THIẾT kế hệ THỐNG nồi hơi tàu dầu5300 DWT

Bảng tính nhiệt lượng hâm dầu HFO trong két lắng:Danh mục hình vẽ Em đã được tiếp cận và nghiên cứu về hệ thống nồi hơi tàu thủy vào học kỳ 2 năm thứ 3.. + Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI

KHOA CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỒI HƠI TÀU DẦU5300 DWT

Chuyên ngành: Máy tàu thủy

Sinh viên: Nguyễn Phương Nam

Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Hải

Hải Phòng - năm 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI

KHOA CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỒI HƠI TÀU DẦU5300DWT

Chuyên ngành : Máy tàu thủy Lớp : MTT 51-DH1

Sinh viên Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1 Tinh thần thái độ, sự cố gắng của sinh viêntrong quá trình làm luận văn:

2 Đánh giá chất lượng luận văn tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trên các mặt: lý luận, thực tiễn, chất lượng thuyết minh và các bản vẽ) :

3 Chấm điểm của giáo viên hướng dẫn

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Hải Phòng, ngày tháng 12 năm 2014

Giáo viên hướng dẫn

ThS Nguyễn Văn Hải

ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

1 Đánh giá chất lượng luận văn tốt nghiệp về các mặt: thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý thuyết, vận dụng vào điều kiện cụ thể, chất lượng bản thuyết minh, bản vẽ, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn:

2 Chấm điểm của giáo viên phản biện

(Điểm ghi bằngsố và chữ)

Hải Phòng, ngày … tháng 12 năm 2014

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

Danh mục bảng

Bảng 2.2 Bảng tính nhiệt lượng hâm dầu HFO trong két lắng:

Danh mục hình vẽ

Em đã được tiếp cận và nghiên cứu về hệ thống nồi hơi tàu thủy vào học

kỳ 2 năm thứ 3 Trong môn học này, chúng em được giao nhiệm vụ làm bài tập

lớn của môn học Trong phạm vi một bài tập lớn, chúng em đã tiến hành đượcmột phần lớn công việc về thiết kế hệ thống nồi hơi, qua đó biết được một cáchkhái quát những công việc cần tiến hành khi thiết kế hệ thống nồi hơi Tuy vậy,trong nội dung các phần việc đã thực hiện vẫn còn một số phần em cũng chưatìm hiểu được cặn kẽ Vì vậy, em lựa chọn đề tài này nhằm mục đích dành nhiềuthời gian và công sức để tìm hiểu sâu hơn về nồi hơi và tiến hành các phần việccòn lại mà trong phạm vi bài tập lớn em chưa nghiên cứu tới.

Trong các hệ thống trên tàu thuỷ thì hệ thống nồi hơi có một vai trò quantrọng Để đảm bảo cho con tàu hoạt động ổn định,tàu thủy được trang bị hệthống nồi hơi đáp ứng được nhu cầu hâm sấy nhiên liệu,dầu bôi trơn cũng nhưphục vụ sinh hoạt Thực tế hiện nay phần lớn hệ thống nồi hơi được lắp trên tàu

thuỷ đều phải nhập từ nước ngoài Đó là lý do để em chọn đề tài: ”Thiết kế hệ

thống nồi hơi tàu dầu5300DWT”

2 Mục đích

+ Thực hiện đề tài này không ngoài mục đích tìm hiểu và nghiên cứu, mặtkhác còn giúp bản thân làm quen với những công việc của một kỹ sư trongtương lai

+ Trau dồi học hỏi về chuyên môn, nghiên cứu các vấn đề về lý thuyết vàthực tiễn tìm ta mối quan hệ thực tại giữa chúng trên cơ sở hạn chế về mặt côngnghệ, từ đó tìm ra những biện pháp công nghệ phù hợp với thực tiễn sản xuất ởcông ty

3 Phương pháp và phạm vi nghiên cứu:

+ Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa quá trình sản xuất thực tế ở nhà máy, cùng với các kiến thức

đã học trong trường, tham khảo các tài liệu liên quan của các tác giả trong vàngoài nước, cùng với sự hướng dẫn và giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn

+ Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu, tính toán sản lượng hơi cần thiết, đưa ra phương án chọn nồihơi, một số thiết bị của hệ thống nòi hơi, bảo dưỡng và vận hành nồi hơi

4 Ý nghĩa thực tế của đề tài nghiên cứu:

+ Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên đang học trong

ngành

+ Đề tài được ứng dụng trong các nhà máy đóng tàu, hoặc có thể được

nhà máy tham khảo và ứng dụng có chọn lọc và cải tiến để phù hợp với điềukiện sản xuất của nhà máy

+ Đề tài là sự tổng hợp của quá trình học tập, nghiên cứu của em trong

thời gian học tập ở trường và cũng là cơ hội tốt để em đúc rút thêm kiến thức vàkinh nghiệm để giải quyết công việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Văn Hải và cácthầy cô trong khoa Cơ Khí cùng các bạn sinh viên trong lớp đã giúp đỡ và tạođiều kiện cho em hoàn thành đề tài này

Hải Phòng, ngày … tháng 12 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Phương Nam

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 GIỚI THIỆU TÀU

1.1.1 LOẠI TÀU, CÔNG DỤNG

Tàu chở dầu 5300 tấn là loại tàu vỏ thép, đáy đôi, kết cấu hàn điệnhồ quang, một boong chính Tàu được thiết kế trang bị 01 diesel chính, 4

kỳ, truyền động gián tiếp (thông qua hộp số) cho 01 hệ trục chân vịt

Tàu được thiết kế dùng để chở dầu

1.1.2 VÙNG HOẠT ĐỘNG, CẤP THIẾT KẾ

Vùng hoạt động của tàu: Khu vực Đông Nam Á và biển Việt Nam

Tàu chở dầu 5300 tấn được thiết kế thoả mãn Cấp I hạn chế theo

Quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép - 2010, do Bộ Khoa học Côngnghệ và Môi trường ban hành Phần hệ thống động lực được tính toán

thiết kế thoả mãn tương ứng Cấp I hạn chế theo QCVN 2010.

1.1.3 CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU

1.1.4 LUẬT VÀ CÔNG ƯỚC ÁP DỤNG

[1]- Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép - 2003 Bộ Khoahọc Công nghệ và Môi trường

[2]- MARPOL 73/78 (có sửa đổi)

[3]- Bổ sung sửa đổi 2003 của MARPOL

1.2 TỔNG QUAN VỀ TRANG TRÍ ĐỘNG LỰC

1.2.1 BỐ TRÍ BUỒNG MÁY

Không gian buồng máy được thiết kế từ sườn thứ 8 đến sườn 29gồm hai tầng sàn: tầng lắp đặt máy chính (sàn chính) và tầng lắp đặt cácmáy phụ (sàn lửng) Diện tích các tầng vùng tôn sàn đi lại và thao tác

và 01 cầu thang sự cố

Trong buồng máy lắp đặt 01 máy chính và các thiết bị phục vụ hệthống động lực, hệ thống ống toàn tàu Điều khiển các thiết bị được thựchiện tại chỗ trong buồng máy Điều khiển máy chính được thực hiện tạichỗ trong buồng máy hoặc từ xa trên buồng lái Một số bơm chuyên dụng

có thể điều khiển từ xa trên boong chính như bơm vận chuyển dầu đốt,bơm nước vệ sinh, sinh hoạt, các quạt thông gió

Buồng máy có các kích thước chính:

1.2.2 BỐ TRÍ BUỒNG BƠM

Buồng bơm được bố trí từ sườn 29 đến sườn 35, diện tích thao tác

buồng bơm được lắp đặt 02 tổ bơm chuyển dầu hàng, 01 tổ bơm hút vétdầu, rửa hầm hàng và các thiết bị phục vụ khác Các bơm trong buồngbơm được điều khiển trên buồng điều khiển

Buồng bơm có các kích thước chính:

1.2.3 MÁY CHÍNH - HỘP SỐ

Máy chính có ký hiệu 8320ZCD-4do hãng GUANGZHOU của

Trung Quốc sản xuất, là động cơ diesel 4 kỳ tác dụng đơn, tăng áp bằngtuabin khí xả, dạng thùng, một hàng xy-lanh thẳng đứng, làm mát giántiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằngkhong khí nén, điều khiển từ xa trên buồng lái Máy chính truyền độnggián tiếp cho 01 hệ trục chân vịt có bước cố định thông qua hộp số đồng

bộ với máy có ký hiệu DRB có tỷ số truyền i = 3

Thông số của máy chính:

- Hành trình piston, [S] 440 mm

1.2.4 THIẾT BỊ KÈM THEO MÁY CHÍNH

• Động cơ lai máy phát

Động cơ lai máy phát có ký hiệu 3412C do hãng CATERPILLAR (USA) sản

xuất, là diesel 4 kỳ tác dụng đơn, hai hàng xy-lanh chữ V, tăng áp, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng điện DC 24V hoặc không khí nén

• Thông số kích thước tổ máy

• Thiết bị kèm theo mỗi tổ máy phát điện

- Máy phát điện một chiều 01 cụm

1.2.5.2 Tổ máy phát điện bờ

• Động cơ lai máy phát

Động cơ lai máy phát có ký hiệu 3408C do hãng CATERPILLAR (USA) sản

xuất, là diesel 4 kỳ tác dụng đơn, hai hàng xy-lanh chữ V, tăng áp, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng điện DC 24V hoặc không khí nén

- Tần số 50 Hz

• Thông số kích thước tổ máy

• Thiết bị kèm theo mỗi tổ máy phát điện

1.2.5.3 Tổ máy phát điện sự cố

• Diesel lai máy phát

Diesel lai máy phát có ký hiệu C9 do hãng sản xuất, là diesel 4 kỳ tác dụng

đơn, một hàng xy-lanh thẳng đứng, tăng áp, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng điện DC 24V hoặc giật

nổ Tổ máy phát này được đặt tại buồng máy phát sự cố (boong chính)

• Thông số kích thước tổ máy

- Kiểu két Liền vỏ

3- Két dầu DO dự trữ (No.1 & No.2)

- Kiểu két Rời, treo

10- Két nước thải, vệ sinh

3- Tổ bơm rửa hầm hàng

- Hãng (Nước) sản xuất NHẬT BẢN

- Lưu lượng 36 m3/h

15- Tổ bơm vận chuyển dầu DO

- Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

20- Tổ bơm nước bẩn đáy tầu (hút khô buồng máy)

- Hãng (Nước) sản xuất NHẬT BẢN

4- Tổ quạt hút buồng bếp

1.2.6.4 Các thiết bị hâm dầu, phân ly - xử lý

1- Thiết bị hâm dầu LO

2- Thiết bị hâm dầu DO

- Công suất 98000 kcal/h

5- Máy phân ly dầu FO

6- Máy phân ly dầu LO

- Công suất động cơ điện 5,5 kW

7- Máy phân ly dầu - nước

- Sản lượng 1,6 m3/h

- Công suất động cơ điện 5,5 kW

10- Bình hydrophore nước biển

- Kiểu Piston 2 cấp

4- Bình chứa không khí nén điều khiển

1.2.6.6 Các thiết bị chữa cháy buồng máy, buồng bơm

- Đường kính đầu phun 16 mm

7- Hệ thống phun bọt dập cháy buồng máy, buồng bơm

- Công chất tạo bọt

- Hệ số tăng thể tích

1.2.6.7 Các thiết bị buồng máy khác

1- Cầu thang buồng máy

- Công suất động cơ điện 2,5 kW

- Hãng (Nước) sản xuất Hàn Quốc

5- Máy khoan

- Công suất động cơ điện 0,25 kW

6- Máy tiện

- Công suất động cơ điện 0,4 kW

7- Máy mài hai đá

- Công suất động cơ điện 0,4 kW

8- Máy hàn hồ quang

- Công suất động cơ điện 14 kW x 300Amp

9- Thiết bị cắt hơi

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN SẢN LƯỢNG HƠI CẦN

THIẾT

Việc lựa chọn nồi hơi đảm bảo về mặt kĩ thuật, kích thước nhỏ gọn, đồngthời thỏa mãn về tính kinh tế sao cho khi sử dụng có thế khai thác tối đa năngsuất của hệ thống, đồng thời tiết kiệm năng lượng, nhân công, vật tư và trangthiết bị cho toàn bộ hệ thống mà vẫn đảm bảo đáp ứng được mọi nhu cầu sửdụng nhiệt trên tàu Đối với tàu dầu 5300 tấn việc tính toán sản lượng nhiệt vàđưa ra phương án thiết kế là tối ưu cho tàu được tiến hành như sau:

2.1 CÁC NHU CẦU SỬ DỤNG HƠI TRÊN TÀU

Để nâng cao nhu cầu sử dụng nhiệt và yêu cầu về tính kinh tế Sảnlượng nhiệt cần thiết của hệ thống cung cấp nhiệt lượng trên tàu ở các chế độcông tác khác nhau của được xác định bằng tổng số nhiệt lượng lớn nhất củamọi nhu cầu sử dụng Để xác định được sản lượng này, ta cần thống kê đượcmức độ tiêu thụ nhiệt ở chế độ sử dụng nhiệt lớn nhất Sản lượng này lấylớnhơn từ 8% đến 15% nhu cầu cần thiết lớn nhất để bù đắp lại tổn hao, mất máttrong quá trình khai thác và vận hành Và nhu cầu sử dụng lâu dài, việc đóngkhói bụi, cáu cặn… tại các bề mặt trao đổi nhiệt làm giảm hệ số truyền nhiệtdẫn đến hiệu suất của hệ thống bị giảm xuống

Việc tính toán để xác định sản lượng cần thiết phụ thuộc vào đặc điểmkết cấu tính năng sử dụng và nhu cầu sử dụng nhiệt trên tàu Đối với tàu dầu

5300 tấn nhiệt lượng sinh ra được sử dụng vào các mục đích sau:

– Hâm nóng dầu HFO, LO phục vụ hệ động lực chính

– Sưởi ấm các phòng ở và buồng điều khiển vào mùa lạnh hoăc khi tàu

hành trình ở các vùng ôn đới

– Cung cấp nhiệt lượng trong sinh hoạt của thuyền viên như: tắm giặt,

vệ sinh, nấu ăn…

– Dùng để vệ sinh hộp van thông biển,…

2.2 XÁC ĐỊNH SẢN LƯỢNG NHIỆT CẦN THIẾT

Lượng nhiệt yêu cầu không phải lúc nào cũng cần thiết để đáp ứngđược đầy đủ tất cả các nhu cầu trên Mà việc sử dụng nhiệt lượng trên tàu còn

tùy thuộc vào từng chế độ hoạt động của tàu, dẫn đến sản lượng nhiệt yêu cầuđối với thiết bị sinh nhiệt ở từng chế độ hoạt động cũng khác nhau.

Do đó ta sẽ tính toán sản lượng nhiệt cần thiết để đáp ứng các nhu cầutrên, sau đó xác định sản lượng nhiệt cần thiết ứng với từng chế độ hoạt độngcủa tàu để đưa ra phương án thiết kế nồi hơi cho tàu là tốt nhất

2.2.1 Nhiệt lượng hâm dầu HFO dự trữ:

Bảng 2.1 Bảng tính nhiệt lượng hâm dầu HFO dự trữ

của dầu trong két

9

Khối lượng riêng của dầu HFO dự trữ

10

Nhiệt lượng cần thiết để

( )

T1

' '-t ' t k

1

1 1 1 1 1 1

ϕ

ρ Cp

2.2.2 Nhiệt lượng hâm dầu HFO trong két lắng

Bảng 2.2 Bảng tính nhiệt lượng hâm dầu HFO trong két lắng

Kíhiệu

Khối lượng riêng

của dầu HFO

2 2 2 2 2 2

.

' '-t ' t k

T

Cp V

ϕ

ρ

2.2.3 Nhiệt lượng hâm dầu HFO trong két trực nhật

Bảng 2.3 Bảng tính nhiệt lượng hâm dầu HFO trực nhật

Kíhiệu

Đơn

1

Thể tích két dầu trực nhật

3 3 3 3 3

3 k t ' '-t '

ϕ

ρ Cp V

2.2.4 Nhiệt lượng hâm dầu LO trong két tuần hoàn:

Bảng 2.4 Bảng tính nhiệt lượng hâm dầu LO trong két tuần hoàn

Kíhiệu

Đơn

Kếtquả

tuần hoàn dầu

2.2.5 Nhiệt lượng hâm dầu HFO vào máy lọc HFO

Bảng 2.5 Bảng tính nhiệt lượng hâm dầu HFO vào máy lọc HFO

Kíhiệu

trong két trước

khi vào máy

8

Hệ số giữ nhiệt

của két dầu

nhờn tuần hoàn

9

Khối lượng

riêng của dầu

HFO trong két

5 5 5 5 3 3

.

' '-t ' t k

T

Cp V

ϕ

2.2.6 Nhiệt lượng hâm dầu LO vào máy lọc LO

Bảng 2.6 Bảng tính nhiệt lượng hâm dầu nhờn vào máy lọc dầu nhờn

Kíhiệu

khi hâm trong

4

Nhiệt độ dầu

nhờn trong két

trước khi vào

của két dầu

nhờn tuần hoàn

9

Khối lượng

riêng của dầu

nhờn trong két

dầu nhơn tuần

6 6 6 6 6 6

.

' '-t ' t k

T

Cp V

2.3.1 Chế độ chạy biển

Khi tàu hành trình ổn định trên biển, máy chính hoạt độn ở chế độ từ75%-85% công suất định mức và nhiên liệu sử dụng tuần hoàn là nhiên liệu

nặng HFO, lượng khí xả thải ra ổn định, tại thời điểm này thiết bị tận dụngnhiệt khí xả hoạt động ổn định nhất và đạt được các thông số như trong thiết

kế đã chỉ ra

Khi hành trình ổn định trên biển, nhiệt lượng cần thiết đươc sử dụng chocác mục đích được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.7 Bảng tính nhiệt lượng trong quá trình hành trình trên biển

thụ

nhiên liệu HFO

nhật nhiên liệu HFO

Khi tàu hành trình trong luồng lạch hẹp hoặc khi ra vào bến, nhu cầu sửdụng nhiệt cần thiết trên tàu được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.8 Bảng tính nhiệt lượng khi tàu ở chế đô manơ

Stt Mục đích sử dụng Ký hiệu Đơn vị Lượng nhiệt tiêu

thụ

Khi tàu chuẩn bị hành trình, máy chính chưa hoạt động, lúc này nhu cầu

sử dụng nhiệt trên tàu được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.9 Bảng tính nhiệt lượng khi tàu chuẩn bị hành trình

Lượng nhiệt tiêuthụ

trữ

nhật

2.4 TÍNH TOÁN SẢN LƯỢNG CẦN THIẾT CHO NỒI HƠI PHỤ

Trong các chế độ hoạt động của tàu, khi mà nồi hơi khí thải không đápứng được nhu cầu sử dụng hơi trên tàu thì nồi hơi phụ sẽ cung cấp phục vụ Ở các chế độ: tàu đỗ bến làm hàng, chế độ manơ, chế độ tàu chuẩn bịhành trình là các chế độ mà máy chính không hoạt động hoặc hoạt độngkhông ổn định, lượng khí thải của động cơ ít hoặc không ổn định do vậy sảnlượng hơi của nồi hơi khí thải không đáng kể

Khi đó phải dùng nồi hơi phu để đáp ứng hơi cho nhu cầu sử dụng trêntàu Khi chọn sản lượng cho nồi hơi phụ ta chọn sản lượng hơi lớn nhất cầncung cấp ở 3 chế độ: tàu đỗ bến làm hàng, chế độ ma nơ, chế độ tàu chuẩn bịhành trình Do đó bảng tính sản lượng hơi cho nồi hơi phụ như sau

Bảng 2.10 Sản lượng cần thiết cho nồi hơi phu

quả

độ cần hâm

7

Tra bảng nước vàhơi bão hòa theop=7 Bar

2864

Tra bảng theo nước

chưa sôi và

251,1

hơi quá nhiệt

1,05

2.5 TÍNH TOÁN SẢN LƯỢNG HƠI CỦA NỒI HƠI KHÍ THẢI

2.5.1 Sản lượng hơi theo nhu cầu sử dụng hơi trên tàu

Khi tàu ổn định trên biển, lượng khí xả của động cơ là rất lớn Do đó, nồihơi khí thải hoạt động ổn định để cung cấp hơi phục vụ cho tàu Vì vậy khitính toán sản lượng hơi cho nồi hơi khí thải ta cần tính toán sản lượng hơi cầnthiết lúc tàu hành trình trên biển Ta có bảng tính sản lượng hơi cần thiết củanồi hơi khí thải như sau:

Bảng 2.11 Sản lượng cần thiết cho nồi khí xả

quả

2864