Анализ влияния каталитических частиц на рабочие характеристики и новый стандарт по обеспечению безаварийной эксплуатации судовых дизеле

 

Рис. 12. Упрощенная схема испытательной  установки для определения сертифицированной  величины расхода.

 

Все центробежные сепараторы способны обеспечить очистку от частиц, размер которых превышает 10 микрон, тогда как сепарация частиц размером менее 2,5 микрон оказывается слишком трудной задачей при интересующих величинах производительности.

 
В процессе лабораторных испытаний, принципиальная схема которых показана на Рис.12, смесь синтетического масла и пластмассовых частиц нагревается до температуры, которая обеспечивает ей ту же вязкость, какую имеют топлива (380 сСт и 700 сСт при 50°C) при нагреве до нормальной температуры сепарации 98°C. Затем смесь подается через центробежный сепаратор при различных величинах скорости подачи, и на определенных интервалах времени производится отбор проб после разгрузки.

 
30-минутная продолжительность интервала  после разгрузки была выбрана  потому, что примерно через 15 - 20 минут после разгрузки эффективность  сепарации, как правило, снижается, а затем стабилизируется с переходом в установившийся режим. Правильное определение показателя эффективности сепарации возможно только после перехода системы в этот установившийся режим.  

Сертифицированная  величина расхода  центробежных сепараторов определяется как производительность, при которой достигается удаление 85 процентов пластмассовых частиц через 30 минут после начала испытания.  Определение производительности и эффективности осуществляется путем соответствующих измерений.

 

 

 

 

 

 

 

28 (32 из 40)

 

 

Сравнение с реальными эксплуатационными  условиями

 
Разработка стандарта на основе оценки результатов испытаний при  использовании реальных каталитические частиц в реальном тяжелом топливе  невозможна. Характерным для топлив является также изменение как их химических, так и физических свойств, например, плотности и вязкости.

 
Ввиду широкого диапазона этих изменений, используя реальные бункерные топлива  невозможно получить воспроизводимые  и сопоставимые результаты испытаний.

 
Хотя метод модельных испытаний имеет отдаленное отношение к реальным бункерным топливам и загрязняющим примесям, он является намного более реалистическим, нежели любые теоретические вычисления и позволяет моделировать присутствие частиц в тяжелом топливе, включая каталитические частицы.

 
Испытания центробежных сепараторов  от трех различных поставщиков проводились  в испытательной установке для  модельных испытаний с использованием синтетического масла, так же как  реальных тяжелых топлив. Сравнение результатов показывает, что метод модельных испытаний дает результаты, которые соответствуют данным для реальных тяжелых топлив. Другими словами, центробежные сепараторы, показавшие лучшие рабочие характеристики при использовании реальных тяжелых топлив, также показали лучшие рабочие характеристики при использовании синтетического масла. Кроме того, различия в рабочих характеристиках, отмеченные между различными центробежными сепараторами, были подобны независимо от типа испытуемого топлива /масла.

 
Таким образом, оценка центробежных сепараторов согласно результатам, полученным на основе метода модельных испытаний, дает показатели, позволяющие судить о работе центробежного сепаратора в реальных эксплуатационных условиях, а также свидетельствующие, что любые различия между центробежными сепараторами в испытательных условиях наиболее вероятно отражают различия, которые имели бы место при испытаниях в реальные эксплуатационных условиях.

 
Определение показателя CFR основано на хорошо обоснованных величинах производительности центробежных сепараторов, которые использовались в судостроении и судоходстве на протяжении десятилетий. Использование показателей производительности CFR обеспечивает возможность преобразования в достоверные рабочие характеристики сепарации.

 
Обоснование выбора метода модельных испытаний

 
Рассмотрим два различных  сценария, в которых топливо содержит каталитические частицы в максимально  допустимых количествах, но распределение  размеров частиц при этом различно. При первом сценарии, соответствующем наилучшему случаю, топливо содержит только частицы крупных размеров, и эффективность сепарации составляет 100 процентов; во втором, худшем варианте, размеры всех частиц, содержащихся в топливе, составляют около субмикрона, и эффективность сепарации нулевая (Рис. 13).

 

 

29 (33 из 40)

 

 

Наилучший случай				Наихудший случай
Крупные частицы – сепарация 100%			Мелкие частицы – сепарация 0%

 

Рис. 13. Различие в характеристиках  сепарации, обусловленное различием  размеров частиц.

 
В действительности, распределение по величине частиц в тяжелом топливе находится в диапазоне между этими двумя предельными значениями. Если установленный предел содержания каталитических частиц в топливе 80 ppm, а максимальная величина общепринятая изготовителями двигателей составляет 15 ppm, то, следовательно, системы очистки топлива должны обеспечивать эффективность сепарации, как минимум, 81 процент. Это показывает, почему для сравнения рабочих характеристик различных центробежных сепараторов требуется достоверный метод, которым является метод модельных испытаний, моделирующий фактические эксплуатационные условия.

 
Сертификация типа

 
На сегодняшний день свидетельства  о сертификации типа, касающиеся сертифицированной  величины расхода, выданы шестью классификационными обществами. Одним из этих классификационных обществ является «Норвежский Веритас» (Det Norske Veritas), которое, кроме всего прочего, на добровольных началах определило новое Топливо для Обозначения Класса, концепция которого включает сертификацию типа (CFR). Другими пятью классификационными обществами являются:

 

Американское бюро перевозок (American Bureau of Shipping)

Китайское общество по классификации морских судов (China Ship Classification Society)

Общество Германский Ллойд (Germanischer Lloyd)

Британский Судовой регистр Ллойда (Lloyd’s Register)

Российский морской регистр судоходства.

 

Альфа Лаваль является первым поставщиком, который получит сертификацию типа (CFR). Это касается всего семейства новых S-сепараторов Альфа Лаваль.

 

 

 

 

30 (34 из 40)

 

 

Экономические аспекты

 
Подсчитать, какой экономический  эффект может быть получен в результате применения к центробежным сепараторам  концепции определения размеров судовых систем очистки топлива  на основе Сертифицированной величины расхода (CFR) вместо таблиц Максимальной рекомендуемой производительности (MRC), устанавливаемой изготовителями, не представляется возможным. Это обусловлено как различными параметрами технологических процессов, не поддающимися учету, так и изменяющимся качеством топлива.

 
Поскольку величины производительности, устанавливаемые в таблицах MRC более высоки, нежели аналогичные показатели из таблиц CFR, системы центробежной сепарации, выбираемые на основе данных таблиц CFR будут, как правило, состоять из более крупных и более дорогих центробежных сепараторов, нежели аналогичные установки, выбираемые на основе данных таблиц MRC.

 
Однако результаты должны в свою очередь учитывать повышенную эффективность  сепарации и снижение количества каталитических частиц в топливе, впрыскиваемом  в двигатель. Это не только снизит эксплуатационные расходы в силу меньшего абразивного износа, но, что еще более важно, повысит возможности по избежанию вывода из строя компонентов двигателей.

 
В настоящее время, какие-либо объективные  данные, которые позволяли бы сравнить фактический эффект использования таблиц CFR вместо таблиц MRC, отсутствуют. Тем не менее, приблизительные расчеты, касающиеся периода окупаемости в зависимости от принимаемых допущений о снижении износа двигателей, представлены ниже.

 
Если в среднем может быть достигнуто снижение износа на пять процентов, то установка центробежных сепараторов при выборе их на основе таблиц CFR, по существу, окупается в течение от одного до трех лет. При достижении снижения износа в 10 процентов, время окупаемости оказывается значительно короче, составляя величину от шести месяцев до двух лет.

 
Вложение средств в систему  очистки топлива составляет обычно от 0,5 до 1,5 процентов общих затрат на годовое потребление топлива. Это указывает на целесообразность вложения средств в достаточно крупноразмерную систему очистки топлива. Эта единовременная инвестиция позволила бы впоследствии закупать более дешевое топливо в течение длительного срока эксплуатации.

 
Другими словами, вложение авансом  серьезной суммы в систему  очистки топлива, устанавливаемую на основе нового стандарта на рабочие характеристики сепарационных систем может принести, в конечном счете, большую экономию в эксплуатационных расходах, исключая какие-либо компромиссы, ставящие под угрозу безопасность судна.

 

 

 

 

 

31 (35 из 40)

 

 

 

Определение размерных характеристик систем очистки топлива

 
Определение требуемых размеров центробежных сепараторов 

 
Правильное определение требуемых  размеров сепараторов имеет исключительно  важное значение. При определении  общего потребного расхода установки для очистки, в расчет должен быть включен расход топлива вспомогательными двигателями и котельными агрегатами, если таковые имеются.  На сегодняшний день выбор соответствующего сепаратора осуществляется по данным таблиц производительности, издаваемых изготовителями сепараторов и двигателей.

  
Если в основу определения расхода топлива закладывается Максимальная Длительная Мощность (MCR) двигателей, тогда может использоваться следующая формула: 

 

			(л/ч)
Q	=	Расход топлива (л/ч)
p	=	MCR (кВт или л.с.)
b	=	Удельный расход топлива (кг/кВт-ч  или кг/л.с.-ч.) – устанавливается  изготовителем двигателя
r	=	Плотность топлива (принимается равной 0,96 кг/л)
T	=	Чистое время ежедневной наработки  сепаратора (кол-во часов за 24-часовой рабочий день).

 

Испытания для определения  удельного расхода топлива обычно проводятся с использованием дистиллятного  топлива, и, вероятно, потребуется корректировка  результатов с помощью специального коэффициента для учета так называемых условий «несоответствия ISO» (non-ISO). Принимается допущение, что поставщик двигателя включает соответствующую величину в вышеупомянутый коэффициент b.

 
Соотношение сертифицированной  величины расхода и максимальной рекомендуемой производительности

 
Максимальная рекомендуемая производительность

 
Поставщики центробежных сепараторов  устанавливают максимальную рекомендуемую  производительность (MRC) для каждого  агрегата согласно индивидуальным критериям, которые обычно не известны и абсолютно  не сопоставимы. Поставщики имеют склонность рекомендовать более высокие значения производительности для отдельных агрегатов, обеспечивая себе простой способ сохранения конкурентоспособности.

 

 

 

 

 

 

32 (36 из 40)

 

 

Сертифицированная величина расхода

  
Сертифицированная  величина расхода сепаратора (CFR) определяется в соответствии с стандартом на рабочие характеристики сепарационных систем. Использование показателя CFR при принятии решения на установку центробежных сепараторов обеспечивает правильный выбор требуемых размеров центробежного сепаратора для получения желаемых рабочих характеристик и, таким образом, обеспечивает безопасность эксплуатации двигателя.

 
Обычный показатель требуемой  производительности

 
Показатель требуемой производительности учитывает несколько коэффициентов безопасности, которые вместе обеспечивают надлежащую работу выбранного центробежного сепаратора. Обычное требование, основанное на размере центробежного сепаратора, не является унифицированным, и подразумевает, как правило, использование целого ряда неизвестных коэффициентов безопасности.  
Например, определение размеров центробежного сепаратора с использованием нижеуказанных условий приводит к предъявлению значительно более высоких требования к размеру сепаратора, нежели фактически необходимые размеры.

 

Требование для резервных центробежных сепараторов.

Определение потребной вязкости тяжелого топлива 700 сСт, тогда как обычно сжигается топливо 380 сСт.

Эксплуатация при 100 % MCR, тогда как типичной является мощность 85 %.

Коэффициент для учета условий «несоответствия ISO» определяется, к примеру, равным 1,18, даже если этот коэффициент уже включен в величину Удельного расхода топлива (SFOC), устанавливаемую изготовителем двигателя.