия механического привода смешиваются два потока (жидких или газообразных) с образованием смешанного потока. Среда с большим давлением называется рабочей средой. С помощью рабочей среды производится нагнетание всасываемой среды.
Принцип работы водоструйного эжектора. Потенциальная энергия массы рабочего потока, поступающего на выходе из сопла, преобразуется в кинетическую энергию. Сила поверхностного трения рабочего потока увлекает с собой частицы воздуха, находящиеся в приёмной камере, создавая в ней разрежение. Благодаря разрежению в срезе сопла приёмной камеры и атмосферному давлению на поверхности всасываемой жидкости, происходит всасывание воды из танка. Частицы всасываемого потока из-за турбулентности рабочего потока подтормаживают его граничные слои, вследствие чего происходит обмен частиц рабочего и всасываемого потоков (потоки смешиваются). Смешивание рабочего и всасываемого потоков, начинаясь во входе в камеру смешивания, завершается в диффузоре эжектора. Камера смешивания и диффузор служат для смешивания потоков, выравнивания скорости в поперечном сечении и повышения давления смешанного потока, т. е. служат для преобразования кинетической энергии смешанного потока в потенциальную энергию потока на выходе из эжектора.
. Рабочая вода на эжектор поступает от пожарного насоса. На нём всасывающий (16) и нагнетательный (17) клапаны всегда должны быть открыты по правилам безопасности. Открываем подачу рабочей воды на эжектор клапаном (14) и отлив (15). Если на палубе открыты пожарные рожки или обмыв якорей – давление в пожарной системе упадёт и производительность эжектора вместе с ним, поэтому клапан (17) всё-таки желательно временно закрыть. Включаем пожарный насос. Клапан всасывания эжектора (13) соединяет магистраль (19) и танки только правого борта, а для подключения танков левого борта (магистраль (18)) следует открыть секционный клапан (10). Имеется в виду, что все клапаны на балластных насосах закрыты! Эжектор имеет намного меньшую производительность, чем балластные насосы, но не имеет механически движущихся деталей, и при исправной подаче пожарным насосом, он будет создавать вакуум на всасывании до полной зачистки балластного танка. Замечание: Зачищать эжектором следует ТОЛЬКО по одному танку. Если вы подключите одновременно два танка, то, после полного опорожнения одного из них, в систему пойдёт воздух. Эжектору это нисколько не повредит, его дело – всасывать, а воздух по трубам движется легче, чем вода, вот его он и будет брать из порожнего танка, а в другом будет по-прежнему оставаться вода. Этот процесс желательно тоже контролировать по вакууму на всасывании эжектора. Как было сказано, вода в танках перетекает медленно. Упал вакуум на одном танке – переключаем на следующий, потом возвращаемся на предыдущий. Таким образом, в несколько приёмов по очереди зачищаем все танки.
Особенности балластных операций. Внутри танка балластная труба почти касается днища танка, и скорость потока воды там весьма значительна. Для предотвращения вымывания металла, под ней приварена дополнительная металлическая пластина. При инспекции танков, следует обратить внимание на состояние этой пластины. Имею опыт, когда на 22-летнем судне в днище форпика «вымыло» дыру диаметром около 150 мм на океанском переходе. В привате могу поделиться опытом ремонта на ходу. Перед посещением танка, его следует тщательно принудительно провентилировать переносным вентилятором с открытием минимум двух люков и проверить атмосферу в танке кислородным индикатором (permanently stand-by on the bridge). Процесс коррозии металла внутри танка сопровождается агрессивным поглощением кислорода, и неосторожный визитёр рискует из него не вернуться. Печальная статистика пополняется ежегодно, берегите себя! Страховочный трос и вахтенный ассистент на постоянном контакте у люка – обязательно.
Конструктивно балластная труба находится в кормовой секции танка на левом или правом борту – это расположение вы всегда должны учитывать при откатке балласта. Для этого надо точно знать расположение труб в танках: ближе или дальше от миделя судна. На ровном киле при грузовых операциях судно пребывает очень редко, и вода перетекает с одного борта на другой. У вас может «сорвать» насос или эжектор, датчик рядом с трубой покажет нулевой уровень, а пара десятков тонн воды спокойно лежат на противоположном борту. Чем больше дифферент судна – тем легче откачаем балласт. По обстоятельствам, предпочтительно начинать с носовых танков, не доводя идеал до маразма с 4-метровым и более дифферентом – с ним крышки трюмов открыть бывает невозможно, а дизель-генератор скажет вам «горячее спасибо» по уровню смазочного масла.
Магистральные трубы (18) и (19), как правило, проложены по миделю судна в коридоре систем двойного дна. Этот коридор – не самое комфортное место на борту, а дистанционно управляемые клапаны конкретных танков расположены иногда просто в адских местах. Замена или ремонт очень затруднены, и вывод напрашивается очевидный: соблюдение идеальных условий для работы этих клапанов и пневматических или гидравлических приводов. Прежде чем включить насос с закрытыми клапанами — вспомните мрачные лабиринты коридора систем. Отклонилось от нормы давление в гидравлике управления – имейте в виду, что его отрегулировать намного легче, чем заменить контрольную трубку или гидроцилиндр привода клапана. А после этого вычерпать несколько вёдер пролитого масла в тесноте коридора.
Ахтерпик находится в кормовой оконечности судна, и через него проходит propeller shaft sealing. Это уплотнение нуждается в охлаждении водой в нижней части этого танка. Обычно ахтерпик разделён на две части: небольшая нижняя и основная верхняя, в большинстве случаев разделённые горизонтальной перегородкой, но обе эти части оборудованы собственными балластными клапанами. Нижний ахтерпик должен быть ВСЕГДА заполнен водой во избежание перегрева указанного уплотнения, как правило, его клапан опломбирован в закрытом положении или с него снят маховик. На небольших судах этой перегородки может не быть, а балластная труба в танке укорочена до размера, позволяющего оставлять в танке некоторый объём воды для охлаждения.
Бортовые балластные танки разделены перегородками от танков двойного дна. Через них часто проходят балластные и мерительные трубы других танков. При повреждениях этих труб, вода может перетекать в нижние танки из верхних, поэтому ежедневный контроль за уровнями во всех танках обязателен.
Воздушные, или вентиляционные трубы балластных танков снабжены специальным поплавком в виде пластиковогог шара. Как видно на изображении, этот поплавок не препятствует воздушному потоку двигаться в том или ином направлении. Но во время шторма волны часто заливают палубу выше этих труб, и в этом случае поплавок препятствует попаданию воды в танк с внешней стороны. Подвижность этих шаров должна регулярно проверяться, особенно в зимнее время.
