Проблемы эксплуатации судовых дизелей на различных видах топлива

2. Создание автоматизированных систем управления техническим и вспомогательным флотом (АСУ ТВФ) в качестве подсистем речных информационных служб (РИС) для обеспечения эффективной работы вышеуказанных флотов, с включением в структурную схему АСУ ТВФ очень важной с точки зрения безопасности судоходства системы дистан-

ционного мониторинга СНО на основе АИС-технологий и дифференциальных подсистем ДГЛОНАСС/ DGPS.

3. Разработка нормативной базы АСУ ТВФ и технических требований к оборудованию, предназначенному для постановки, обслуживания и мониторинга СНО.

Список литературы

1. Гришанин К. В. Водные пути / К. В. Гришанин, В. В. Дегтярев, В. М. Селезнев. — М.:

Транспорт, 1986. — 400 с.

2. Рудых С. В. Основные характеристики и особенности эксплуатации технического и вспомогательного флотов на внутренних водных путях России / С. В. Рудых // Морская радиоэлектроника. — СПб., 2010. — Вып. 3 (33)-4 (34). — С. 6-10.

3. Егоров Г. В. Обоснование необходимости строительства новых судов технического флота / Г. В. Егоров, Н. В. Автутов, Д. В. Чериков // Вюник ОНМУ. — Одеса: ОНМУ, 2010. — Вип. 31.

4. Каретников В. В. Автоматизация судовождения / В. В. Каретников, В. Д. Ракитин,

А. А. Сикарев. — СПб., 2007. — 264 с.

УДК 621.43 В. Г. Митягин,

Рассмотрены актуальные вопросы эксплуатации и обеспечения экологической безопасности судовых дизелей, работающих на топливах с различной вязкостью. Предложены рекомендации по работе дизеля на тяжелом топливе, а также рассмотрено внедрение теплотехнических приборов и систем контроля, которые повышают экономичность и долговечность судовых дизелей.

The authors consider topical questions of operation and ecological safety of diesel engines operating with fuels of different viscosity. Recommendations for operation with heavy fuel are proposed. Also, application of heat engineering appliances and control systems which improve the economy and durability of diesel engines is considered.

СПГУВК;

В. Н. Окунев,

канд. техн. наук, доцент, СПГУВК;

В. В. Мартьянов,

ассистент,

СПГУВК

ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕИ НА РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ТОПЛИВА

PROBLEMS OF SHIP DIESEL ENGINES OPERATION WITH DIFFERENT KINDS OF FUEL

Выпуск 3

Выпуск 3

Ключевые слова: судовые дизели, топливоподготовка, бункеровочное топливо, вязкость, сепарация, регулировка, теплотехнические приборы, топливная аппаратура, экономическая эффективность.

Key words: diesel engines fuel preparation, bunker fuel, viscosity, separation, heat engineering appliances, fuel gear, economy effectiveness.

В ПОСЛЕДНИЕ годы перед судовладельцами остро встала проблема роста цен на бункеровочное топливо. В связи с этим многие компании-судовладельцы вновь стали рассматривать вопросы применения на судах более дешевых тяжелых сортов топлива, альтернативных дорогостоящим легким сортам. Сложившаяся ситуация усугубляется еще и тем, что качество судовых тяжелых топлив в целом ухудшается, ввиду того, что нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) стремятся к повышению выработки из нефти легких фракций.

Одновременно с ростом цен и снижением качества топлива ужесточаются требования к уровню выбросов вредных веществ с отработанными газами судовых дизелей.

В июле 2010 г. вступила в силу новая редакция Приложения VI Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов MARPOL 73/78), предусматривающая более жесткие требования к судам.

Нововведения коснулись практически всех групп вредных выбросов, включая и N0^ Согласно новым требованиям вводится трехступенчатая система стандартов выбросов оксидов азота N0^ первая ступень — для судов, построенных до 01.01.2011 г. (действующие в настоящее время нормативы для судов постройки 2000 г. и позже). Вторая — для судов, построенных после 01.01.2011 г. (снижение нормативов по окислам азота на 20 %). Третья — для судов, построенных после 01.01.2016 г. (снижение выбросов окислов азота на 80 %). Заметим, что указанные требования не применяются к судам длиной менее 24 м и мощностью менее 750 кВт.

Очевидно, что требования первой ступени практически не оказывают влияния на деятельность бункерного рынка. Что касается обеспечения нормативов второй ступени, то снижения уровня выбросов можно достичь как изменением конструкции двигателей, так и вида топлива.

На третьей ступени столь существенного снижения нормативов можно достичь

только сменой вида топлива, применяемого на судах.

В отношении ограничения выбросов оксидов серы SOx можно отметить следующее: содержание серы в топливе, используемом на судах, не должно превышать 4,5 % по массе до 01.01.2012 г., 3,5 % — после 2012 г. и 0,5 % — после 01.01.2020 г. В особых районах контроля выбросов оксидов серы, так называемых зонах SECA, назначаемых Международной морской организацией (IMO), разрешается использование топлив со следующим содержанием серы: 1,5 % — до 01.07.2010 г., 1,0 % — с 01.07.2010 г. до 01.01.2015 г., а после 01.01.2015 г. содержание серы в топливах не должно превышать

0,1 %. Заметим, что в настоящее время статус зон SECA назначен IMO Балтийскому и Северному морям.

На сегодняшний день, по данным мониторинга IMO, среднее содержание серы в топливе равно 3,7 %. Под давлением судоходных и нефтяных компаний IMO приняла решение провести в 2018 г. обзор состояния топливного рынка с точки зрения достаточности поставок, стоимости, потребности в топливе. Исходя из полученных данных, планируемый общемировой уровень 0,5 % может быть в дальнейшем пересмотрен. Что касается районов SECA — Балтийского и Северного морей, эти цифры не будут пересматриваться в сторону уменьшения.

Введение новых норм на выбросы, по мнению экспертов, дополнительно повлияет и на без того сложную ситуацию на бункерном рынке, а в особенности на стоимость низкосернистых топлив.

В последнее время соотношение цен на различные виды жидкого топлива несколько нормализовалось, так, например, флотский мазут Ф-5 (одно из перспективных топлив для судовых среднеоборотных дизелей) стал почти вдвое дешевле дизельного топлива. Благодаря этому перевод дизелей на тяжелые сорта топлива вновь становится актуальной задачей. Бытует мнение, что перевод крупнотон-

нажных судов с дизельного и средневязкого топлива на высоковязкие сорта мазута может позволить снизить затраты на бункеровочное топливо в два раза. При этом отмечается, что нормальная работа судовых двигателей с определенными характеристиками может быть обеспечена достаточно широким диапазоном марок мазута. К примеру, это могут быть не только мазуты марок 1Б0 30 или 1Б0 180, но и сравнительно более дешевый 1Б0 380. Указанные топлива изготовляются из остаточных и среднедистиллятных продуктов переработки нефти. По информации в прессе компании «Мурманский траловый флот», «Морская Звезда», ИНОК, «Волга-Нева», «БеломорскоОнежское пароходство» и другие перевели свои суда на мазут.

Основной проблемой при переводе дизелей на тяжелое топливо, как известно [1; 2], является ухудшение качества рабочего процесса, приводящее к возрастанию расхода топлива и смазочных материалов, к увеличению скорости изнашивания цилиндропоршневой группы и топливной аппаратуры. А при работе на тяжелых сортах мазута, кроме всего прочего, возникает проблема крайне низкого качества топлива, иногда по плотности превышающего плотность воды, что создает дополнительные трудности при очистке данного топлива.

Процесс подготовки мазута состоит из нескольких ступеней, требующих установки специального оборудования: очистки в сепараторах и фильтрах, подогрева, выполняемого на основе электроподогревателей, паровых кожухотрубных или пластинчатых теплообменников, и непосредственной подготовки вязкости, требуемой заводом-изготовителем судовых дизелей, обеспечиваемой при помощи так называемых бустерных модулей.

У двухтопливных дизелей режим перевода дизеля с маловязкого топлива на высоковязкое и обратно зачастую сопровождается отказом в работе прецизионных пар топливного насоса высокого давления (ТНВД) и форсунок. Неисправности возникают вследствие резкого охлаждения или нагрева деталей прецизионных пар. Различная скорость охлаждения или нагрева сопровождается изменением геометрических размеров этих деталей, в результате чего происходит зависание

плунжеров во втулках или форсуночных игл в направляющих.

Работа деталей прецизионных пар протекает нормально при их постепенном нагреве или охлаждении. Это обеспечивается постепенным изменением соотношения мало- и высоковязкого топлив в смеси и предварительным подогревом маловязкого топлива, чтобы трубопроводы, форсунки и ТНВД успели нагреться до подачи в них высоковязкого топлива. Дизельное топливо допускается подогревать до такой температуры (323-333 К), при которой его вязкость будет не ниже 2 мм2/с (1,1° ВУ), иначе резко ухудшится смазывающая способность топлива, что может привести к закаливанию прецизионных пар.

Постепенный переход с одного топлива на другое (в зависимости от объема смесительной цистерны) обычно осуществляется в течение 20-40 мин при частоте вращения вала дизеля не более 80-85 % номинальной.

Как правило, этого времени достаточно для нагрева или охлаждения деталей прецизионных пар примерно с одинаковой скоростью.

Ввод дизеля в режим после перевода на высоковязкое топливо осуществляют в соответствии с инструкцией по эксплуатации, после чего включают автоматический регулятор вязкости топлива.

Дизель переводят с высоковязкого на маловязкое топливо обычно за 1-1,5 ч перед предполагаемой длительной остановкой. Это делают для того, чтобы полностью удалить тяжелое топливо из всех элементов системы, очистить втулки цилиндров, поршни и газовыпускной тракт от коррозионных продуктов и смолистых образований. После перевода дизеля на маловязкое топливо автоматический регулятор вязкости топлива выключают. Понижение температуры топлива достигают постепенным перекрытием пара на топливо-подогреватель.

При использовании только тяжелых топлив требуется более сложная система топ-ливоподготовки. Система должна быть обору-^151 дована гомогенизатором, сдвоенным полнопоточным фильтром с паровым подогревом, вискозиметром, топливорасходомером, трубопроводом рециркуляции с редукционным клапаном поддержания постоянного давления

Выпуск 3

Выпуск 3

топлива перед ТНВД. Топливные трубопроводы должны иметь спутниковый обогрев и тепловую изоляцию. Сепарацию тяжелых топлив следует осуществлять в две стадии: пурифика-ция и кларификация в режиме 25-30 % номинальной производительности каждого сепаратора. Рекомендуется дополнительная фильтра-

ция с отсевом частиц размерами до 5 мкм, а также химическая обработка тяжелых топлив для очистки от сажи. Появляется необходимость более частых регулировок топливной аппаратуры. ТНВД регулируют на равномерность подачи топлива по цилиндрам для малооборотных (МОД) дизелей через 500-700 ч

Рис. 1. Принципиальная схема системы топливоподготовки:

1, 2 — расходные танки тяжелого топлива; 3, 4 — расходные танки смеси и дизельного топлива; 5, 9,15 — топливные насосы; 6, 8 — расходомеры; 7 — смеситель-дозатор;

10 — сепаратор топлива; 11 — паровой подогреватель; 12 — насос сепаратора топлива;

13,16,17 — топливные фильтры; 14 — пароэлектрический подогреватель;

I — трубопровод подачи топлива к главным двигателям;

II — трубопровод подачи топлива к вспомогательному котлу:

— тяжелое топливо;

--------- — дизельное топливо;

---------— топливная смесь

работы, для среднеоборотных (СОД) — через 750-1000 ч (целесообразно ежемесячно), а также по углу опережения подачи топлива.

При переходе на тяжелое топливо рекомендуется увеличить угол опережения подачи на 1-4° и использовать охлаждаемые распылители форсунок. Форсунки регулируют на давление впрыска: для МОД через 300 ч, для СОД через 500 ч. Неравномерность подачи топлива контролируют распределением температур отработанных газов и максимального давления сгорания Р

Внедрение теплотехнических приборов контроля — топливных расходомеров, газоанализаторов, аппаратуры для оценки технического состояния дизеля и контроля регулировки топливоподающей аппаратуры — также повышает экономичность и долговечность судовых дизелей, предназначенных для работы на тяжелом топливе.

Снизить эксплуатационные расходы и одновременно повысить экологические показатели судовых дизелей может применение топливных смесей. Количество тяжелого и легкого топлива для приготовления смеси можно выбирать индивидуально, исходя из типа двигателя, условий эксплуатации и требований к эксплуатационным и экологическим показателям. На судах, работающих на тяжелом топливе, можно рекомендовать установку дополнительных топливных танков дизельного топлива и оборудования системы топливоподготовки смесителями-дозатора-

ми. Внедрение подобных систем с установкой смесителей-дозаторов УЗГСф-5000 производилось на рыболовецких судах типа «Остров Русский».

Принципиальная схема топливоподго-товки, оборудованной смесителем-дозатором, представлена на рис. 1.

Расчет экономической эффективности модернизации топливной системы можно определить по формуле

Эт = Нд.Цд-Нд.Цд-Н;т.Цтт,

где Нд — годовая норма расхода дизельного топлива на ГД до модернизации;

*

Нд — годовая норма расхода дизельного топлива на ГД после модернизации;

*

Н ТТ— годовая норма расхода тяжелого топлива на ГД после модернизации;

Цд — цена дизельного топлива;

ЦТТ — цена тяжелого топлива.

Экономическая эффективность проведенной модернизации может быть оценена по годовому экономическому эффекту, рассчитанному по формуле

Э = ЛЭТ-С-ЕНКД,

где А = 1 — относительный годовой объем продукции после внедрения мероприятий по экономии (считаем, что на производительность судна мероприятия не повлияли);

С — ежегодные сопутствующие дополнительные текущие расходы (затраты на ремонт установленного оборудования, эксплуатационные расходы из-за уменьшения интервалов моточистки, неучтенные расходы);

ЕН = 0,1 — коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (для морского транспорта);

Кд — дополнительные единовременные затраты (оборудование, разработка и внедрение проекта и т. д.).

Список литературы

1. Селиверстов В. М. Экономия топлив на речном флоте / В. М. Селиверстов, М. И. Браславский. — Л.: Транспорт, 1983. — 230 с.

2. Фомин Ю. Я. Применение тяжелых топлив в судовых дизелях / Ю. Я. Фомин, Э. М. Половинка, В. И. Шестопалов. — Л.: Транспорт, 1971. — 192 с.

3. Николаев Н. Эксплуатационные параметры среднеоборотного двигателя при различных видах топлив / Н. Николаев, О. Гинда, А. Жук // Морской флот. — 2007. — № 5. — С. 54-56.

4. Возницкий И. В. Современные судовые среднеоборотные двигатели / И. В. Возницкий. — СПб.: КСИ, 2005.

Выпуск 3