Характеристики топлив для судовых двигателей

Топливо для судовых дизелей

Топливо для судовых дизелей

Тип топлива, которое может использовать судовой двигатель – вторая по важности его характеристика, после мощности. Есть два основных вида топлива – дизель (MDO, Marine Diesel Oil) и тяжелое топливо (HFO, Heavy Fuel Oil). Про сжиженный природный газ (Liquefied Natural Gas, LNG) поговорим отдельно.

Тяжелое топливо имеет гораздо более высокую вязкость, чем дизельное, при той же самой температуре. Образует нагар и много сажи. Выхлоп содержит больше серы, чем от дизеля. HFO требует подогрева до 40°С даже для того, чтобы качать его из танков, и до 120°С для того, чтобы впрыснуть в цилиндры двигателя – а это дополнительные сложные системы, работающие от электричества, горячей воды или пара. Главное достоинство тяжелого топлива, при всех его недостатках – низкая цена, на 30-40% дешевле дизельного. Кроме того, оно тяжелее, а значит, в танк войдёт больше топлива по массе.

HFO может использоваться в среднеоборотных и тихоходных двигателях, высокооборотные двигатели пока требуют качественного дизельного топлива.

Дизельное топливо гораздо более «чистое» и требует лишь удаления возможных загрязнений, в том числе воды (сепарация) перед подачей в цилиндры. Сепараторы – это специальные центрифуги, в которых более плотные вода и грязь отделяются от топлива. Тяжёлое топливо тоже проходит очистку в сепараторах, только при высоких температурах.

Универсальность

Двигатели, работающие на тяжелом топливе, на самом деле универсальные и без проблем (и даже с удовольствием!) работают на дизеле. Более того, им всё равно приходится работать на лёгком топливе в водах Европы, борющейся за экологию, при пуске и во время маневров.

Если инженеры и конструкторы смогут научить работать на тяжелом топливе высокооборотные судовые двигатели, это будет почти что революция – получится сэкономить тысячи и тысячи тонн металла и километры пути, которые мотористы нахаживают за смену вокруг малооборотного двигателя размером с многоэтажный дом. При той же мощности высокооборотные двигатели в разы меньше и легче.

Путь топлива

Топливо для судовых двигателей хранится на борту в особых резервуарах, танках. Танки устраивают так, чтобы наружный борт судна никогда не был стенкой танка, обязательно должно быть два слоя металла. Это предохраняет топливо от попадания воды при повреждении борта, и, наоборот, препятствует розливу топлива при авариях.

Судно-бункеровщик закачивает топливо прямо в танки, при этом завзятые курильщики должны потерпеть – курение на палубах во время бункеровки строго запрещено. Из танков топливо забирается в небольшой бак в машинном отделении, откуда попадает в высокий и узкий бак-отстойник, где вода и грязь частично оседают на дно. Отстоявшееся топливо проходит через сепаратор и накапливается в баке для чистого топлива. Вода и грязь из сепаратора возвращаются в отстойник, откуда периодически выкачиваются и утилизируются.

Топливный насос и инжекторы

Классический дизель имеет отдельный насос высокого давления для каждого цилиндра. Топливо в них подает насос низкого давления. Насос высокого давления впрыскивает топливо в цилиндр через инжектор, распыляющий его внутри. Количество попавшего в цилиндр топлива при этом определяется сечением форсунки инжектора, давлением, создаваемым насосом, и временем, пока это давление действует. Лишнее топливо стекает обратно в бак.

Современный дизельный двигатель имеет систему подачи топлива Common Rail (на русском – «аккумуляторную»). В ней единственный насос высокого давления (в просторечии ТНВД) закачивает топливо в общую магистраль (англ. Common Rail) большого объёма, аккумулятор. Оттуда топливо через гидроклапаны, управляемые электроникой, попадает в форсунки и цилиндры. Регулирует процесс компьютер двигателя. Это позволяет очень точно дозировать топливо для каждого цилиндра, причём независимо от угла поворота коленвала. Это обеспечивает высокий КПД двигателя и позволяет снижать содержание вредных веществ в выхлопе.

Сжиженный природный газ

Здесь мы пока не касались двигателей, работающих на сжиженном природном газе (LNG) и, соответственно, стоящих на судах-газовозах. Эта технология появилась и развивалась вместе с газовозным флотом. На газовозах сжиженный газ хранится в танках низкого давления при температуре -163°С.

Газ в качестве топлива используется не в чистом виде, а с добавлением 5-10% обычного топлива, MDO или HFO. В двухтактных и четырёхтактных дизелях, работающих на LNG, используется разный принцип воспламенения горючей смеси.

1. В четырёхтактных двигателях это классика, принцип Отто – воспламенение от внешнего источника тепла (свечи). Газ поступает в цилиндры под низким давлением как часть горючей смеси. Поэтому мощность двигателя несколько снижается по сравнению с работой на обычном топливе – в камеру сгорания попадает меньше топлива.
2. В двухтактных двигателях по-прежнему используется принцип Дизеля – воспламенение за счет давления. Есть два способа:

• Первый способ – газ впрыскивается в цилиндр в виде жидкости под давлением 600 бар через отдельный инжектор. Но проблема в том, что газ под давлением не воспламеняется. Поэтому дополнительно впрыскивается около 5% дизельного топлива, это обеспечивает воспламенение смеси.
• Второй способ – газ подаётся в камеру сгорания под низким давлением, сжимается цилиндром, а воспламенение также обеспечивается впрыском обычного топлива в нужное время.

Соотношение MDO (или HFO) и природного газа контролируется компьютером, управляющим мощностью двигателя.

Природный газ – очень чистое топливо, и даже в смеси с тяжелым топливом двигатель удовлетворяет всем нормам в зонах контроля выбросов (ECA).

Вне газовозного флота внедрение двигателей на сжиженном природном газе сдерживается трудностями с логистикой этого вида топлива.

Ультрарешение

Первые шаги в направлении перевода морского транспорта на более экологичные виды топлива мировое сообщество сделало в 2010 году, когда были сформированы зоны SECA (Sulfur Emission Control Areas). В этих зонах, куда на сегодняшний день входят акватории Северного и Балтийского морей, пролив Ла-Манш, Карибское море и зоны США и Канады, введен запрет на использование высокосернистого топлива: с июля 2010 года уровень серы был ограничен на отметке 1%, а с 2015 года — 0,1%. Такие меры потребовали от судовладельцев и операторов флота, маршрут которых пролегает через зоны SECA, пересмотреть используемые топлива и перевести судовые двигатели с мазута с высоким и средним содержанием серы на ультранизкосернистые продукты.

Зоны контроля выбросов выбросов оксидов серы, азота и углерода, а также твердых частиц (Emission Control Areas, ЕСА)

В качестве соответствующих ограничениям топлив судовладельцы, как правило, рассматривают следующие варианты: MGO (Marine Gas Oil) — газойль, ULSFO (Ultra Low Sulfur Fuel Oil) — судовые топлива с ультранизким содержанием серы, в производстве которых используются как легкие, так и тяжелые компоненты, а также LNG (сжиженный природный газ).

В перспективе природный газ может стать одной из главных топливных альтернатив для мирового судоходства, однако Россия существенно отстает от стран Запада по темпам развития СПГ-инфраструктуры. По данным министерства транспорта России, первые бункеровочные терминалы на Балтике (Высоцк, Калининград) появятся только в конце 2018 — начале 2019 годов. В дальнейшем должен быть запущен крупный проект «Балтийский СПГ» в порту Усть-Луга. Впрочем, пока этот рынок еще очень мал — к 2018 году в мире будет зарегистрировано около 150 судов на сжиженном газе. Это менее 1% мирового торгового флота грузоподъемностью свыше 300 тонн. При этом около 70% из работающих на СПГ судов приписаны к портам Норвегии.

Кроме ультранизкосернистых и газовых топлив, рынок предлагает еще одно решение — установку на суда скрубберов — специальных устройств, очищающих продукты горения мазутного топлива (см. врез).

Судовое ULSFO-топливо существенно дороже традиционного мазута: разница в цене в портах России составляет 150 долларов США за тонну. Чтобы уменьшить расходы, на большинстве судов хранят в танках два вида горючего: ультранизкосернистое для зон SECA и обычный мазут для всех остальных водных пространств.

К 2020 году судовладельцев ожидает новый вызов: уровень «топливной» серы по всему миру планируется ограничить на отметке 0,5%. В зонах SECA дальнейших ужесточений не ожидается, однако границы существующих зон могут быть расширены. В экспертной среде активно обсуждается вопрос присоединения к свободным от топливной серы зонам еще и акватории Арктического бассейна, находящегося под особым экологическим контролем у России и стран ЕС. К тому же за чистоту своих вод активно борется Китай, уже вводя повышенные ограничения по сере (до 0,5%) для некоторых регионов.

Судовые скрубберы

Скруббер (англ. «scrubber», от англ. scrub — «скрести», «чистить») — устройство, используемое для очистки твердых или газообразных сред от примесей в различных химико-технологических процессах. Принцип действия скрубберов, устанавливаемых на морских судах, основан на абсорбции серы оксидами цинка. В результате образуются сульфиты и сульфаты цинка, сами по себе относящиеся к опасным веществам, требующим последующей утилизации.

Кроме того, эффективность абсорбентов на поглощение серосодержащих элементов напрямую зависит от их объема, в связи с этим на судах скрубберы могут занимать до 25% полезной площади, что снижает грузоподъемность судна и значительно уменьшает выгоду судовладельцев. Использование скрубберов требует расхода дополнительной энергии, а их установка является довольно дорогостоящим мероприятием.

Этот вебинар будет интересен производителям главных двигателей судов и всем, кто заинтересован в повышении эффективности судов и сокращении выбросов парниковых газов.

Перед судостроительной отраслью постоянно стоит задача выполнения нормативных требований путем повышения энергоэффективности судов и сокращения выбросов оксидов озота, серы и углекислого газа. В то же время, экономические условия складываются так, что только самые эффективные компании выживут на рынке. Компании испытывают на себе давление, что заставляет их искать пути снижения расходов на разработку и одновременного улучшения характеристик судов. В данном вебинаре рассказывается, как численное моделирование систем помогает решать данные трудности и оптимизировать характеристики судовых двигателей. В нем вы найдете ответы на следующие вопросы:

• Является ли основной двигатель достаточно мощным, чтобы выдержать условия эксплуатации судна?
• Как я могу оптимизировать конструкцию системы управления?
• Как двигатель реагирует на тяжелые погодные условия?
• Возможно ли внедрить гибридную двигательную установку или использовать альтернативный вид топлива, такой как сжиженный газ, аммиак или водород?

Обратите внимание!

Вы пользуетесь браузером Internet Explorer, который более не поддерживается разработчиком. Некоторые функции могут работать некорректно. Рекомендуется воспользоваться альтернативным браузером для полноценной навигации по сайту.

Этот вебсайт использует файлы cookie, чтобы улучшить ваш опыт работы с ним и сделать навигацию по сайту более эффективной. Для получения дополнительной информации о том, каким образом мы используем файлы cookie и как поменять настройки вашего браузера, просим вас ознакомиться с нашей Политикой в отношении использования файлов cookie [вставить ссылку].

Закрывая данное сообщение, я подтверждаю и принимаю положения Условий использования, Политики конфиденциальности и Политики в отношении использования файлов cookie, соглашаясь с тем, что мои данные могут быть переданы в США в случае, если я нахожусь вне пределов территории США.

Товары и услуги Mercury Marine могут отличаться в зависимости от региона. Чтобы увидеть товары и услуги, доступные вам, пожалуйста выберите ваше местоположение.

ПРЕИМУЩЕСТВА

Защита от износа

• Высокие показатели щелочного числа обеспечивают эффективную нейтрализацию агрессивных сред, препятствуя износу гильз цилиндра и защищая подшипники от коррозии. Высокоэффективные противоизносные присадки обеспечивают отличную защиту от возникновения задиров и заеданий на кулачках, распределительных валах и подшипниках. Масло Kixx Marine 40 обладает способностью быстро отделять воду и антипенными свойствами.

Эффективное моющее действие

• Масло поддерживает в чистом состоянии картер двигателя и маслосъемные кольца. Предотвращает формирование отложений внутри двигателя. Препятствует преждевременному засорению масляных фильтров. Эффективно противодействует вредным примесям, образующимся в результате сгорания топлива.

• Антиокислительный пакет присадок обеспечивает защиту масла от термических нагрузок, защищает детали двигателя от коррозии и снижает вероятность образования отложений в граничных зонах кольца, способствуя увеличению срока службы масла.

• Предотвращает коррозию деталей двигателя как в рабочем, так и в холодном состоянии.

Сбалансированный пакет присадок

• Обеспечивает экономичную работу двигателя, а также удлиняет межсервисные интервалы.

Преимущества топливных сепараторов Separ 2000

1. Высокая эффективность фильтрации топлива: отделение воды – 100%, отделение твердых частиц загрязнений – 96% (согласно DIN ISO 4020)
2. Гарантируют запуск двигателя в условиях низких температур даже при значительно загрязненном топливе.
3. Долгий срок службы фильтра: отсутствуют движущиеся части в корпусе фильтра.
4. Снабжены функцией обратной промывки, которая упрощает очистку фильтрующего элемента и продлевает срок его службы.
5. Простой монтаж и обслуживание сепараторов Separ 2000.

Судовое маловязкое топливо (СМТ) служит для заправки двигателей судовых энергетических установок. Его часто называют флотским соляром. По своим качествам СМТ значительно уступает дизельному топливу из-за малого цетанового числа (до 45) и высокой сернистости. Такое топливо не может использоваться в дизельном автотранспорте, так как велик риск повреждений топливной системы.

Классификация судового топлива включает множество критериев (по аналогии с ДТ), и если раньше основным параметром считалась вязкость, то сегодня, когда из-за увеличения глубины переработки нефти в топливо включаются тяжелые взвеси, для подтверждения качества необходима более детальная характеристика судового топлива.

Мировые нормы, в том числе и ГОСТ, устанавливают строгие требования к 4-м маркам судовых дистиллятных топлив и 11-ти – остаточных топлив. Они обозначаются буквенными символами с цифрой. Буквы соответствуют обозначению дистиллятов (DM) и остаточных мазутов (RM). Цифра показывает максимальное значение вязкости при 50⁰С.

По степени ухудшения качества дистиллятные сорта располагаются так: DMX, DMA, DMZ, DMB. Сорт DMX наиболее приближен к характеристикам дизельного топлива и считается его аналогом.

Широко распространены зарубежные стандарты на судовое топливо такие, как ISO, BSI, CIMAC. Они регламентируют на топливо судовое маловязкое основные параметры:

1. Вязкость топлива.

Характеризует внутреннее трение, способность сопротивляться движению частиц. Вязкость влияет на сгорание СМТ и бесперебойную работу топливной системы. Вязкость топлива снижается при подогреве.

Пределы нормы кинематической вязкости составляют от 1,4-5,5 мм2/с1 для марки DMX до 11,0 мм2/с1 для DMB.

2. Содержание серы.

Превышение количества серы в топливе вызывает повышенную коррозию деталей топливной системы. Сернистость судового топлива выше, чем дизельного, что делает неприемлемым его применение в двигателях автомобилей.

По сернистости выделяют следующие виды СМТ:

1. до 0,5% — топливо для дизельных генераторов;
2. до 1% — для бытовых нужд, питания с/х установок;
3. до 1,5% — судовое топливо ТУ 38.101567 для котлов отопления.

Нормы определяют наличие серы не более 1% для марки DMX, не более 1,5% — для DMA, DMZ и не более 2% для DMB.

3. Плотность.

Плотность характеризует фракционный состав, испаряемость и химические свойства топлива. При сепарационном очищении топлива разница в плотностях позволяет отделить его от воды.

Нормы плотности СМТ при температуре 15⁰С составляют 0,890 — 0,900 кг/куб. м.

4. Коксуемость.

Твердый остаток от сжигания топлива – показатель коксуемости. Его величина говорит о проценте неполного сгорания топлива. У дистиллятных марок СМТ он низкий (0,3 – 0,5%), а у остаточных доходит до 22%. Показатель коксового остатка прямо пропорционален плотности и обратно пропорционален качеству топлива.

5. Зольность.

Содержание золы обусловлено наличием несгораемых примесей. Часто это естественные элементы добытой нефти, но еще чаще они появляются в процессе перегонки, при длительном хранении и перевозке топлива. Для легких дистиллятных сортов массовая доля золы установлена не более 0,1%, а для тяжелых остаточных – не более 0,2%.

Судовое маловязкое топливо не должно иметь в своем составе неорганических кислот, отработанных смазочных масел, биокомпонентов, дополнительных примесей и механических отходов. Соответствие топлива требованиям мировых стандартов важно для безопасной эксплуатации судов, здоровья персонала и защиты окружающей среды.