CC BY
172
¡Выпуск 4
УДК 621.43.06
Н. И. Николаев,
канд. техн. наук, профессор, МГА им. адм. Ф. Ф. Ушакова, (Новороссийск);
Н. Н. Зиненко,
старший механик, ОАО «Новороссийское морское пароходство»
КОНТРОЛЬ СОСТАВА ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ СУДОВОГО МАЛООБОРОТНОГО ДВИГАТЕЛЯ MAN S-MC-С В ЭКСПЛУАТАЦИИ
CONTROL OF SHIP’S LOW SPEED ENGINE MAN S-MC-C EXHAUST GAS
COMPOSITION IN OPERATION
Действующие в настоящее время международные, национальные и региональные документы поэтапно ужесточают требования нормативных документов к составу отработанных газов судовых двигателей. Для судоходных компаний становится актуальным контроль состава и подсчет выбросов отработанных газов двигателей в эксплуатации. В статье приводятся результаты инструментального замера газоанализатором SALWICO в автоматическом режиме выбросов БО^ ^Ох, CO2 в отработанных газах судового главного малооборотного двигателя MAN 7Б60МС-С в широком диапазоне нагрузок танкера.
Actual international, local and regional documents gradually enforce requests to content of engine’s exhaust gases. And thus control of composition and calculation of engine’s exhaust gases in operation is important for ships Owners. Article indicates results of content of БО^ NО, CO2 in exhaust gases of tanker’s Main low speed engine MAN 7S60MC-C recorded during automatic registration by SALWICO gas measuring equipment in wide Load range.
Ключевые слова: состав, газы, двигатель, контроль, МАРПОЛ, S3ES-Novoship.
Key words: composition, gases, engine, control, MARPOL, S3ES-Novoship.
□2*
НАСТОЯЩЕЕ время актуальность вопросов экологии как в мире, так и в судоходстве чрезвычайно высока. Это связано с растущим во всем мире пониманием важности сохранения окружающей среды и подтверждается постоянным ужесточением как национальных, так и международных нормативов выбросов.
В вопросах выброса отработанных газов в судоходстве действует Международная конвенция МАРПОЛ, Приложение VI [1], а также Рамочная конвенция ООН по изменению климата и Киотский протокол, срок действия которого с 2008 по 2012 г. Попытки в декабре 2009 и 2010 гг. на заседании ООН в Копенгагене (Дания) и Канкуне (Мексика) закрепить новые положения по выбросам парниковых газов (ПГ) — СО2, которые также распространялись бы на мировое су-
доходство, для стран — участниц заседания оказались неудачными. На данный момент на транспортный сектор приходится 13 % объема выбросов ПГ, в том числе на морское судоходство около 3 % (1,1 млрд т/год). Однако за период 1990-2010 гг. выбросы ПГ с морских судов выросли вдвое, поэтому для морского судоходства также требуется разработать и внедрить эффективные меры по контролю и снижению выбросов ПГ. Морской транспорт исключен из сферы Киотского протокола, вопрос решается пока в рамках Международной морской организации (ИМО). В соответствии с решениями ИМО «МЕРС-59» (июль 2009 г.) начали действовать мероприятия эксплуатационного характера:
— индекс энергетической эффективности проекта судна (для новых судов);
— эксплуатационный индекс энергетической эффективности судна (для существующих судов);
— план по управлению энергетической эффективностью судов.
Если общая сумма выбросов ПГ с судов составляет около 1,1 млрд т, то при дедвейте мирового флота 1,15 млрд т каждая тонна дедвейта дает 1 т выбросов в год (без учета различий по типам судов). Таким образом, на примере флота СКФ «Новошип» (дедвейт 4 млн т), если не применять средства контроля, различные схемы и средства снижения выбросов ПГ, то количество выбросов будет достигать порядка 1,1 млн т в год. При вероятной условной стоимости 1 т выбросов около 15-30 долл. убытки компании составят около 16,5-33 млн американских долларов (в среднем 0,33-0,66 млн на судно в год).
В связи с этим актуальны вопросы сбора и анализа информации по качественному и количественному составу выбросов ПГ судовых двигателей, котлов и т. п., разработки различных способов и систем снижения выбросов ПГ, которые позволят уменьшить указанные выше расходы на рынке Emission Trading Scheme (ETS), то есть продавать высвободившиеся квоты на ПГ
Действующая в настоящее время Международная конвенция МАРПОЛ 73/78 с приложениями I-VI [1] регулирует управление сбросами с судов. С 1 июля 2010 г. вступила в силу новая редакция Приложения VI, предусматривающая более жесткие требования к судам по выбросам оксидов азота (N0^), серы (S0 ), летучих органических соединений (VOC): "
— ужесточились требования к защите от выбросов в атмосферу;
— изменен контроль замеров выбросов S0x (окислов серы) — с 1 июля 2010 г. — для назначенных районов (ECA), с 1 января 2012 г. — для всего мирового пространства — Пр. 14 [1];
— изменен контроль замеров выбросов N0x (окислов азота) и схемы сертификации двигателей — с 1 января 2011 г. [3];
— изменена система контроля за выбросами паров нефтепродуктов Volatile Organic Compounds с 1 июля 2010 г. — Пр. 15 [1];
— установлены требования по инспекциям и сертификации судов.
В компании СКФ «НОВОШИП» в отношении природоохраны действует Руководство по экологическому менеджменту. Результаты работы судов благодаря контролю за работой флота действующей в компании системой мониторинга энергоэффективности и экологической безопасности судов S3ES-Novoship обрабатываются ежедневно [6], система производит подсчет выбросов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания и вспомогательных котлов судов в атмосферу.
В целях сравнения расчетных данных программы S3ES-Novoship [6], рассчитываемых по рекомендованной формуле ИМО для СО2 [2], формулам и данным из Технического кодекса и ГД [3; 4] по выбросам NOx, рекомендованной формуле для выбросов SOx [4], на основании данных ежедневных замеров расходов всех видов топлива на судах с данными автоматических регистраторов, в 2009 г. на танкере: дедвейт 115 тыс. т, флаг — Либерия, класс — ДНВ, главный двигатель — (ГД) MAN 7S60MC-C, эффективная мощность —
15 801 кВт, было установлено оборудование компании “SALWICO Emissions Monitoring System” (EMS). Система контроля за составом отработанных газов SALWICO состоит из следующих блоков (рис. 1):
— DP7900 Dilution probe — блок отбора
газов;
— NOx analyzer — анализатор газов NOx c LCD монитором;
— SOx analyzer — анализатор газов SOx c LCD монитором;
— D100 CO2 Monitor — анализатор газов СО2 c LCD монитором;
— DT 256 Data logger — регистратор данных, выводящий данные на монитор;
— Display Computer — дисплей компьютера системы.
Система в автоматическом режиме обеспечивает отбор проб отработанных газов, производит анализ содержания в них СО2, NOx, SOx, запоминает и хранит эти данные в компьютере системы. Данные визуально отображаются на мониторе компьютера и мониторах анализаторов газов. Перед началом проекта система была протестирована спе-
Выпуск 4
¡Выпуск 4
циалистами компании SALWICO (табл. 1) и подготовлена к эксплуатации. Тестирование проводилось в течение 24 ч в условиях, максимально приближенных к испытаниям, проводившимся для данного двигателя заводом-изготовителем и указанным в судовом Техническом файле двигателя [3] — 75 % ^тах. Разность между измеренными значениями в период тестирования и значениями, указанными в Техническом файле, составила для газов СО2 — 60 %, удельного средневзвешенного значения выбросов окислов азота (N0^) — 12 % (см. табл. 1).
Замеры С02, N0^, S0x в отработанных газах судового малооборотного главного двигателя производились непрерывно в течение одного года в автоматическом режиме на всех режимах эксплуатации. Полученные данные инструментальных замеров с помощью оборудования системы SALWICO и расчетов, произведенных программой S3ES-Novoship за отчетный период времени, представлены на графиках рис. 2-4 в виде зависимостей удельных средневзвешенных выбросов компонентов отработанных газов С02, N0^, S0x от нагрузки ГД (процентное отношение замеренной мощности к максимальной). Результаты испытаний, представленные на рис. 2, показывают, что разница между измеренными и расчетны-
Результаты тестирования
ми значениями удельных средневзвешенных выбросов двуокиси углерода (СО2) минимальна на долевых нагрузках эксплуатации ГД (до 40 % Nmax) и растет до 0,12 кг/кВтч при мощности ГД до 75 % N .
^ max
В настоящий момент действующее международное законодательство не ограничивает выбросы ПГ (СО2) в морском судоходстве. Измеренные значения выбросов окислов азота (N0x) на всех режимах работы ГД не превышают ограничения по выбросам N0x ((Tier II — 14,4 г/кВтч) (рис. 3)) согласно МАРПОЛ, Приложения VI, вступившего в силу 1 июля 2010 г. [1]. Расчетные данные имеют девиацию от измеренных значений
0,4-1,4 г/кВтч в диапазоне мощности ГД от 40 до 75 % Nmax. Разница между измеренными и расчетными значениями выбросов окислов серы (S0x) составляет от 1 г/кВтч при 40 % N до 0,6 г/кВтч при 75 % N и равна при
max max
63 % Nmax. Согласно [1] все суда ограничены в использовании топлива с содержанием серы до 4,5 % вне специальной зоны (ECA) и 1 % — в специальных зонах. С 1 января 2012 г. этим же документом вводится ограничение на использование топлива с содержанием до 3,5 % серы вне специальной зоны и с 1 января 2015 г. — 0,1 % для специальной зоны ECA.
Таблица 1
оборудования SALWICO
Параметры ИМО N0^ Технический файл Результаты контрольных замеров
Нагрузка, % 75 67
Частота вращения двигателя, % 91 92,7
Частота вращения двигателя, грт 95,4 97,3
Удельный расход топлива , г/кВт ч 173,05 197
Частота вращения ГТН, об/мин 8775 8125
Давление наддува после воздушного холодильника, кг/см2 2,19 1,62
Температура воздуха после воздушного холодильника, 0С 37 40
Температура выпускных газов после ТК, 0С 234 283
Индекс топливных насосов (средний), мм 70 70
Максимальное давление сгорания (среднее), бар 128,7 115,9
Давление сжатия (среднее), бар 107,9 89,8
со2, % 3,87 2,414
N0^ удельный средневзвешенный выброс, г/кВтч 12,23 13,843
Рис. 1. Блок-схема системы SALWICO
Выводы:
1. С целью расчета массовых и удельных выбросов отработанных газов судовых двигателей, накопления статистических данных и уточнения корректирующих факторов необходимо проводить инструментальные замеры состава отработанных газов в широком диапазоне нагрузок.
2. Главный двигатель MAN S60MC-C
танкера на всех режимах мощности соответствует действующему международному нормативу по выбросам окислов азота (N0x) в отработанных газах.
3. Результаты инструментального контроля двигателя MAN S60MC-C в широком диапазоне нагрузок показывают, что имеет место отличие полученных экспериментальных данных от расчетных согласно [3; 4].
Расчетное значение ■ Линейный (расчетное значение)
Измеренное значение Salvico ■ Линейный (измеренное значение Salvico)
Рис. 2. Зависимость удельного средневзвешенного выброса С02 от нагрузки главного двигателя
Выпуск 4
Выпуск 4
Рис. 3. Зависимость удельного средневзвешенного выброса N0^ от нагрузки главного двигателя
Рис. 4. Зависимость удельного средневзвешенного выброса S0д_ от нагрузки главного двигателя
Список литературы
1. Международная конвенция МАРПОЛ 1973 г., изм. протоколом 1978 г., МАРПОЛ 73/78 / ЦНИИМФ, ООО МОРСАР. — СПб., 2008. — 760 с.
2. International Maritime Organization (IMO). MEPC.1/Circ.684. Ref. T5/1.01 // Guidelines for voluntary use of the ship Energy Efficiency Operational Indicator. — 12 p.
3. Резолюция второй конференции МЕРС ИМО // Технический кодекс по контролю за выбросами окислов азота из судовых дизельных двигателей / Гипрорыбфлот. — СПб., 2009.
4. IMO Technical File. Hyundai-MAN B&W 7S60MC-C MK7, Certified as ‘Parent engine’ // Identification/approval number Hyundai-MAN B&W 7S60MC-C-2003-03-AA1669. — Hyundai Heavy Industries Co., LTD., Ulsan, Korea, 2003.
5. International Ship Managers Association (InterManager) // Shipping KPI. Final Report. — 2009. — Vol. 1.1.
6. Система мониторинга энергоэффективности и экологической безопасности судов (S3ES-NOVOSHIP): Роспат. 2011119025/11(028140) / Зиненко Н. Н., Пруцков А. Г., Бордунов Б. В., Букарен-ко Ю. Г., Мартынович Е. С., Яременко Е. В., Панамарев Е. В.; Патентообладатель ОАО «Новошип».
УДК 658.512 А. В. Саушев,
канд. техн. наук, доцент, СПГУВК
СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПО КРИТЕРИЮ ЗАПАСА РАБОТОСПОСОБНОСТИ
STATISTICAL METHODS OF PARAMETRICAL SYNTHESIS OF ELECTROTECHNICAL SYSTEMS BY CRITERION OF THE OPERATIONAL
CAPABILITY RESERVE
В статье получены формулы, позволяющие осуществить поиск оптимальных значений первичных параметров электротехнических систем по критерию запаса работоспособности в случае априорно известных статистических данных о законах изменения этих параметров.
In article the formulas are received, allowing to carry out search of optimum values of initial parameters of electrotechnical systems in criterion of operational capability reserve in case of a priori known statistical data about laws of change of these parameters.
Ключевые слова: параметрический синтез, электротехническая система, запас работоспособности.
Key words: parametrical synthesis, electrotechnical system, operational capability reserve.
0БЩЕМ случае задача параметрического синтеза любой электротехнической системы (ЭТС) может быть рассмотрена с позиций управления или адаптации. Установлено [1], что практически любую ЭТС можно представить в виде систе-
мы автоматического управления, состоящей из охваченного обратной связью объекта управления (0У), в которую включено управляющее устройство (УУ). Входными сигналами 0У являются управляющие воздействия от УУ и воздействия у окружающей среды, а
Выпуск 4
