Анализ влияния каталитических частиц на рабочие характеристики и новый стандарт по обеспечению безаварийной эксплуатации судовых дизеле

 

Рис.10.  Зависимость производительности от температуры.

 
Температура тяжелого нефтяного топлива (HFO) перед его  подачей в центробежные сепараторы

 
Часто может казаться, что размеры  подогревателей тяжелого топлива слишком  малы, а также, что подача пара в  подогреватели ограничена, или что  они имеют слишком низкую установочную точку по температуре. Часто поверхность  нагревателя оказывается частично закрыта отложениями. Все эти факторы приводят к снижению температуры сепарации и, следовательно, эффективности центрифуги.

 
В целях гарантированного отделения  тяжелых загрязняющие примеси под  действием центробежных сил в  течение относительно ограниченного времени их пребывания в центробежном сепараторе, эксплуатационная температура на входе тяжелого топлива в сепаратор всегда должна составлять 98°C.

 
На Рис.10 показана зависимость между  температурной и соответствующей  производительностью. Например, в случае работы центробежного сепаратора при температуре топлива на входе 90°C, чтобы получить ту же самую эффективность сепарации, как в случае работы сепаратора при температуре на входе 98°C, потребовалось бы снижение производительности, по крайней мере, на 23 процента,.

 

 

 

 

 

 

 

22 (26 из 40)

 

 

Поскольку производительность обычно регулируется насосом, работающим с  постоянным расходом, сокращение расхода  подачи топлива в центробежные сепараторы, при понижении температуры подогрева  ниже 98°C, обеспечить невозможно.

 
Расход

 
Известно, что эффективность  сепарации является функцией расхода  рабочей среды через центробежный сепаратор. Чем выше расход, тем больше частиц остается в топливе и, соответственно, ниже эффективность сепарации.  Величина расхода обычно поддерживается постоянной, а устанавливается на основе наиболее высокой вязкости. По мере сокращения расхода уровень эффективности системы по удалению частиц увеличивается и, таким образом, повышается эффективность очистки. Однако, важно знать, при какой производительности достигается требуемая эффективность сепарации в типичном случае.

 
Вплоть до сих пор, среди поставщиков  центробежных сепараторов отсутствовала  какая-либо общая методика определения  требуемых размеров оборудования. Новый  стандарт на рабочие характеристики сепарационных систем устанавливает единую методику определения производительности, при которой достигается конкретный уровень рабочих характеристик. См. «Новый стандарт на рабочие характеристики сепарационных систем». 

 
Техническое обслуживание

 
Надлежащее техническое обслуживание является важным, но часто упускаемым, эксплуатационным параметром, который  трудно поддается количественному  определению. При своевременном  невыполнении очистки барабана сепаратора, на дисках барабана формируются отложения, соответственно, сокращается размер свободного проходного сечения канала, и происходит увеличение скорости движения потока. Это в свою очередь способствует перемещению частиц вместе с потоком жидкой среды к центру барабана. Тем самым снижается эффективность сепарации.

 
Влияние качества топлива на сепарацию 

 

Качество топлив может значительно  варьироваться, несмотря на то, что  по своему названию они могут быть классифицированы как один и тот  же тип топлива. Ввиду изменения  качества топлива в широком диапазоне предсказать способность конкретной партии топлива к разделению путем сепарации на основе его химических анализов невозможно. Это в свою очередь лишает возможности предвидеть фактический результат сепарации и, таким образом, в равной степени невозможно дать какие-либо гарантии эффективности процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

23 (27 из 40)

 

 

 
К характеристикам, по которым различаются  между собой топлива, и которые  влияют на эффективность сепарации, относятся:  
 

Полярность

 
Эта характеристика определяет устройство молекул топлива с точки зрения состава положительных и отрицательных зарядов в молекулах. Полярность является критически важным параметром в определении, насколько топливо восприимчиво к формированию эмульсий, а так же степень поверхностного натяжения капель воды, являющуюся важным фактором, влияющим на разложения  воды и эмульсий.

 
Обычно, очистка глубоко крекированных  топлив является более трудной задачей, по сравнению с топливами прямой перегонки, получаемых на основе менее  сложных методов нефтепереработки.

 
Стабильность

 
Это – способность топлив сохранять  свое состояние неизменным, несмотря на наличие условий, которые могут  вызвать разрушение структуры топлива. Нестабильность топлива означает присутствие в нем осажденных асфальтенов, сепарация которых может быть осуществлена при достижении достаточного размера сформированных ими частиц.  
Однако эти осажденные асфальтены проявляют тенденцию к формированию асфальтенового шлама, как функции времени, температуры, или обоих этих параметров. Смешивание двух несовместимых топлив может также вызвать коагуляцию осажденных асфальтенов и формирование значительного количества асфальтенового шлама.

  
Посторонние включения

  
Кроме каталитических частиц, значительная часть которых подлежит удалению, имеются посторонние включения, такие как вода и нерастворимые осадки, типа песка, грязи и чешуек ржавчины, которые отрицательно влияют на качество топлива. Присутствие этих мелких частиц в топливе не является результатом нефтепереработки; они попадают в топливо из других источников, например, резервуара для хранения или труб, используемых для перекачки, и могут способствовать формированию устойчивых эмульсий, которые затрудняют процесс сепарации.

 
Работа по последовательной или параллельной схеме?

 
Работа центробежных сепараторов может организовываться по последовательной или параллельной схеме. На протяжении многих лет продолжается широкая полемика относительно того, какой из этих способов организации работы обеспечивает лучшую эффективность сепарации как в теории, так и на практике.  
Системы очистки топлива обычно состоят из центробежных сепараторов, размеры которых, чтобы справиться с потоком подлежащего сжиганию топлива, должны быть достаточно большими. Часть типовой технологической установки составляют также резервные центробежные сепараторы.

 

24 (28 из 40)

 

 

Более 20 лет назад, когда обычной  практикой было применение центробежных сепараторов с гравитационными  дисками, типовая промышленная технология подразумевала использование пурификатаров  как автономных модулей. Для достижения оптимальных результатов сепарации при использовании гравитационных дисков, положение межфазного интерфейса должно быть с внешней стороны  пакета тарелок, но не дальше края верхнего  диска. При этом любые изменения рабочих параметров вызывают смещение уровня межфазного интерфейса.

 
В результате, во избежание срабатывания аварийной сигнализации при нормальных эксплуатационных условиях, регулирование  положения  межфазного интерфейса часто  заканчивалось его установкой слишком  близко к центру пакета тарелок. Однако, это фактически блокировало восходящее движение потока снаружи дисков и направляло чрезмерно большую часть потока в нижнюю часть пакета тарелок, что приводило к его быстрой перегрузке и к недостаточному качеству сепарации.  
Согласно рекомендациям, действовавшим в 1980-х, в целях компенсации этого эффекта и наилучшего использования установленных центробежных сепараторов в эксплуатацию должны были вводиться резервные сепараторы, подключаемые последовательно за очистителями для работы в качестве кларификаторов.

 
Однако теперь, с введением современных  центробежных сепараторов без гравитационных дисков, рекомендация состоит в эксплуатации всех имеющихся центробежных сепараторов  с подключением по параллельной схеме. Это делается по той причине, что современные центробежные сепараторы способны обеспечить надлежащую работу без необходимости в постоянном регулировании, которое создавало описанные выше проблемы. Параллельная работа центробежных сепараторов вместо последовательной схемы позволяет наполовину снизить производительность каждого сепаратора. Тем самым обеспечивается наибольшая продолжительность пребывания продукта в центробежных сепараторах, и, таким образом, повышение эффективности сепарации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25 (29 из 40)

 

 

Новый стандарт на рабочие характеристики сепарационных систем

 
Сегодня, покупатели систем очистки  топлива получают промышленный стандарт на рабочие характеристики сепарационных  систем, который позволяет проверить  и убедиться, что новый тип центробежных сепараторов функционирует с установленной эффективностью при величине расхода, установленной для рассматриваемого центробежного сепаратора. Это обеспечивает возможность более точного определения требуемых размеров и получения достоверных результатов при сравнении различных центробежных сепараторов от различных поставщиков.

 
Новый стандарт позволяет связать  опыт эксплуатации операторов судовых установок и с опытом работы поставщиков центробежных сепараторов для обеспечения четкого определения эффективности сепарации. С одной стороны, судовые операторы могут при этом опираться на показатели износа и данные технического обслуживания своих дизелей. С другой, поставщики центробежных сепараторов, могут опираться на свой опыт, используя накопленные данные эксплуатации большого парка установленных агрегатов, что позволит им обеспечить удовлетворительные рабочие характеристики сепарационных систем.

 
До сих пор изготовители центробежных сепараторов предоставляют покупателям  свои таблицы «Максимальной рекомендуемой производительности» (MRC). Однако покупатели не могут быть уверены, что центробежные сепараторы, выбираемые и приобретаемые с использованием этих таблиц, действительно способны обеспечить достаточное удаление из тяжелых топлив включений твердой фазы и, в частности, абразивных, например, каталитических частиц. 

 
Основу стандарта на рабочие характеристики сепарационных систем составляет новый  испытательный метод, который, давая  хорошую аппроксимацию нормальных эксплуатационных условий, обеспечивает получение исключительно точных и отличающихся очень высокой воспроизводимостью результатов. Тем самым обеспечивается независимая проверка рабочих характеристик сепарационных систем на основе эффективности сепарации, а не производительности.

 
Новый стандарт позволяет изготовителям  устанавливать сертифицированную  величину расхода (CFR) для каждого центробежного сепаратора . Сертифицированная величина расхода определяется как производительность в литрах в час, при которой обеспечивается удаление из синтетического топлива, моделирующего топливо высокой вязкости, 85 процентов монодисперсных частиц пятимикронного размера, имеющих искусственное происхождение, с помощью которых моделируются опасные каталитические частицы.  

Предохраняя двигатель от чрезмерного износа, стандарт на рабочие характеристики сепарационных систем будет служить обеспечению безопасности судна. Начало распространения стандарта запланировано Европейским Комитетом по Стандартизации (CEN) на август 2005 года.

 

26 (30 из 40)

 

 

 
Метод модельных  испытаний

 
В целях эффективного сравнения  различных центробежных сепараторов  компания Альфа Лаваль разработала  метод модельных испытаний, позволяющий  моделировать работу в нормальных эксплуатационных условиях и обеспечивающий получение исключительно точных и отличающихся очень высокой воспроизводимостью результатов. Основанный на реальных испытаниях сепарационных систем, этот испытательный метод позволяет осуществлять точное сравнение рабочих характеристик различных центробежных сепараторов.

 
Данный испытательный метод известен как «Дано Тест Метод» (Dyne Test Method), получивший такое название вследствие использования «дино-сферических» пластмассовых частиц (dynosphere particles), диспергированных в синтетическом масле определенной вязкости, не содержащем иных твердых частиц. Эти одинаковые по величине частицы размером в пять микрон моделируют присутствие опасных каталитических частиц (Рис.11).  

Пятимикронный размер частиц также  помогает установить различие между  хорошим качеством сепарации и недостаточной степенью сепарации при производительности, рекомендованной поставщиками центробежных сепараторов.

 

 

Рис. 11.  Иллюстрация  соотношения размеров каталитических и «дино-сферических» частиц

 

 

27 (31 из 40)

 

 

in = вход	Сепаратор	out = выход
Питающая цистерна		Приемная цистерна