CC BY
83
УДК 621.892. 096.1.004:629.12
В.В. Тарасов, МГУ им. адм. Г.И. Невельского, Владивосток
КОМПЛЕКС «ДИЗЕЛЬ-ЭКСПЛУАТАЦИЯ-ТОПЛИВО-МАСЛО-ОЧИСТКА» - ОСНОВА СОЗДАНИЯ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ В СУДОВЫХ УСЛОВИЯХ
На основании анализа пятизвенной системы связей комплекса «дизель-эксплуатация-топливо-масло-очистка» (ДЭТМО),
разработанной и использованной для решения вопросов эффективного маслоиспользования в судовых тронковых дизелях, создана модель семизвенной системы связей комплекса М7С для осуществления регенерации отработанных смазочных масел в судовых условиях с целью проведения исследований и выработки рекомендаций по оптимизации процесса регенерации.
Применение низкосортных топлив и масел - продуктов углубленной переработки нефти - приводит к понижению надежности работы, ресурсных и экологических показателей судовых дизелей при их эксплуатации на продуктах крекинг-процесса. При этом увеличивается интенсивность процесса старения моторного масла (ММ), загрязнение двигателей внутреннего сгорания (ДВС) углеродистыми отложениями и скорость изнашивания их основных деталей.
В то же время совершенствование конструкций ДВС и развитие двигателестроения выдвигает новые требования к ГСМ и системам их очистки.
Форсировка дизелей по наддуву и частоте вращения, использование в подшипниках тонкостенных вкладышей, снижение маслообмена за счет уменьшения угара масла и увеличение срока его службы, а также законодательное ограничение опасных выбросов в атмосферу - вот те условия, в которых рассмотрена работа комплекса «дизель-эксплуатация-топливо-масло-очистка» (ДЭТМО) на судах с целью наиболее выгодного сочетания входящих в него звеньев и достижения высокого технико-экономического и экологического эффектов [1].
Системный подход к решению рассматриваемой проблемы обусловлен сложным взаимодействием звеньев комплекса ДЭТМО (рис. 1). Научно-технические разработки, направленные на повышение эффективности маслоиспользования в судовых дизелях, не могут быть реализованы без учета особенностей конструкции и условий эксплуатации двигателя, качества применяемых ГСМ.
Исследование взаимодействия элементов комплекса ДЭТМО позволило решить широкий круг вопросов теоретического и
практического характера при изучении действия многочисленных факторов на эффективность его функционирования.
Проблема эффективного маслоиспользования решена на основе методологии исследований, обеспечивающих более высокий уровень эксплуатационных показателей ДВС по расходу ГСМ и ресурсу. Пересмотрены многие устаревшие представления по влиянию угара масла на его старение и о разделении сложных многофазных систем при очистке масла в судовых условиях. Разработаны системы смазки (СС) высокого технического уровня повысившие экономичность и надежность работы тронковых дизелей средней и повышенной частоты вращения, при конвертировании их на тяжелые сорта топлив глубокой переработки нефти.
Методологический подход химмотологии, проникающей в существующие связи и отношения своего предмета, познающий законы его развития и использующий эти знания для практического овладения ими применительно к рассматриваемой проблеме, условно представлен схемой на рис. 1. Это пятизвенная система «дизель-эксплуатация-топливо-масло-очистка», которая представляет собой теоретическую модель связей реальности, составленной на основе гипотетических допущений и идеализации. Структура связей в комплексе ДЭТМО такова, что каждое звено оказывает влияние на остальные, находясь в то же время в зависимости от них.
Раскрытие сложных взаимосвязей между элементами пятизвенной системы решило теоретические и прикладные задачи по рациональному и эффективному применению ГСМ в тронковых форсированных дизелях. При этом добились высокой приспособляемости ДВС к эксплуатации на топливах и маслах экономически целесообразного качества.
Системный подход к исследованию и решению проблемы эффективного маслоиспользования состоит в рассмотрении комплекса ДЭТМО в целом, а не по отдельным частям. Причем, если отдельные звенья комплекса имеют рациональные показатели, то объект в целом может оказаться неоптимизированным вследствие иерархического взаимодействия его частей [2].
Представленная схема позволяет идентифицировать эксплуатационные свойства применяемых масел и эффективность средств их очистки. При этом выявлены основные особенности влияния тандема (масло-очистка) на дизель, с которым они вступают во взаимодействие в процессе эксплуатации, обнаруживая свои свойства своеобразно в этом взаимодействии. Оптимизация состава комплекса ДЭТМО предусматривает достижение максимальной экономии топливно-энергетических и сырьевых ресурсов за счет эффективного применения их на морском транспорте.
Многозвенная система ДЭТМО должна быть представлена моделью, позволяющей решать широкий круг вопросов теоретического и практического характера в совершенствовании смазочных систем двигателя при изучении действия многочисленных факторов на звенья
звеньев, системный подход предполагает использование их для управления комплексом ДЭТМО.
Рис. 1. Пятизвенная система связей комплекса ДЭТМО
Под системой в данном исследовании в связи с тем, что оно посвящается проблеме маслоиспользования в ДВС, понимается
совокупность звеньев ДЭТМО, находящихся во взаимодействии друг с другом, образующих некоторую целостность и подчиненных руководящему принципу - повышению эффективности функционирования системы смазки, в частности, за счет улучшения качества масла и эффективности его очистки. То есть все предпринимаемые усилия направлены на улучшение экономической составляющей результата исследований и получаемого практического, в итоге, совершенствования функционирования комплекса ДЭТМО.
Учитывая что, несмотря на упоминание о решении экологических проблем при эксплуатации судовых дизелей, в модели пятизвенной системы связей комплекса ДЭТМО не отражено несомненное присутствие экономической и экологической составляющей функционирования комплекса ДЭТМО. Поэтому для устранения этого несоответствия предлагается структура связей в пятизвенной системе комплекса ДЭТМО с отображением его экономичности и стремлением соответствовать требованиям экологии (рис. 2).
Исследование процессов очистки ММ в дизелях предполагает, что функционирование системы смазки обеспечивает экономичную, ресурсосберегающую и экологически безопасную эксплуатацию судов морского транспортного и рыбодобывающего флотов. Эффективное маслоиспользование - один из способов ослабить влияние ухудшения качества топлива на экономические и ресурсные показатели ДВС и приобретает огромное значение в качестве определяющего фактора эксплуатационных расходов. Как следует из материалов конгресса С1МАС [3], доля расходов на топливо и масло в общих затратах на эксплуатацию судов морского флота составляет 40-70 %, что связано с постоянным ростом цен на ГСМ в мире. Вследствие этого значительно возросло внимание к изысканию возможностей использования остаточных топлив в судовых дизелях различной мощности и скорости вращения, продуктов глубокой переработки тяжелой нефти, поиску альтернативных топлив. Все это приводит к ужесточению условий работы смазочных масел (СМ) и сокращению сроков их использования из-за ускорения процессов старения смазочного масла и замены его по браковочным показателям. Улучшается отношение к вопросу регенерации отработанных смазочных материалов как наиболее оптимальному способу их утилизации с целью повторного использования в судовых ДВС после проведения соответствующих мероприятий по восстановлению эксплуатационных свойств отработанных смазочных масел (ОСМ). К тому же проведенные исследования углеводородного состава ОСМ в сравнении со свежим маслом [4, 5] показали, что в процессе эксплуатации в маслах не наблюдается химического изменения углеводородного состава масла. Следовательно, ОСМ можно восстанавливать для его дальнейшего использования по прямому назначению в СС. Возрастает роль химмотологии в повышении экономической и экологической эффективности функционирования системы ДЭТМО [4, 5, 6, 7].
Влияние на состояние I
Очистка
В условиях перехода России к высокоэффективной экономике с
учетом все более возрастающих требований экологии необходимо
решать проблемы утилизации ОСМ на основе обобщения отечественного и мирового опыта.
Рис. 2. Пятизвенная система связей комплекса ДЭТМО с учетом экономической составляющей и требований стандартов экологии
Сбор и регенерацию ОСМ ведут практически во всех промышленно развитых странах и в большинстве развивающихся стран. Из приблизительно 10...12 млн т СМ, ежегодно продаваемых в США, около половины теряется при эксплуатации. Однако, 40 % из них, а это около 5 млн т, собирается для последующей переработки. В странах ЕЭС ежегодно потребляется более 4,5 млн т СМ, из которых 50 % расходуется безвозвратно. Остается около 2,2 млн т ОСМ. Таким образом, примерно половина от общего производства масел может быть возвращена на утилизацию. Но это теоретически возможная величина. Она зависит в первую очередь от возможностей организации сбора ОСМ. В действительности процент сбора масел в различных странах Западной Европы различен. В среднем он составляет лишь половину теоретически возможного. Передовыми в этом отношении являются Нидерланды и Германия, в которых регенерация составляет соответственно 45 % и 30 % от потребления. В Германии в материальном выражении эта величина составляет 360 тыс. т в год. Во Франции ежегодно регенерируется 230 тыс. т ОСМ, или 25 % от потребления, в Великобритании - 18 %, в Бельгии - около
12 %, так как в большинстве развитых стран сбор и регенерация ОСМ являются обязательным или поощряемыми государством. Для этого правительствами стран разработаны различные экономические стимулы, делающие сбор и регенерацию ОСМ выгодными.
В России ежегодно образуется свыше 4 млн т отработанных смазочных материалов, а накопленные запасы, по данным Госкомэкологии, составляют свыше 400 млн т. Данные различных источников о количестве сбора и накопленных запасов ОСМ довольно противоречивы, что объясняется как трудностями, так и отсутствием централизованного учета в ряде стран, тем более в России, где переработка (регенерация) ОСМ прекратилась в промышленном масштабе с 1992 г. Так как государственные органы Российской Федерации и стран Содружества Независимых Государств вопросам квалифицированной утилизации ОСМ перестали уделять внимание.
В отношении квалифицированной утилизации (регенерации) ОСМ в судовых условиях возникает множество проблем, как организационно-технических, так и научно-теоретических для обеспечения решения вопросов по оптимальной регенерации ОСМ с учетом требований экологии. Поэтому для исследования процесса регенерации ОСМ в судовых условиях предлагается использовать как основу модель пятизвенной системы связей комплекса ДЭТМО с доминирующим значением требований экологии (рис. 3).
Для этого вместо звеньев «масло-очистка» вводится блок «РЕГЕНЕРАЦИЯ», составными частями которого являются звенья:
- экология - комплекс требований к процессам, происходящим, как в блоке Регенерация, так и в остальных звеньях;
- ОСМ (отработанное смазочное масло, состояние определяется по оптимизированным браковочным обстоятельствам);
- регенерация - комплекс устройств, установок и приспособлений для восстановления свойств базового свежего масла;
- ВСМ (восстановленное смазочное масло - это комплекс устройств и/ или процессов, обеспечивающих регенерированное смазочное масло необходимыми эксплуатационными свойствами, которые определяются в соответствии с показателями качества в судовой нефтехимической лаборатории).
Рис. 3. Пятизвенная система связей комплекса ДЭТМО с учетом доминирования экологических требований и максимальной экономической эффективности СДВС
В соответствии с вышеизложенными предложениями получится семизвенная система связей комплекса «ЭКОЛОГИЯ-ДИЗЕЛЬ-{ЭКСПЛУ-АТАЦИЯ-ОМС-РЕГЕНЕРАЦИЯ-ВСМ} (Блок 1)-ДИЗЕЛЬ-ЭКОЛОГИЯ» (Эк. Д Б1 Д Эк.).
Наиболее представительно модуль семизвенной системы (М7С) связей комплекса представлен на рис. 4. Представленная схема системы М7С позволит идентифицировать свойства ОСМ и эффективность средств регенерации и восстановления смазочного масла. При этом могут быть выявлены и исследованы основные особенности влияния звеньев «ОСМ-регенерация-ВСМ» на дизель, с которым они вступают во взаимодействие в процессе использования продуктов регенерации ВСМ при эксплуатации ДВС.
Рис. 4. Модуль семизвенной системы связей комплекса
Исследования позволят определить оптимальные параметры процессов регенерации и, в соответствии с ними нужно, определить
какие технические устройства необходимо применить на основании анализа характеристик и выбора существующих малогабаритных стационарных или мобильных установок или устройств для регенерации, а возможно, и создание новых автоматизированных судовых аппаратов с обеспечением полного регенерационного цикла.
Использование системного подхода важно для познания законов взаимодействия звеньев системы с целью использования их для управления всем комплексом. Этот фактор является очень важным для определения унифицированных браковочных показателей для ОСМ и достижения необходимых эксплуатационных показателей для ВСМ. На основании этих исследований и анализа имеющихся рекомендованных показателей необходимо разработать рекомендации для применения унифицированных показателей качества ОСМ и ВСМ при регенерации в судовых условиях.
Научно обоснованные рекомендации должны применяться:
а) для решения вопроса о смене масла с последующей регенерацией и обработкой полученного СМ для восстановления его эксплуатационных свойств, необходимых для экологически и технически безопасной работы ДВС и обеспечивающих ресурсосберегающее маслоиспользование в СС ДВС;
б) решения вопроса об утилизации ОСМ другими отличными от регенерации способами, если нельзя восстановить в судовых условиях эксплуатационные характеристики ОСМ;
в) решения вопроса о выборе способа и режима работы, имеющейся судовой установки для регенерации ОСМ.
Раскрытие сложных взаимосвязей между элементами этой системы позволит решить теоретические и прикладные задачи по осуществлению в судовых условиях регенерации ОСМ, получению смазочных масел с восстановленными эксплуатационными свойствами и использованию их в СС. Это также обеспечит экономию, рациональное использование энергоресурсов, смазочных масел и снизит эксплуатационные расходы на судах транспортного флота и флота рыбной промышленности.
Библиографический список
1. Виппер Б.А. Использование тяжелых нефтяных и альтернативных топлив в дизелях / Б.А. Виппер, А.С. Абрамов, В.И. Балакин // Двигателестроение. 1984. № 7. С. 32-34.
2. Гуреев А.А., Фукс И.Г., Лашхи В.Л. Химмотология. М.: Химия, 1986. 368 с.
3. Кича Г.П. Решение проблемы высокоэффективной очистки моторного масла в судовых дизелях: дис. ... д-ра техн. наук. Владивосток, 1992. Т. 1. 512 с.; Т. 2. 358 с.
4. Надежкин А.В., Перминов Б.Н., Калиберда А.А. Системное решение проблемы ресурсосберегающего маслоиспользования в
судовых тронковых дизелях // Транспортное дело России. 2004. СП № 2. С. 40-45.
5. Папок К.К. и др. Основные задачи в области химмотологии на современном этапе // Химия и технология топлив и масел. 1977. № 4. С. 3-7.
6. Перминов Б.Н. Научно-технические основы эффективного маслоиспользования в судовых тронковых дизелях: моногр. Владивосток: МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2005. С. 39-43.
7. Теоретические основы химмотологии / Под ред. А.А. Браткова. М.: Химия, 1984. 320 с.
8. Филимонов В.А. Совершенствование технологии регенерации отработанных гидротрансмиссионных масел путем восстановления маслянистости: автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб., 1999. 19 с.
9. Фукс И.Г. Анализ информативности показателей состоянии работавших дизельных масел / И.Г. Фукс, М.В. Боренко, В.Л. Лашхи // Химия и технология топлив и масел. 1994. №4. С. 10-11.
