NO127908B - - Google Patents

Description

fordel at det er rimelig og bare krever et relativt lavt energiforbruk (til drift av én vifte som fører avgassene inn i tankene med det ønskede overtrykk). Slike anlegg har imidlertid også flere ulemper.

For det første er (^-innholdet i avgassene relativt varierende. Anlegget er videre avhengig av at dampkjelene er i drift, og av deres driftstilstand. Avgassene medfører urenheter og belegg på vifter, ventiler og rør. Der kan foreligge mulighet for tilstedeværelse av svovelsyre og svovelsyrling i avgassene, og den nødvendige vifte er sterkt utsatt for korrosjon. Anlegget krever derfor relativt meget vedlikehold. Dertil kommer at den nødvendige vifte til innblåsning av avgassene i skipstankene gir relativt meget støy.

Videre er systemet avhengig av at der foreligger en dampkjele-brenner.

Der har også vært utviklet anlegg som arbeider med spesielle gassgeneratorer, d.v.s. brennere som er spesielt beregnet på fremstilling av C^-fattig nøytralgass for bruk i skipstanker. Slike anlegg gir en meget ren gass med lavt svovel- og C^-innhold og er naturligvis uavhengig av en fyring av dampkjeler. Ulempene ved et slikt anlegg er at det er meget kostbart og har et meget stort kraft-behov og brenselforbruk.

Fra US-PS 2 889 955 er det kjent å ta ut forbrenningsgass fra f.eks. en jetmotor i et fly for tilførsel til brenseltankene i flyet. Det vil forstås at det her dreier seg om meget små gassmengder som tas ut fra selve drivmotoren under flyvning, og dette system kan neppe gi veiledning for utførelsen av systemer til inertgass-beskyt-telse av lastetanker i store tankskip, spesielt under og etter lossing av lasten.

Videre er der kjent små gassturbiner som anvendes som hjelpe-apparater i luftfarten, og som i tillegg til en mekanisk ytelse på turbinakselen kan levere trykkluft.

Det har også vært foreslått å anvende forbrenningsmotorer av stempeltypen som generator for inertgass for skipstanker. Det er her tale om skipets vanlige hjelpemotorer eller spesielle motorer for formålet, og der må alltid være anordnet minst én egen motor for gass-fremstilling, idet hovedmaskinen normalt ikke vil være igang når skipet ligger ved land, og de vanlige hjelpemotorer har andre oppgaver og derfor ikke i full utstrekning, kan anvendes til fremstilling av nøytralgass. Ved samkjøring av flere motorer fås der også betydelige problemer med å overvåke belastningsforhold etc. Dessuten byr an-vendelsen av to- og firetakts forbrenningsmotorer generelt for fremstilling av nøytralgass på andre ulemper. Således vil O2~innholdet i avgassene selv ved vanlig forbrenning uten tenningssvikt som regel ligge på minst 8%. Ifølge oppfinnelsen tas det imidlertid sikte på å skaffe nøytraigass som inneholder mindre enn 6% 0^. Man ville i første omgang kanskje kunne tro at en etterbrenning av ekshausten vil kunne redusere O2~innholdet. tilstrekkelig. Imidlertid vil man da støte på nye problemer, idet opprettholdelsen av en forbrenning i en eventuell etterbrenner krever et minste O^-innhold i tilførselen til etterbrenneren på ca. 12%. Mens C^-innholdet i avgassene fra en forbren-ningsmotor av stempeltypen under visse driftsforhold vil overstige 12%, vil man som régel ha et 02-innhold på 8-12%, slik at etterbren-ningen ikke vil funksjonere tilfredsstillende.

Det er derfor ikke rart at avgass fra forbrenningsmotorer av stempeltypen, til tross for forslag herom, såvidt vites ikke i praksis har vært anvendt som nøytralgass til fylling av eksplosjonsfarlrge rom hverken i skip eller andre steder. Tvertom har man hittil i skip - selv når der har foreligget tilgjengelige forbrenningsmotorer - instal-lert egne, plasskrevende brennere, noe som har gitt store kostnader til anskaffelse, drift og vedlikehold. Eventuelt har man anvendt skipets vanlige kjelebrennere (i skip med dampmotor).

Den faktiske utvikling på området har således medført at man

er gått bort fra de tidligere, gamle forslag om å anvende forbrenningsmotorer og over til å anvende egne brennere.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe en fremgangsmåte og et anlegg av den innledningsvis angitte art som ikke er avhengig av damp-kjelebrennere, og som heller ikke krever noen vifte til å skaffe det nødvendige trykk i nøytralgassene, men som allikevel er vesentlig billigere enn et anlegg med en egen gassgenerator. Nøytralgassen er først og fremst beregnet til fylling av tomme oljetanker, men kan også anvendes til f.eks. brannslukning i maskinrom.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedat der som forbrenningsanordning anvendes en gassturbin som kan levere avgasser under tilstrekkelig trykk til at gassene kan føres gjennom en etterbrenner for reduksjon av gassenes 02-innhold og deretter tilføres de ønskede rom i skipet av trykket bak turbinen uten hjelp av vifter, og at komprimert luft, fra,gassturbinens kompressordel anvendes til tømming av nøytralgassen fra rommene i skipet.

Anlegget' ifølge oppfinnelsen omfatter en forbrenningsanordning . til fremstilling av forbrenningsgasser, en etterbrenner til reduksjon, av 02_ihhhoidet i avgassene, en kjøler til reduksjon av avgassenes temperatur og en utløpsledning for de etterforbrente og kjølte gasser, og erkarakterisert vedat forbrenningsanordningen er en gassturbin som inngår i et turbin/generator-aggrégat, og hvis aygassledning er forbundet dels med atmosfæren via et avgassrør og dels med etter-brenheréh via en annen avgåssledning, at anlegget omfatter en ventil til regulering av avgassfordelingen på avgassrøret og den annen avgåssledning for å holde trykket av nøytralgassen i utløpsledningen innen de ønskede grenser, og at en luftledning fører fra turbinens kompressor til utløpsledningen via kjøleren og en ejektor.

En vesentlig fordel ved fremgangsmåten og anlegget ifølge oppfinnelsen ér at kostnadene kan holdes relativt lave, idet gassturbinen også kan anvendes til en rekke andre formål som alene rettferdiggjør dens installasjon. Således installeres gassturbiner ofte i turbin/generator-aggregater som benyttes som hjelpe- eller nødstrømaggregat. Slike aggregater er vanligvis ikke i bruk når skipet ligger ved et losseanlegg, og står da til rådighet for frembringelse av nøytralgass. til fylling av skipets oljetanker etterhvert som disse tømmes. Det ekstra utstyr som kreves for et nøytralgass-system ifølge oppfinnelsen, er da begrenset til etterbrenneren, kjøleren og de nødvendige led-ninger og reguleringsutstyf. Avgassene har relativt høyt og konstant (^-innhold, hvilket nettopp er hva som er nødvendig for underhold av en behersket etterforbrenning. ber foreligger ingen problemer med å la gassturbinen arbeide mot et mottrykk, og turbinen kan derfor skaffe det trykk som er nødvendig for å føre de store gassmengder inn i lastetankene og andre rom i skipet, uten at der kreves noen som helst vifte. Et slikt mottrykk bak turbinen vil naturligvis redusere dennes ytelse. Den gjenværende ytelse vil imidlertid væré tilstrekkelig ikke bare til å drive en pumpe for kjølevann til kjøling av avgassene, men også til å levere strøm til skipets elektrisitetsnett under losse-perioden. Som eksempel kan nevnes at en gassturbin som normalt leverer en ytelse på 1100 - 1200 kW til nettet, ved økning av mottrykket fra 1 til ca. 1,3 atmosfærer vil levere ca. 6-0 6 kW til nettet. Omtrent halvparten av denne ytelse vil kreves for drift av kjølevannspumpen, men der blir altså tilbake en nettoytelse på ca. 300 kW.

En annen vesentlig fordel ved anvendelse av .en gassturbin i et nøytralgassanlegg er at der på denne måte skaffes en enkel mulighet for igjen å fjerne nøytralgassen fra rommene i skipet når dette er , nødvendig, idet turbinens kompressordel kan levere store mengder luft med det nødvendige trykk. Denne luft kan f.eks. benyttes til fortrengning av nøytralgassen frå rommene i skipet, Idet den i kompressoren komprimerte luft føres gjennom en ejektor hvor trykket reduseres og

ytterligere luft suges med. Den luft med passende trykk som kommer ut fra ejeTctoren, føres gjennom anleggets kjøler for reduksjon av luft-temperaturen og videre til tankene for fortrengning av nøytralgassen i disse.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etter-følgende beskrivelse av et utførelseseksempel under henvisning til tegningen, som viser et prinsippskjema for et anlegg ifølge oppfinnelsen.

På tegningen.er de elementer som inngår i et vanlig hjelpe-og/eller nødaggregat som drives av en gassturbin, vist i en strek-punktert ramme G. Disse elementer består av selve gassturbinen, som på tegningen er oppdelt i sine tre funksjonelle bestanddeler, nemlig kompressor 1, brennkammer 2 og turbin 3. Generatoren er betegnet med 4, mens 5 er en oljetank for drift av gassturbinen, idet olje til-føres gassturbinaggregatets brennkammer 2 ved hjelp av en pumpe 6. Avgassene fra gassturbinen føres vanligvis ut til atmosfæren gjennom en avgassledning 7 og et avgassrør 8 i skipets skorsten.

Nøytralgassanlegget er tilkoblet et slikt gassturbinaggregat

på følgende måte:

En avgassledning 9 er tilkoblet avgassledningen 7. Fordelingen av avgassene på avgassrøret 8 og avgassledningen 9 bestemmes av et spjeld 10 i avgassrøret 8 på en måte som vil bli nærmere beskrevet senere. Når nøytralgassanlegget ikke er i drift, er avgassledningen 9 lukket av en ventil 11.

Avgassene fira avgassledningen 9 føres til en etterbrenner 12 med en brenseldyse 13 som matés fira brensel tanken 5 gjennom en ledning 14 ved hjelp av en pumpe 15. Brenselmengden reguleres på en måte som vil bli nærmere beskrevet senere.

Etterbrenneren er nødvendig i første rekke for å redusere p_-innholdet i avgassene fra gassturbinen. Avgassene fra gassturbinen kan som et typisk eksempel ha følgende analyse:

C023,25 volumprosent

H20 - 2,32 volumprosent

S02- 0,0056 volumprosent

°2^'1 volumprosent

N2- 77,8 volumprosent

Bak etterbrenneren vil avgassene kunne ha følgende sammensétning:

C02- 15 volumprosent

CO - 0,1 volumprosent

H2- 0,1 volumprosent

02- ca. 1 volumprosent

N2- 83,8 volumprosent

Avgassene fra etterbrenneren 12 føres ned i et kjøletårn 16, hvor de kjøles ved overrisling med sjøvann som føres inn gjennom en ledning 17 ved hjelp av en kjølevannspumpe 18. Kjølevannet samler seg i bunnen av kjøleren 16 og føres overbord gjennom en ledning 19.

De kjølte gasser føres gjennom en vannavskiller 20 og ut gjennom en utløpslednlng 21 som fører videre til et ikke vist fordelingsnett.

En trykkgiver 22 måler trykket i utløpsledningen 21, og en til-bakekobling 23 som styrer spjeldet 10 i avgassrøret 8 regulerer trykket i utløpsledningen 21 slik at dette holdes konstant på den ønskede verdi, som f.eks. kan være 1,15 ata.

Til utløpsledningen 21 er der videre koblet.en 02-analysator 24. Denne styrer en ventil 25 i en returledning 26 for det av pumpen 15 pumpede brensel. Når O2~innholdet i utløpsledningen 21 er for høyt, blir brenselstrømmen gjennom ventilen 25 ytterligere strupet, hvorved mere brensel vil bli tilført etterbrenneren 12 gjennom brenseldysen 13. Hvis O2~innholdet i avgassene er under en viss grense, må dette tas som tegn på at der i etterbrenneren 12 kan finne sted en ufull-stendig forbrenning, og at avgassene kan inneholde for meget CO. Ventilen 25 vil da bli mer åpnet, slik at brenseltilførselen til brenseldysen 13 blir redusert.

O2~analysatoren 24 styrer også en ventil 27 1 utløpsledningen 21 og en ventil 28 i en ledning 29 som grener seg. av fra utløps-ledningen 21 og fører til atmosfærent. Ventilene 27 og 28 styres slik at avgassene bare føres til skipstankene gjennom det ikke viste for-, delingsnett når Oj-innholdet ligger innen på forhånd fastlagte grenser, mens gassene føres ut i atmosfæren gjennom ledningen 29 når 02-innholdet er for høyt eller for lavt, idet et lavt 02~innhold som nevnt tas som eri indikasjon på et for høyt CO-innhold. 34 er en sikkerhetsventil.

Når anlegget ifølge oppfinnélsen skal benyttes til fortrengning av nøytralgassen fra rommene i skipét ved hjelp av friskluft med det nødvendige trykk, vil ventilen 11 være stengt og etterbrenneren 12 samt de beskrevne reguleringsinnretninger være ute av drift. En del av den luft som komprimeres av kompressoren 1, tas ut gjennom en ledning 30. Dette nedsetter naturligvis ytelsen av gassturbinen 3 og man må regne med at generatoren 4 ikke kan belastes under denne peri-ode. Den komprimerte luft fra ledningen 30 tilføres en ejektor 31 som reduserer trykket av luften og samtidig suger inn ytterligere luft gjennom et luftinntak 32. Fra et gassturbinanlegg av den foran nevnte størrelse vil det være mulig å ta ut ca. 9000 normal-m 3 luft per time ved et trykk på ca. 2,6 ata. I ejektoren vil der kunne suges inn en tilsvarende luftmengde, slik at der i den ledning 33 som fører ut fra e]ektoren 31, vil kunne strømme ca. 18000 normal-m 3 luft per time med et trykk på ca. 1,3 ata. Temperaturen av den luft som tas ut fra kompressoren, er ca. 170°C. Denne temperatur blir redusert i ejektoren dels som følge av ekspansjon og dels som følge av blanding med den luft som tas inn gjennom luftinntaket 32, og luften i ledningen 33 vil således ha en temperatur på ca. 100°C. For ytterligere kjøling blir denne luft ført inn i kjøleren 16 og videre gjennom ut-løpsledningen 21 til det ikke viste fordelingsnett for friskluft.

Et gassturbinanlegg av den tidligere omtalte art vil produsere 3'

ca. 31000 normal-m avgass per time, og når trykket i avgassledningen bak turbinen skal være 1,3 ata, vil temperaturen av avgassene være ca. 550°C. Avgasstemperaturen øker naturligvis ytterligere i etterbrenneren, og når anlegget skal levere nøytralgass, vil der derfor være behov for relativt store mengder kjølevann (ca. 1500 m 3 per time) i kjøleren 12. Som tidligere nevnt kan pumpen 18 til sirkulasjon av denne kjølevannsmengde drives med en effekt på ca. 300 kW, som kan skaffes av gassturbinaggregatet. Når anlegget leverer luft til fortrengning av nøytralgassen fra tankene, kreves der en vesentlig lavere kjølevannsmengde, idet der da bare er ca. 18000 normal-m^ luft per time som skal avkjøles fra en temperatur på ca. 100°C.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte til fylling-og-"tømming av Q2-fattig nøytralgass i resp. fra rom i skip, hvor der i en forbrenningsanordning fremstilles forbrenningsgasser som kjøles og tilføres de rom i skipet som skal fylles,karakterisert vedat der som forbrenningsanordning anvendes en gassturbin som kan levere avgasser under tilstrekkelig trykk til at gassene kan føres gjennom en etterbrenner for reduksjon av gassenes O2~innhold og deretter tilføres de ønskede rom i skipet av trykket bak turbinen uten hjelp av vifter, og at komprimert luft fra gassturbinens kompressordel anvendes til tømming av nøytralgassen fra rommene i skipet.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at tilførselen av brensel til etterbrenneren reguleres i avhengig-het av O2~innholdet i gassene bak etterbrenneren.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat trykket i den leverte nøytralgass reguleres ved hjelp av en ventil i gassturbinens avgassrør til atmosfæren.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat komprimert luft fra gassturbinens kompressordel i blanding med omgivelsesluft anvendes til tømming av nøytral-gassen fra rommene i skipet ved fortrengning, idet den komprimerte luft føres gjennom en ejektor hvor trykket reduseres og omgivelses-luf t suges med, hvoretter blandingen føres inn i rommene i skipet.

5. Anlegg til fylling og tømming av 02~fattig nøytralgass i resp. fra rom i skip ved en fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, omfattende en forbrenningsanordning til fremstilling av forbrenningsgasser, en etterbrenner (12) til reduksjon av O2"innholdet i avgassene, en kjøler (16) til reduksjon av avgassenes temperatur og en utløpsledning (21) for de etterforbrente og kjølte gasser,karakterisert vedat forbrenningsanordningen er en gassturbin (1, 2, 3) som inngår i et turbin/generator-aggregat (G), og hvis avgassledning (7) er forbundet dels med atmosfæren via et avgassrør (8) og dels med etterbrenneren (12) via en annen avgassledning (9), at anlegget omfatter én ventil (10) til regulering av avgassfordelingen på avgassrøret (8) og den annen avgassledning (9) for å holde trykket av nøytralgassen i utløpsledningen (21) innen de ønskede grenser, og at en luftledning (30, 33) fører fra turbinens kompressor (1) til utløpsledningen (21) via kjøleren (16) og en ejektor (31).

6. Anlegg som angitt i krav 5,karakterisert veden O2~analysator (24) til analyse av (^-innholdet i den leverte nøytral-gass og en ventil (25) til regulering av brenseltilførselen til etterbrenneren (12), idet ventilen reguleres i overensstemmelse med resultatet av analysen.

7. Anlegg som angitt i krav 6,karakterisert veden grenledning (29) som fører ut i det fri fra utløpsledningen (21) for nøytralgass, og en eller flere ventiler (27, 28) som styres av C^- analysatoren for å tilføre gass til grenledningen (29) istedenfor utløpsledningen (21) når C^-innholdet ikke ligger innen de fore-skrevne grenser.