با توجه به بازار حمل و نقل به طور مداوم کساد، کنوانسیون های حفاظت از محیط زیست، حفاظت از انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و همچنین هزینه های بالای سوخت، اتخاذ یک موتور اصلی برای کاهش سرعت و سوزاندن سوخت با ویسکوزیته فوق العاده بالا برای کاهش هزینه و بهبود بهره وری یکی از این موارد است. از اقدامات مهم شرکت های کشتیرانی برای دستیابی به صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای است.
صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار کشتی ها مسائلی جامع است که هدف نهایی آن دستیابی به "بهترین سرعت بادبانی سودآور" است.
یک نقطه ترکیبی بهینه بین اطمینان از عمر مفید کشتی ها و کاهش سرعت و مصرف انرژی وجود دارد.
از سوی دیگر، سوزاندن سوخت با ویسکوزیته بالا در موتور بر کاهش سرعت بیشتر آن تأثیر می گذارد و همچنین یک نقطه تطابق بهینه بین این دو وجود دارد.
یکی از بهترین روش ها برای بهبود بازده اقتصادی حمل و نقل، استفاده از موتور اصلی برای کاهش سرعت و سوزاندن سوخت با ویسکوزیته بالا است.
با این حال، احتراق با سرعت بسیار پایین و ویسکوزیته بالا موتورهای کشتی برای کاهش هزینه و بهبود کارایی، یک سری مسائل خطر را نیز به همراه دارد که نمی‌توان آنها را نادیده گرفت و اقدامات کنترلی مربوطه باید برای پیشگیری و کنترل مؤثر خطرات مطالعه شود.
1، خطرات ناشی از کاهش سرعت موتور اصلی در هنگام ناوبری
کندی طولانی مدت و عملکرد کم بار میزبان با توان نامی 10% -40% خطرات زیر را در پی خواهد داشت:
(1) ریسک خود میزبان
① کارکرد طولانی مدت کم سرعت و بار کم موتور اصلی منجر به کاهش فشار مهار و ضریب هوای اضافی و همچنین کاهش فشار پاشش سوخت و اتمیزه شدن می شود و در نتیجه شرایط احتراق را بدتر می کند و راندمان حرارتی را کاهش می دهد. موتور دیزل، افزایش مصرف سوخت و آلودگی محفظه احتراق، سیستم توربوشارژ و اجزای سیستم اگزوز توسط محصولات احتراق، باعث سایش و پارگی غیرعادی می شود.
② عملکرد طولانی مدت میزبان در سرعت های بسیار کم منجر به روانکاری ضعیف مایع دینامیک قسمت های متحرک اصلی شده و خطر خوردگی و سایش غیرعادی را افزایش می دهد.
③ عملکرد طولانی مدت با سرعت فوق العاده کم میزبان، دشواری تنظیم روانکاری سیلندر را افزایش می دهد و در نتیجه روانکاری ضعیف و افزایش میزان مصرف روغن سیلندر می شود.
اگر سیلندر بیش از حد روغن کاری شود، باعث پوسته پوسته شدن سر پیستون، آسیب به لایه روغن و سایش آستر سیلندر می شود.
اگر روغن کاری سیلندر کافی نباشد، می تواند باعث سایش غیرعادی و حتی کشیدن سیلندر شود.
④ با توجه به سرعت بسیار پایین موتور اصلی، سوخت رسانی به هر سیلندر موتور اصلی ناهموار است، که به راحتی می تواند منجر به احتراق متناوب، پس سوز و انفجار شود و حتی خطر تصادفات آسیب موتور را به همراه داشته باشد.
(2) خطر تجهیزات کمکی
① کارکرد طولانی مدت موتور اصلی با سرعت بسیار پایین می تواند باعث انسداد جدی در کانال لوله اگزوز، توربوشارژر، کولر هوا، دیگ اگزوز، دودکش و غیره شود و در نتیجه فشار برگشتی بالای اگزوز توربوشارژر ایجاد شود. این همچنین می‌تواند منجر به چرخه معیوب کاهش فشار جمع‌آوری، احتراق ضعیف، افزایش دمای اگزوز، کاهش عملکرد عملیاتی، افزایش مصرف سوخت و حتی آتش‌گرفتن جعبه زباله و ناتوانی در از سرگیری کارکرد معمولی موتور دیزل شود.
② عملکرد طولانی مدت مداوم یا تعویض ثابت شروع توقف دمنده به کمک میزبان بر طول عمر دمنده تأثیر می گذارد.
(3) خطر ناوبری ایمن
① عملکرد کاهش سرعت موتور اصلی ممکن است باعث تشدید شفت و لرزش کابین شود که بر عمر مفید کشتی و محیط کار و زندگی خدمه تأثیر می گذارد و بر وظیفه ناوبری خدمه تأثیر می گذارد.
② کاهش سرعت کشتی در طول ناوبری منجر به کاهش بازده فرمان، عملکرد عملیاتی کمتر و افزایش خطر ناوبری ایمن می شود.
(4) خطر افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری
① دریانوردی آهسته کشتی ها باعث از بین رفتن قطعات یدکی و مواد می شود.
② افزایش حجم کار نگهداری و مدیریت برای مهندسان دریایی، بهبود شدت کار و در نتیجه افزایش هزینه های نگهداری و مدیریت شرکت.
2, خطر سوختن سوخت با ویسکوزیته فوق العاده بالا
خطرات استفاده از سوخت با ویسکوزیته فوق العاده بالا عبارتند از:
(1) خطر میزبان
① تزریق سوخت با ویسکوزیته بالا منجر به قطرات بزرگتر و تزریق عمیق تر می شود که منجر به اتمیزاسیون ضعیف سوخت، اختلاط ناهموار گاز و بدتر شدن شرایط احتراق می شود.
هر چه ویسکوزیته سوخت بیشتر باشد دمای ورودی آن نیز بیشتر می شود.
② محتوای بالای گوگرد منجر به تولید مواد اسیدی بیشتر در حین احتراق می شود که می تواند باعث خوردگی و سایش در دمای پایین در سطوح آستر سیلندر موتور، پیستون و رینگ پیستون شود.
③ محتوای ناخالصی زیاد منجر به سایش ذرات جامد و افزایش رسوب کربن در سیلندر می شود که در نتیجه چسبندگی رینگ پیستون، مسدود شدن درگاه هوا و تشدید رسوب کربن در مسیر خروجی اگزوز ایجاد می شود. وانادیم و سدیم در دمای بالا باعث خوردگی دریچه اگزوز می شوند.
④ چگالی بالا، تصفیه و اتمیزه کردن سوخت را دشوار می کند و در طی احتراق اولیه قطرات روغن، مستعد ترک خوردگی حرارتی هستند که منجر به افزایش رسوب کربن در اجزا می شود.
⑤ تعداد ستان کم، عملکرد ضعیف احتراق، ممکن است در راه اندازی میزبان مشکل ایجاد کند. دوره تاخیر احتراق در حین احتراق طولانی است و احتراق با تاخیر انجام می شود و در نتیجه دمای اگزوز بالا می رود.
⑥ هنگام تعویض روغن در مناطق خاص، خطر استرس حرارتی در تجهیزات تزریق سوخت زیاد است.
پس از کاهش سرعت موتور و تعویض روغن، کیفیت احتراق ناپایدار می تواند باعث توقف موتور در موارد شدید شود و خطر تصادفات زیادی را به همراه داشته باشد.
(2) خطر تجهیزات کمکی
① استفاده از بخار برای گرم کردن سوخت مقدار زیادی مصرف می کند، بار دیگ بخار و حتی مصرف سوخت را افزایش می دهد.
دمای بالای حرارت سوخت، خطر تجزیه مولکول نفت، تشکیل رسوب، و خطر فراتر رفتن از نقطه اشتعال را افزایش می دهد و در نتیجه تولید نفت و گاز را افزایش می دهد.
سوراخ های تهویه کابینت های سوخت روزانه می تواند مقدار زیادی بخار نفت تولید کند که باعث آلودگی کشتی ها، هدر رفتن منابع و خطر انفجار می شود.
② سوخت با ویسکوزیته فوق العاده بالا همچنین دارای الزامات بالایی برای سیستم کنترل دمای ویسکوزیته است که برای تنظیم نیاز به مداخله دستی دارد.
هنگامی که سیستم کنترل دمای ویسکوزیته بد کار می کند و باعث می شود دمای سوخت با ویسکوزیته بسیار بالا خیلی بالا یا خیلی پایین باشد، خطر انسداد، گیر کردن، انبساط حرارتی، سوختگی و انفجار در سیستم سوخت وجود دارد.
(3) مخاطرات ذخیره سازی، حمل و نقل و تصفیه
① فرآیندهای ذخیره سازی، حمل و نقل، تصفیه و اتمیزه کردن سوخت با ویسکوزیته فوق العاده بالا، خطر زیادی برای تأثیرگذاری بر عملکرد موتورهای اصلی و کمکی، دیگ‌ها، جداکننده‌های روغن و بخاری‌های سوخت دارد.
② هر چه ویسکوزیته سوخت بیشتر باشد، فشار کاری مورد نیاز برای جلوگیری از تبخیر بیشتر می شود، که همچنین مواد، طراحی و نیازهای ساخت خطوط لوله و تجهیزات را افزایش می دهد. در عین حال، عامل ریسک عملیاتی نیز افزایش می یابد.
③ در طی فرآیندهای ذخیره سازی، حمل و نقل، تصفیه و اتمیزه کردن، تجمع کثیفی در کابینت ذخیره سازی و مسدود شدن مدار روغن تشدید می شود.
کاهش سرعت موتور و احتراق
انباشته شدن خطر سوخت با ویسکوزیته فوق العاده بالا
احتراق سوخت با سرعت بسیار پایین و ویسکوزیته بالا باعث بدتر شدن وضعیت کار موتور اصلی می شود و در نتیجه یک چرخه معیوب احتراق و مشکلات جدی زیر ایجاد می شود:
(1) خطر میزبان
① فشار ترکیدگی ناپایدار باعث شکستن رینگ پیستون و نشت هوا می شود.
② سرعت ناپایدار و از دست دادن قدرت موتورهای دیزل دریایی.
③ وقتی وسایل نقلیه موتوری در هنگ کنگ سوخت با ویسکوزیته بالا می سوزانند، موتور اصلی با مشکل راه اندازی می شود.
④ موتور اصلی با سرعت بسیار پایین کار می کند و اتمیزه کردن تزریق سوخت ضعیف است. علاوه بر این، به دلیل کاهش سرعت توربوشارژر، فشار حذف نسبتاً کاهش می یابد و در نتیجه احتراق ضعیف ایجاد می شود.
⑤ هنگامی که میزبان با بار بسیار کم کار می کند، مقدار روغن سیلندر تزریق شده متناسب با سرعت میزبان کاهش می یابد، اما افزایش یا کاهش بار متناسب با قدرت سوم تغییر سرعت میزبان است. بنابراین، اگر مقدار تزریق روغن سیلندر تنظیم نشود، مقدار روغن سیلندر تزریق شده در هر بار نسبتاً بیش از حد خواهد بود و در نتیجه باعث هدر رفتن و آلودگی رینگ‌های پیستون، پورت‌ها یا سوپاپ‌های اگزوز و سیستم‌های آنها می‌شود.
(2) خطر تجهیزات کمکی
① تجمع کربن و رسوب در داخل محفظه احتراق و سیستم اگزوز افزایش می یابد که خطر احتراق ثانویه در دیگ اگزوز را افزایش می دهد.
② در طول فرآیند تصفیه روغن، تخلیه مکرر سرباره منجر به نشت بیش از حد سوخت می شود، که باعث می شود سطح مایع در مخزن باقیمانده روغن به سرعت بالا برود و تعداد آلارم های سطح بالا افزایش یابد.
③ به دلیل احتراق ضعیف، درگاه مهار تسریع شده، دریچه اگزوز و توربوشارژر آلوده می شوند و یک چرخه معیوب ایجاد می کند که احتراق را تشدید می کند و خطر نقص عملکرد مانند شکستگی رینگ پیستون، سوختگی سر دمنده کمکی، سوختگی سر دمنده، سوختگی پیستون را افزایش می دهد. ترک خوردگی، احتراق لوله اگزوز و آسیب توربوشارژر.
④ وقتی موتور اصلی با سرعت بسیار پایین (زیر 50 درصد بار) کار می کند و سوخت با ویسکوزیته فوق العاده بالا می سوزاند، مقدار بخار تولید شده توسط دیگ بخار گاز خروجی کافی نیست و دیگ کمکی باید راه اندازی شود. اگر این نقطه بحرانی به درستی درک نشود، خطر عملکرد ناپایدار موتور اصلی و افزایش هزینه ها وجود دارد.
کنترل خطرات ناشی از کاهش سرعت کشتی و احتراق سوخت با ویسکوزیته فوق العاده بالا در پاسخ به خطرات فوق.
با بهینه سازی موتور اصلی با انژکتورهای سوپاپ کشویی، فناوری T/CCUT-OUT توربوشارژر، انژکتور روغن سیلندر الکترونیکی آلفا ACC (ضریب تزریق) و سوخت با ویسکوزیته فوق العاده بالا، تکمیل شده توسط مدیریت علمی، مجموعه ای از خطرات ناشی از بسیار کم سرعت ناوبری و احتراق سوخت با ویسکوزیته فوق العاده بالا را می توان اجتناب کرد یا کاهش داد، در نتیجه به هدف کاهش هزینه و بهبود کارایی دست یافت.