Преимущества и экономия топлива от внедрения кавитационных установок УКГ на судах

В условиях роста цен на продукты перегонки нефти собственники водного транспорта столкнулись с двумя новыми проблемами:

• Высокой стоимостью топлива для судов.
• Резким снижением качества корабельного горючего.

Затраты на топливо превратились в одну из главных расходных статей собственников водного транспорта. Для снижения себестоимости перевозок владельцы судов вынуждены покупать более дешевое топливо, которое отличается высокой вязкостью, повышенным содержанием взвесей и других примесей. Его использование ведет к сильному износу топливных систем и увеличению содержания токсичных веществ в выбросах. Кроме того, несоответствие содержания опасных веществ в выхлопных газах принятым нормам ведет к дополнительным расходам собственника и грозит неприятностями со стороны контролирующих органов, например, наложением крупных денежных штрафов.

При возросших ценах на нефть заводы топливно-энергетического комплекса, стремясь извлечь максимальную прибыль, совершенствуют свои технологии. В результате их использования выход наиболее дорогих светлых продуктов перегонки нефти возрастает, а качество тяжелых фракций, из которых изготавливают судовое топливо, падает. Кроме того, для улучшения характеристик топлива на нефтеперерабатывающих заводах активно применяют химические реагенты, несовместимые с другими видами топлива и эмульгаторами, используемыми для приготовления новых марок горючего. Это приводит к самопроизвольному расслоению топлива, которое производят способом смешивания на обычном оборудовании.

Наше производственное объединение предлагает одновременное решение этих проблем. Установки УКГ производства нашего завода способны изготавливать судовое топливо, отвечающее всем стандартам.

Преимущества горючего, получаемого на наших установках

Топливо для водного транспорта состоит из солярки и мазута. Составляющие последнего имеют разветвленную молекулярную структуру и состоят из частиц размером 500 мкм. Распыление под высоким избыточным давлением позволяет уменьшить их размер до 50–70 мкм и повысить сгораемость до 93–95 процентов легких нефтепродуктов и 80–85 % тяжелых. Остатки частично окисляются и выбрасываются вместе с выхлопом, увеличивая его токсичность. Такой метод решает проблему лишь частично, кроме того, топливные системы судов не приспособлены к низкокачественному вязкому горючему. При его использовании сильно сокращается их эксплуатационный ресурс и увеличиваются расходы на ремонт и ТО.

Обработка на установках УКГ уменьшает размер частиц топлива до 2–3 мкм, ослабляет межмолекулярные связи и способствует еще более мелкому распылению топлива.

• Улучшение физических характеристик. Серия тестов подтвердила значительное снижение вязкости, температуры замерзания и помутнения, увеличение текучести.
• Снижение температуры вспышки.
• Значительное уменьшение распыляемых частиц горючего, что способствует полному сгоранию углеводородов до углекислого газа и воды и снижению содержания промежуточных токсичных веществ в судовых выхлопах.
• Увеличение срока хранения топливных эмульсий, их температурной стойкости.

История создания

Исследование эмульсионного топлива началось еще в СССР. Тогда было получено теоретическое обоснование его экономической эффективности. Практического опыта использования горючего такого типа накопилось крайне мало. В 80-е годы были предприняты первые попытки внедрения топливных эмульсий на флот, которые закончились неудачей. Причинами этого было техническое несовершенство установок для приготовления эмульсии, которые не позволяли получать стабильные смеси с мелкими частицами, стойкие к температурным перепадам и длительному хранению. Топливо, производимое на установках того времени, расслаивалось через непродолжительное время.

Второй причиной неудачных опытов использования водоэмульсионного топлива послужил слишком крупный размер частиц воды. Согласно действующим тогда стандартам качества, в соответствии с которыми производились и настраивались цилиндропоршневая группа и другие узлы двигателя, максимальный размер взвешенных включений в топливе не должен превышать 5 мкм. Топливные частицы большого размера вызывали преждевременный износ узлов двигателя, приводили к многочисленным авариям и внезапным остановкам. Это оказывало негативное влияние за здоровье работников судна. Экономический эффект от экономии нефтепродуктов на 4 – 10% перекрывали расходы на ремонт и замену узлов системы подачи топлива, затраты на оплату временной нетрудоспособности судового персонала.

Несколько позже разработки в этой области продолжились благодаря увеличению цен на горючее и ужесточившимся экологическим стандартам.

Исследования эффективности

Использование кавитационных установок УКГ и РАФ на предприятиях теплоэнергетики позволило накопить положительный опыт их применения. Однако, использование эмульсионного топлива для судовых двигателей оставалось под сомнением. Для оценки топлива, получаемого на аппаратах УКГ, была проведения серия исследований на главном двигателе и паровом котле теплохода «Коммунары Николаева» с согласия собственника судна и одобрения Российского Морского Регистра Судоходства.

Корабельная установка отработала в общей сложности около 300 часов, из них 28 в непрерывном режиме без поломок и отказов.

В результате проведенных испытаний было выявлено:

• Отсутствие негативного влияния на цилиндропоршневую группу и другие узлы топливной системы. Судовой сепаратор, встраиваемый в систему топливоподготовки корабля, не смог удалить частицы воды, размер которых находится в пределе до 5 мкм. Это подтверждает полную безопасность топлива, приготовленного на кавитаторе, для узлов и деталей двигателя. Их осмотр также не выявил признаков повышенного износа.
• Стабильность эмульсионного раствора при длительном хранении и его стойкость к температурным перепадам. Водоэмульсионное горючее сохраняло стабильную мелкодисперсную структуру на протяжении 8-ми месяцев, что подтвердили исследования под сильным увеличением.

Результаты тестирования позволили сделать однозначный вывод об экономической и технической целесообразности перевода теплохода на новый вид горючего. Эмульсионное топливо, приготовляемое на УКГ, лишено недостатков смеси, производимой по технологиям 80-х годов.

Прямой реальный экономический эффект от использования кавитационной установки УКГ составил 10 % для вспомогательного энергетического оборудования и 8 % для двигателя теплохода. Таким образом, исследования подтвердили экономическую эффективность использования гидродинамических установок типа УКГ на водном транспорте и развеяли сомнения специалистов судоходных компаний, собственников кораблей и инспекторов РМРС о целесообразности их использования в системах топливоподготовки кораблей.

В процессе испытаний были выявлен ряд несущественных недостатков аппаратов. Для топливных систем судов были созданы установки УКГ и роторные гидродинамические диспергаторы РАФ специального судового исполнения, при разработке которых были учтены все замечания со стороны РМРС, других контролирующих органов и пожелания специалистов. Были устранены все недоставки аппаратов и установок нашего производства, в ближайшем будущем планируется получение свидетельства РМРС. В сопроводительную документацию будет входить соответствующий сертификат, выданный этим государственным органом. В настоящее время на нашем предприятии ведутся работы по дальнейшему совершенствованию кавитационных установок УКГ и аппаратов РАФ.

Преимущества от внедрения кавитационных установок УКГ на судах

• Минимальные затраты на установку. Аппараты для подготовки топлива встраиваются в готовые системы подачи горючего. Кавитаторы не требуют капитальной реконструкции и установки новой топливной системы. Аппараты устанавливают перед сепаратором и врезают в существующий трубопровод.
• Экономия горючего до 18-ти процентов. Добавление воды позволяет снизить количество сжигаемых нефтепродуктов, при этом теплотворная способность топлива остается неизменной.
• Снижение токсичности выбросов. К содержанию токсичных веществ в выхлопах водного транспорта предъявляются жесткие требования. При переводе двигателя и вспомогательного оборудования судов на эмульсионные смеси количество вредных веществ в выхлопах снижается на 60–70%. Это позволяет избежать значительных штрафов за загрязнение окружающей среды.
• Увеличение эксплуатационного ресурса двигателей. Продукты сгорания эмульсионного топлива содержат минимальное количество веществ химически агрессивных к узлам двигателя.
• Уменьшение нагара. Осмотр узлов двигателей теплоходов позволяет судить о снижении образования сажистых отложений.

Кроме прямого экономического эффекта от экономии мазута и дизтоплива, установка УКГ позволяет получить ряд косвенных преимуществ:

• Сокращение отработанного масла и нефтесодержащих жидкостей после сепараторов. Такие отходы можно добавлять в компоненты для приготовления эмульсий, приготавливаемых в кавитационных установках. После гидродинамической обработки ограниченное количество нефтеотходов никак не сказывается на качестве горючего. Таким образом, достигается экономия на утилизационные сборы при сдаче отходов на берегу.
• Снижение трат на предварительный подогрев топлива, увеличение промежутков между техническим обслуживанием сепараторов и других узлов, очисткой расходных и отстойных резервуаров, заменами фильтров системы топливоподачи, увеличение коэффициента полезного действия котельных агрегатов. Такие эффекты обусловлены сниженной температурой вспышки горючего, производимого на аппаратах УКГ, а также небольшим количеством твердых частиц в продуктах сжигания и высокой текучестью горючего.

Таким образом, использование кавитационных аппаратов позволяет сократить затраты на высококачественное судовое топливо и избежать проблем, которые возникают при применении дешевого горючего.

При наличии наливных резервуаров для заправки водного транспорта с берега, наше предприятие может предложить монтаж гидродинамических установок для производства топлива рядом с такими емкостями. Это позволит снизить затраты на встраивание кавитаторов в топливную систему судна. Для того чтобы заказать установку, свяжитесь с отделом сбыта нашего производственного объединения. Вся производимая нами продукция имеет полный пакет конструкторских и разрешительных документов, подтверждающих ее безопасность и качество.