Aurukatel

Aurukatel, ka katel, laevakatel on seade koos teda teenindavate süsteemidega, abimehhanismidega ning kontroll- ja juhtaparatuuriga, mille otstarve on orgaanilise kütuse põletamise või sisepõlemismootorite heitgaaside soojusenergia (mootorlaevadel) ärakasutamise teel aurustada vett, st toota auru.

Laeva aurukatelt võib määratleda kui soojusvahetit, mille ülesandeks on auru tootmine laeva vajadusteks ettenähtud, atmosfäärirõhust kõrgemal rõhul.

Aurukatla ehitus

Aurukatlad on konstruktsiooni järgi väga erineva ehitusega, kuid kõige põhilisema tunnuse alusel võib aurukatlaid liigitada leektoru- (gaastoru-), veetoru- ja kombineeritud kateldeks.

• Leektorukateldes liiguvad gaasid torudes, mida ümbritseb vesi. Need katlad on silindrilise kerega, mis on osaliselt täidetud veega ja kuhu on paigutatud kolle ning torudest koosnevad küttepinnad nii, et need on üleni vee all. Leektorukatlad võivad olla horisontaalsed või vertikaalsed. Konfiguratsioonilt võivad leektorukatlad olla pöörd- või ühe gaasikäiguga.

• Veetorukateldes liigub vesi ja aur torudes, mida väljastpoolt uhuvad kuumad gaasid. Torude kimbud on ühendatud erinevatel tasapindadel asetsevate kollektoritega, millest ülemine on osaliselt vee, osaliselt auruga täidetud vee-aurukollektor, üks või rohkem alumist kollektorit e. veekollektorit aga täidetud veega.

Konfiguratsioonilt, sõltuvalt kollektorite, aurutus- ja langetorude ning lisaküttepindade paigaldusest, eristatakse sümmeetrilisi, asümmeetrilisi ja sektsioonveetorukatlaid. Sümmeetrilistes ja asümmeetrilistes kateldes on kollektoreid ühendavad aurustus- ja langetorukimbud paigaldatud horisontaaltasapinna suhtes 30-90º alla ja seetõttu nimetatakse neid ka vertikaalveetorukateldeks. Sektsioonkateldes on kollektoreid ühendavad torukimbud paigaldatud horisontaaltasapinna suhtes 15-22º alla ja seetõttu nimetatakse neid ka horisontaalveetorukateldeks.

Veetorukatlaid on mitme pöördgaasikäiguga või ühe gaasikäiguga.

• Kombineeritud kateldes on osa küttepindu leektoru, osa veetoru tüüpi. Enamasti on need leektorukatlad, kus aurustusprotsesside intensiivistamiseks kasutatakse ka veetorusid.

Laeva pea- ja abikatlad

Laeva aurukatlad liigitatakse pea- ja abikateldeks. Peakatelde otstarve on laeva peaaurujõuseadmete – peaturbiinide või peaaurumasinate tööks vajaliku auru tootmine. Seega on peakatlad ainult aurulaevadel. Abikatlad on ette nähtud laeva soojatarbijate ja auruga töötavate abimehhanismide varustamiseks auruga. Aurulaevadel abikatlad tavaliselt puuduvad, mootorlaevadel on ainult abikatlad. Teatud laevatüüpidel, kus auruvajadus on eriti suur nagu nt. diiselmootoriga naftatankerid, kus auru kasutatakse lasti soojendamiseks, lastitankide pesuks ja aurutamiseks, suure võimsusega turbopumpade ja turbogeneraatorite käitamiseks, ei erine abikatlad oluliselt aurulaevade peakateldest.

Aurulaevade arengu algaastatel (19. sajandi algul), kui kasutusel olid jõuseadmetena kolbaurumasinad piisas kergelt ülekuumendatud madalsurveaurust, mille saamiseks kasutati aastakümnete jooksul horisontaalseid leektorukatlaid (nn šoti katlaid).

19. sajandi lõpukümnenditel kasutusele võetud uut tüüpi soojusjõumasina – auruturbiini, peamised eelised kolbaurumasina ees - kõrgem kasutegur ja suurem võimsus väikeste gabariitide juures – ilmnevad täiel määral alles kõrgetel auruparameetritel. Kuna leektorukatlad osutusid ebasobivaiks kõrgete tööparameetritega auru tootmiseks, arendati välja vajalike tööparameetritega veetorukatel.

Soojusallika järgi liigitatakse laevakatlaid kütuste põletamisel eralduva soojusenergia arvel töötavateks koldega aurukateldeks, heitsoojust (heitgaaside soojust) kasutavateks utilisatsioonikateldeks ja segatüüpi kateldeks.

• Koldega aurukatlad töötavad orgaanilistel kütustel (raskekütused, masuudid või diislikütused; LNG tankerite kateldes maagaas), mida põletatakse kolderuumis.
• Utilisatsioonikateldes kasutatakse soojusallikana peadiiselmootorite või gaasiturbiinide heitgaaside soojusenergiat auru tootmiseks laeva käigu ajal. Utilisatsioonikateldes kolle puudub. Kuumad heitgaasid suunatakse küttepindadele, kus nad annavad osa oma soojusest vee aurustamiseks ja ülekuumendamiseks.
• Segatüüpi katlad on varustatud koldega ja on ühendatavad peamasinate heitgaaside süsteemiga. Need katlad töötavad laeva seisu ajal tavaliste abikateldena vedelkütusel, sõidu ajal utilisatsioonikateldena.

Auruparameetrite järgi võib laevakatlaid liigitada madalrõhu-, keskrõhu- ja kõrgrõhukateldeks.

• Madalrõhukatlad on aurukatlad töörõhuga kuni 2 MPa. Mootorlaevade abikateldest ja utilisatsioonikateldest enamik ning eranditult kõik leektorukatlad on madalrõhukatlad.
• Keskrõhukatlad on katlad töörõhuga 2…3,5 MPa. Mootorlaevadest võivad keskrõhu- katlad olla kasutusel abikateldena suurtel diiseltankeritel.
• Kõrgsurvekatlad on katlad töörõhuga üle 3,5 MPa. Kõrgrõhukatlaid kasutatakse ainult auruturbiinlaevadel peakateldena.

Kõik kesk- ja kõrgrõhukatlad on veetorukatlad.

Autor: Jüri Kask

Allikad

• Heino Punab. Laeva jõuseadmed. Tallinn 2008
• MerLe