Подготовка топлива для судов

подготовка топлива

В контексте практических применений аппаратов вихревого слоя ферромагнитных частиц хотелось бы поговорить о таком направлении, как подготовка топлива на судах.

Виды судового топлива

Если сравнить судно с автомобилем по особенностям потребления топлива, то можно выделить два важных отличия. Первое – суда более неприхотливы к типу используемого топлива. Их энергетические установки могут работать с разным горючим:

  1. дизельным топливом (легкое топливо);
  2. мазутом (тяжелое топливо);
  3. различными смесями углеводородов, включая смесь дизельного топлива и мазута.

Двигатель автомобиля обычно расcчитан на потребление какого-то одного вида топлива – бензина, дизельного топлива, биодизеля.

Второе отличие заключается в том, что автомобиль ищет заправку для пополнения запасов горючего. А в случае судна сама «заправка» его находит. В роли «заправки» выступает специальное судно-бункеровщик, которое перевозит судовое топливо в цистернах, а каждая цистерна рассчитана на определенный вид топлива.

На автомобильных заправках топливо, как правило, уже имеет необходимый уровень качества, его сразу можно заливать в двигатель и начинать движение. У судов все обстоит немного иначе, поскольку необходима подготовка топлива.

Подготовка судового топлива – основные проблемы

Рассмотрим пример с флотским мазутом. Качество этого нефтепродукта при транспортировке и хранении ухудшается. В мазуте происходят реакции окисления и полимеризации, в результате которых углеводороды переходят в твердые вещества и выпадают в осадок. В холодную пору года мазут разогревают в железнодорожных цистернах с помощью нагретого пара, при этом происходит обводнение мазута. В худших случаях количество воды во флотском мазуте может достигать 10-15%. Кроме того, сам по себе флотский мазут – вещество вязкое. И, чтобы обеспечить его перекачивание из бункеровочного танкера на судно, также необходим подогрев паром. Это дополнительное обводнение. Обводненный мазут горит плохо, факел постоянно срывается. Происходит перерасход топлива из-за его недожега. Также влияют на полноту сгорания и механические примеси, которые попадают в судовое топливо на этапе хранения и транспортировки. Поэтому перед сжиганием в судовых энергетических установках необходима подготовка топлива.

Традиционные схемы подготовки судового топлива

Перед сжиганием судовое топливо нужно очистить от механических примесей и удалить воду. Допускается также использование обводненного топлива, но в этом случае необходимо получить устойчивую и однородную водотопливную эмульсию. Применение водотопливных эмульсий в судовых энергетических установках имеет дополнительные преимущества:

  • снижения количества вредных выбросов;
  • более высокая эффективность распыливания топлива;
  • повышается устойчивость горения топлива.

При выборе первого варианта, то есть при использовании судового топлива в чистом виде для его подготовки используют сепараторы. Этот способ характеризуется потерей 2-3% горючей части топлива, которая выпадает в виде шлама, а также трудности утилизации отходов сепарации.

Подготовка топлива в виде водотопливной эмульсии осуществляется с помощью гомогенизаторов. Но для работы этих устройств необходимы мощные приводы, а производительность оборудования все равно остается невысокой.

Аппарат вихревого слоя как альтернатива традиционным способам подготовки топлива

Подготовка топлива для судовКомпания GlobeCore предлагает судоходным компаниям альтернативу для подготовки топлива. Основная идея заключается в отказе от традиционных сепараторов и гомогенизаторов. Их место в технологическом процессе подготовки топлива занимает аппарат вихревого слоя ферромагнитных частиц (АВС).

Как сепараторы, АВС также работает на основе принципов физики. Но здесь одно физическое явление порождает другое и за счет воздействия этих явлений на судовое топливо эффективность его подготовки существенно возрастает.

Конструктивно аппарат вихревого слоя – это индуктор электромагнитного поля, рабочая камера и ферромагнитные частицы, которые помещаются в рабочую камеру. При подаче напряжения на обмотку индуктора в рабочей камере появляется вращающееся электромагнитное поле, под действием которого ферромагнитные частицы начинают двигаться по сложным траекториям. Изменение направления движения возникает из-за постоянных соударений частиц друг с другом, со стенками рабочей камеры и с частицами обрабатываемого вещества. В это время в рабочей камере возникают физические и химические процессы, о которых мы говорили выше. Например, при попадании в переменное электромагнитное поле у ферромагнитных частиц возникает магнитострикция, то есть их объем и линейные размеры начинают менятся. Эти изменения приводят к акустическим колебаниям. Также в рабочей камере имеют место высокие локальные давления, интенсивные ударные воздействия ферромагнитных частиц на частицы обрабатываемого вещества, электролиз воды и др. Эти процессы приводят к интенсивному перемешиванию и диспергированию топлива. Происходит измельчение и равномерное распределение по объему топлива асфальтосмолистых включений, воды и механических примесей.

А теперь перейдем к практическим результатам использования аппаратов вихревого слоя в процессах подготовки судовых топлив. Рассмотрим как выполняется подготовка топлива на примере мазута.

Технологическая схема подготовки флотского мазута

Один из возможных вариантов технологической схемы подготовки обводненного мазута с использованием аппаратов вихревого слоя приведен на рисунке 1.

подготовка топлива

Рисунок 1 – Технологическая схема подготовки обводненного флотского мазута с использованием аппаратов вихревого слоя ферромагнитных частиц: 1 – аппарат вихревого слоя АВС-100, 2 – магнитный фильтр, 3 – дозатор, 4 – подогреватель топлива, 5 – насос, 6 – фильтр грубой очистки

Из отстойных танков с подогревом мазута в них до температуры 40-45°С автономным топливоподающим насосом мазут подается в подогреватель топлива, а оттуда – в аппарат вихревого слоя АВС-100. После этого, пройдя магнитный фильтр, топливо попадает в расходные цистерны главного двигателя. Магнитный фильтр необходим для удаления из топлива намола ферромагнитных частиц.

Результаты испытаний аппарата вихревого слоя в реальных условиях

Эксплуатационные испытания аппаратов вихревого слоя проходили в Латвийском пароходстве на танкере «Фридрих Цандер». В процессе испытаний были получены оптимальные параметры для работы аппарата вихревого слоя:

  • производительность – 5-6 м3/ч;
  • температура подготовки мазута на входе в АВС – 80-85°С;
  • масса ферромагнитных элементов в рабочей камере аппарата – 250 г.

Аппарат АВС-100 работал 4 часа в сутки. Этого достаточно для того, чтобы подготовить для главного двигателя 24-25 тонн тяжелого топлива. Установлено, что при подготовке топлива в АВС-100 образуется стойкая к расслоению мелкодисперсная водотопливная эмульсия, сжигание которой не вызывает осложнений, а топливная аппаратура работает нормально. Результаты микроскопии проб мазута показали, что около 75% частиц механических примесей и асфальтосмолистых включений измельчается до размера 1 мкм и менее, а остальные 25% измельчается до размеров 3-5 микрон.

Исследование проб обводненного мазута, обработанного в АВС-100, показало, что после 10 суток хранения не происходит существенной коагуляции механических примесей и укрупнения глобул воды.

Также исследовалась эффективность сжигания водотопливной эмульсии в зависимости от содержания воды в мазуте. Установлено, что водотопливные смеси, подготовленные в АВС-100, с содержанием воды до 25% мелкодисперсны и стойки к расслоению. Сжигание их на вспомогательных котлах происходило без осложнений, факел не пульсировал, розжиг происходил нормально, горение было бездымным.

Компанией GlobeCore проведены испытания по получению водотопливных эмульсий на основе дизельного топлива и воды. Полученные результаты свидетельствуют о том, что аппарат вихревого слоя универсален и может использоваться также при подготовке судового дизельного топлива.

Производство смесей дизельного топлива и мазута требует проведения испытаний, но результаты, полученные в отношении мазута и дизельного топлива по отдельности говорят о перспективности возможного применения аппарата и для этого направления судовой топливоподготовки.

Преимущества аппаратов вихревого слоя в процессе подготовки судовых топлив

  1. Аппарат вихревого слоя герметичен и не имеет динамических уплотнений: процесс ведется непосредственно в  трубопроводе, пропущенном через центральное отверстие индуктора.
  2. Потребление мощности аппаратом вихревого слоя АВС-100 составляет 4,5 кВт, а оптимальная производительность – 4-5 м3/ч. То есть удельные энергозатраты составят не более 1,1 кВт·ч/м3, что в десятки раз меньше, чем у традиционных устройств подготовки судового топлива.
  3. За счет мелкодисперсного диспергирования и интенсивного перемешивания один АВС может заменять сразу несколько устройств в процессах топливоподготовки: (фильтры тонкой очистки, сепараторы и др.).
  4. В случае применения АВС отходы топлива, которые есть при использовании сепараторов, отсутствуют.
  5. Процессы получения мелкодисперсных эмульсий и суспензий в АВС ускоряются в сотни раз за счет интенсифицирующих факторов в рабочей камере.
  6. Обработка топлива в магнитном поле предотвращает отложения смол и парафинов.
  7. Сокращение вредных выбросов в атмосферу за счет получения и последующего сжигания мелкодисперсных и стабильных водотопливных эмульсий.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с нами по одному из контактов, которые вы можете найти в соотвествующем разделе сайта.