İki stroklu gemi dizel motorlarında performans izleme ve değerlendirme uygulaması
Application of performance monitoring and evaluation for two stroke marine diesel engines
Yazar: GÖRKEM KÖKKÜLÜNK
Danışman: DOÇ. DR. HASAN HÜSEYİN ERDEM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Denizcilik = Marine ; Gemi Mühendisliği = Marine Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dizel motorlar = Diesel engines ; Gemi motorları = Ship motors ; Gemi performansı = Ship performance ; Motor performansı = Motor performance ; Yakıt performansı = Fuel performance ; Yük gemileri = Cargo vessels ; İki zamanlı motorlar = Two stroke engines

Özet:
2 Mart 2012 tarihinde MEPC 63. komitesinde enerji verimliliği ölçütlerinin uygulanması için 400 GRT ve üzeri tüm gemilerde düşük karbon salımı ve gemilerin verimli işletilmesi amacıyla Gemi Enerji Verimliliği Yönetim Planı'nın (SEEMP - Ship Energy Efficiency Management Plan) hazırlanması zorunlu hale gelmiştir. MEPC.1/Circ.684 yönergesine göre ise gemilerin verimli işletilmelerinin izlenmesi amacıyla Gemi Enerji Verimliliği Operasyon İndeksi'nin (EEOI - Energy Efficiency Operational Indicator) hesaplanması önerilmiştir. Ayrıca, Avrupa Parlamentosu tarafından Avrupa limanlarına gelen 5000 GRT ve üzeri gemiler için 1 Ocak 2018 tarihi itibari ile zorunlu hale gelecek olan gemi kaynaklı CO2 emisyonları için yakıt sarfiyatını izleme, raporlama ve doğrulama (MRV: Monitoring, Reporting and Verification) yönetmeliği 1 Temmuz 2015 tarihinde yürürlüğe girmiştir.
Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO - International Maritime Organization) ve Avrupa Parlamentosu tarafından oluşturulan yukarıda bahsedilen yönergeler kapsamında gemilerde Enerji Verimliliği Operasyon İndeks hesabının yapılabilmesi için gemi üzerinden bir veri aktarma sistemi aracılığıyla veri akışının sağlandığı ve başta verimlilik olmak üzere performansa etki eden parametrelerdeki değişime bağlı olarak performansta meydana gelen kaybın (bozunumun) izlenmesine imkân sağlayan bir izleme ve değerlendirme sisteminin geliştirilmesine ihtiyaç bulunmaktadır. Alınan verileri derleyerek gemi dizel motorlarında performans izleme ve değerlendirme yapabilecek bir sistemin geliştirilmesi durumunda, hem gemilerin uzaktan (Şirket Teknik Yönetimi) takip edilmesi hem de oluşması muhtemel arıza ve performans kayıpları önceden tespit edilerek önleyici tedbirlerin alınması mümkün olabilecektir.
Uluslararası ölçekte bir değerlendirme yapıldığında, gemilerde kullanılan izleme ve değerlendirme sistemlerinin daha çok geminin pervane, borda, gemi hızı optimizasyonu gibi alanlarla ilgili olduğu görülmektedir. Özel olarak gemi ana makinesi ve sistemleriyle ilgili bir "Performans İzleme ve Değerlendirme Sistemi" nin eksik ya da yetersiz olduğu anlaşılmaktadır.
Bu tez çalışmasında, iki stroklu gemi ana makinesi performansının değerlendirilmesi ve bozunumların hesabı için iki bölgeli bir matematik model kullanılmıştır. Matematik model, M/V İnce İnebolu gemisinin ana makinesinden alınan verilerle doğrulanmıştır. Belirli ortam sıcaklık ve basıncı ile deniz suyu sıcaklığına göre ölçülen indike güç ve özgül yakıt sarfiyat (ÖYS) değerleri, ISO 3046 standartlarında belirtilen çevre şartlarına göre düzeltilmiştir. Ayrıca, ölçüm esnasında makinede kullanılan yakıt alt ısıl değeri fabrika testlerinde kullanılan yakıttan farklı olduğu için üretici firmanın vermiş olduğu ısıl değer düzeltme faktörüne göre de düzeltilmiştir. Güç ve ÖYS değerleri için grafiksel analiz yöntemi (curve based method) kullanılarak toplam bozunum değerleri hesaplanmıştır. Matematik model yardımıyla (model tabanlı analiz yöntemi) hesaplanan toplam bozunumlar; hava giriş sıcaklığı, hava giriş basıncı, püskürtme basıncı, yakıt pompa avansı, sıkıştırma basıncı gibi işletme ve tasarım parametrelerinden kaynaklı bozunumlar ile yıpranma, yaşlanma gibi zamana bağlı olarak meydana gelen diğer bozunumlar olmak üzere ayrıştırılmıştır.
Ayrıştırılan bozunumlar için işletme esnasında giderilebilecek iyileştirmeler, bakım-onarımla yapılabilecek iyileştirmeler, rehabilitasyonla (yenileme) giderilebilecek iyileştirmeler ve yıpranma, yaşlanma gibi geri kazanılması daha zor olan bozunumları analiz edecek kapsamlı bir performans değerlendirme yapılmıştır. Daha sonra ayrıştırılan her bir bozunum için yakın ve uzun vadedeki maliyet boyutlarını dikkate alan ekonomik bozunum modeli geliştirilmiştir. Kullanılan modelle iyileştirici tedbirlerin ekonomik analizleri yapılarak bu tedbirlerin alınması için optimum zaman diliminin belirlenmesi sağlanmıştır. Ayrıca ayrıştırılan her bir parametre için zaman, yakıt fiyatı ve faiz oranı da dikkate alınarak net bugünkü değer yöntemi kullanılarak bozunumun ekonomik boyutu incelenmiştir. Son olarak, bozunumlar sonucunda manevra ve seyir esnasında zamana bağlı olarak çevreye salınan CO2, NOx, SOx, PM ve VOC emisyonlarında meydana gelen değişimler hesaplanmıştır.

Abstract:
Ship Energy Efficiency Management Plan (SEEMP) which was entering into force on 2 March 2012 so as to application of energy efficiency measures, became obligatory for all ships of 400 GRT and above due to lower carbon emissions and energy efficient ship management. According to MEPC.1/Circ.684, Energy Efficiency Operational Indicator (EEOI) was suggested on the purpose of monitoring the efficient ship management. Moreover, European Union will apply MRV (Monitoring, Reporting and Verification) of fuel consumption to ships above 5000 gross tonnage in respect of CO2 emissions released during their voyages from or to European Ports which was entering into force on 1 July 2015.
There is a performance measurement and evaluation system requirement in order to investigate the parameters and interactions affecting energy efficiency and performance degradation of the system with respect to data transfer system to calculate the EEOI within the scope of IMO and EU regulations. In the case of developing a system that investigates the Marine Diesel Engine Performance Monitoring and Evaluation, both Shipping Company Technical Departments could monitor and determine the faults or malfunctions and performance degradation and also preventive maintenance could be taken beforehand.
As in the international status, this kind of systems have included the ship propeller, ship speed optimization etc. It can be said that investigating or developing the system under a special topic as ships main engines and their systems is inadequate and insufficient.
In this study, the performance measurements were taken from the ship named M/V İnce İnebolu and the mathematical model was done for the main engine as two stroke marine diesel engine. The model was verifed with the data of measurements. Afterwards, measuring data were corrected to ambient conditions ISO 3046 (ambient temperature, ambient pressure and sea water temperature) and lower heating value. The total degradation of power and specific fuel consumption values were calculated by using curve based method. The total degradations were separated as scavenge temperature, scavenge pressure, injection pressure, injection timing, compression pressure and others such as wearing and aging by means of mathematical model (model based performance analysis).
The comprehensive evaluation was done for the separated degredations as improvements corrected during operations, improvements with maintenance and repair, improvements that can be corrected with rehabilitation and degradations of difficult to recycling as wear, tear and aging. Afterwards the economic analysis were done with respect to the above mentioned improvements and optimum time for near and future maintenance or repair have been determined. Moreover, Net Present Value method was used for all the parameters considering fuel prices, escalation and rate of interest. Lastly, time dependent greenhouse gas emissions (CO2, NOx, SOx, PM and VOC) according to manoeuvring and sailing situations were calculated.