NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU CÓ HÀM LƯỢNG LƯU HUỲNH THẤP ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ TÀU BIỂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA MÁY TÀU BIỂN ẠI Đ C Ọ H THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG G ÀN H ẢI H VI ĐỀ TÀI ỆT NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU CÓ HÀM LƯỢNG LƯU HUỲNH THẤP ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ TÀU BIỂN VÀ PHƯƠNG PHÁP KHẮC PHỤC AM N Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Mạnh Chiều Hải Phòng, tháng 5/2016 Thuyết minh đề tài NCKH MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG BIỂU i DANH SÁCH HÌNH ẢNH ii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HÀNG HẢI 1.1 Quy định giới hạn hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu ẠI Đ 1.2 Tiêu chuẩn nhiên liệu hàng hải 1.3 Phạm vi độ nhớt hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu H C Ọ 1.4 Nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh siêu thấp ÀN H 1.5 Nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp thị trường G CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU CÓ HÀM LƯỢNG LƯU HUỲNH THẤP TỚI HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ TÀU BIỂN 11 ẢI H VI 2.1 Ứng suất nhiệt 11 ỆT 2.2 Ảnh hưởng độ nhớt thấp 11 N AM 2.2.1 Giảm vai trị bơi trơn 11 2.2.2 Rò lọt nhiên liệu 12 2.2.3 Khối lượng riêng thấp 12 2.3 Lọc nhiên liệu 12 2.4 Khơng tương thích nhiên liệu 12 2.5 Chỉ số dầu bôi trơn (Base Number - BN) 13 2.6 Bột xúc tác Si-Al 13 CHƯƠNG CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU CÓ HÀM LƯỢNG LƯU HUỲNH THẤP TỚI HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ TÀU BIỂN 15 3.1 Kiểm soát độ nhớt 15 3.2 Hòa trộn nhiên liệu 18 3.3 Giảm công suất động 18 Thuyết minh đề tài NCKH 3.4 Tránh hình thành ứng suất nhiệt trình chuyển đổi nhiên liệu 18 3.5 Chuyển đổi nhiên liệu tay 18 3.6 Bơm cao áp 19 3.7 Hâm nhiên liệu 19 3.8 Sự tương thích nhiên liệu 19 3.9 Vận hành máy lọc 19 3.10 Làm mát bơm cao áp 20 3.11 Giám sát nhiệt độ nhiên liệu 20 3.12 Thiết kế sơ hệ thống lưỡng nhiên liệu 20 3.13 Thiết kế sơ hệ thống lưỡng dầu xy lanh 22 ẠI Đ KẾT LUẬN 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng Giới hạn hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu (ngồi vùng kiểm sốt phát thải) Bảng Giới hạn hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu (trong vùng kiểm soát phát thải) Bảng Các yêu cầu nhiên liệu hệ động lực tàu biển Bảng Một số nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp ẠI Đ C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N i Thuyết minh đề tài NCKH DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Một số vùng biển kiểm soát phát thải (ECAs) Hình Biểu đồ nhiệt – độ nhớt nhiên liệu Hình Biểu đồ nhiệt – độ nhớt nhiên liệu Hình Biểu đồ giá dầu thị trường 10 Hinh Bột xúc tác Si-Al (Cat-fines) gây tượng mài mòn sơ mi xy lanh 14 Hình Một vị trí lắp đặt sinh hàn hệ thống nhiên liệu 16 Hình Sinh hàn nhiên liệu 16 ẠI Đ Hình Hệ thống nhiên liệu có trang bị sinh hàn nhiên liệu 17 Ọ H Hình Hệ thống lưỡng nhiên liệu 21 C Hình 10 Hệ thống dầu xy lanh độc lập 22 G ÀN H Hình 11 Vách ngăn két dầu xy lanh 23 ẢI H ỆT VI AM N ii Thuyết minh đề tài NCKH Chương Tổng quan nhiên liệu hàng hải MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Theo quy định Phụ lục VI – “Các quy định ngăn ngừa ô nhiễm không khí tàu gây ra” Cơng ước quốc tế ngăn ngừa ô nhiễm tàu gây năm 1973, sửa đổi, bổ sung Nghị định thư năm 1978 (Công ước MARPOL), từ ngày 01 tháng 01 năm 2015, yêu cầu ngặt nghèo hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu sử dụng cho tàu biển hoạt động khu vực kiểm soát phát thải (Emission Control Area – ECA) có hiệu lực ẠI Đ Phụ lục VI Công ước MARPOL quy định giới có khu vực kiểm sốt phát thải, như: biển Baltic, biển Bắc (the North Sea), khu vực kiểm soát phát thải bắc Mỹ (the North American ECA, kéo dài 200 hải lý từ bờ biển Hoa Kỳ Canada), biển Carribean thuộc Hoa Kỳ… C Ọ H Việc tuân thủ quy định hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu sử dụng cho tàu biển, hoạt động khu vực kiểm soát phát thải, thực cách sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh 0,1 % thời điểm hoạt động tàu, chuyển đổi từ nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao sang nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh 0,1 % tàu vào khu vực kiểm soát phát thải Trong trường hợp áp dụng biện pháp chuyển đổi nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao sang thấp, theo Quy định 14.6, Phụ lục VI Công ước MARPOL, yêu cầu tàu phải có “Quy trình lập thành văn cách thức thực chuyển đổi nhiên liệu” Quy trình chuyển đổi phải viết chi tiết thuyền viên phải thành thạo việc thực quy trình Quy trình phải thực đầy đủ trước tàu vào khu vực kiểm soát phát thải Trên tàu phải có nhật ký ghi chép việc thực chuyển đổi nhiên liệu G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N Việc chuyển đổi nhiên liệu q trình hoạt động tàu gặp phải số vấn đề liên quan đến đặc tính nhiên liệu độ nhớt, khả bôi trơn, điểm bắt cháy, mồi cháy chất lượng trình cháy Thách thức lớn độ nhớt thấp nhiên liệu gây rị rỉ bơm cấp nhiên liệu bơm cao áp, dẫn đến làm giảm lượng dầu cung cấp cho động hậu ảnh hưởng đến việc thực chức động Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp cần thiết qua đề phương pháp khắc phục để đảm bảo cho việc vận hành động tàu biển an toàn Thuyết minh đề tài NCKH Chương Tổng quan nhiên liệu hàng hải Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp đến vận hành động tàu biển qua đề phương pháp khắc phục để đảm bảo cho việc vận hành an toàn động tàu biển Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu hệ thống nhiên liệu, hệ thống dầu xy lanh động tàu biển Phạm vi nghiên cứu ẠI Đ Phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn việc xác định số ảnh ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp liên quan đến đặc tính như: độ nhớt, độ bơi trơn, nhiệt độ, hàm lượng Al-Si đến việc vận hành động tàu biển C Ọ H Phương pháp nghiên cứu ẢI H Kết đề tài G ÀN H Phương pháp nghiên cứu dựa sở lý thuyết nhiên liệu động diesel tàu thủy ỆT VI Đề tài ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp đến việc vận hành động tàu biển như: Sốc nhiệt, rò lọt, gia tăng tình trạng ăn mịn, chết máy…vv qua đề quy trình vận hành thay đổi hệ thống nhiên liệu, dầu xy lanh phù hợp AM N Thuyết minh đề tài NCKH Chương Tổng quan nhiên liệu hàng hải CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HÀNG HẢI 1.1 Quy định giới hạn hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu Phụ lục VI Cơng ước MARPOL quy định phịng chống nhiễm khơng khí từ tàu thức có hiệu lực vào ngày 19/5/2005 Để giảm thiểu tác hại oxit lưu huỳnh khói bụi, Quy định 14, Phụ lục VI khống chế hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu với giới hạn giảm dần Bảng Giới hạn hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu (ngoài vùng kiểm sốt phát thải) Thời gian có hiệu lực Giới hạn hàm lượng lưu huỳnh 01/01/2000 4,5% 01/07/2012 3,5% Đ 0,5% ẠI 01/01/2020 C Ọ H Ngồi ra, cịn quy định vùng kiểm soát phát thải (Emission Control Area – ECAs) SOx, Biển Baltic, Biển Bắc, khu vực ven bờ Bắc Mỹ (bờ Đông bờ Tây) quanh đảo Hawai số vùng biển khác xem xét Theo vùng kiểm sốt SOx, tàu phải áp dụng hai phương pháp: G ÀN H ẢI H - Sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh khơng q giới hạn, ỆT VI - Sử dụng thiết bị xử lý để hàm lượng SOx khí thải khơng q giới hạn quy đổi SO2 N AM Bảng Giới hạn hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu (trong vùng kiểm sốt phát thải) Thời gian có hiệu lực Giới hạn hàm lượng lưu huỳnh 01/01/2000 1,5% 01/07/2012 1,0% 01/01/2015 0,1% Đối với tàu có sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh vượt 0,1%, hệ thống nhiên liệu phải trang bị phương pháp chuyển đổi nhiên liệu Hệ thống phải đảm bảo việc chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh 0,1% trước tàu vào vùng kiểm soát SOx Các thao tác chuyển đổi phải ghi vào nhật ký với đầy đủ thông tin thời gian, tọa độ tàu, lượng nhiên liệu két thời điểm chuyển đổi Thuyết minh đề tài NCKH Chương Tổng quan nhiên liệu hàng hải Hình Một số vùng biển kiểm soát phát thải (ECAs) 1.2 Tiêu chuẩn nhiên liệu hàng hải ẠI Đ Có tiêu chuẩn quốc tế công nhận để xác định đặc tính thành phần loại nhiên liệu sử dụng tàu Các tiêu chuẩn sử dụng rộng rãi ISO 8217 Các tiêu chuẩn khác tồn tiêu chuẩn Anh BS6843-1: 1996 tiêu chuẩn ASTM Mỹ D-975 C Ọ H H G ÀN Các loại nhiên liệu nặng HFO thông dụng IFO180 IFO380, số độ nhớt tối đa theo đơn vị centiStoke (cSt) 50 ° C Nhiên liệu có độ nhớt cao theo tiêu chuẩn ISO 8217 HFO 700, sử dụng nhiều tàu có hệ thống nhiên liệu thiết kế để hoạt động lên đến độ nhớt ẢI H VI ỆT Trong tiêu chuẩn ISO, nhiên liệu phân chia theo độ nhớt, ví dụ RME 180, RMF 180 RMH 380, RMK 380…vv Nhiên liệu có số thấp có khối lượng riêng thấp tạp chất hơn, giá thành cao AM N Trong thực tế, hầu hết nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp Trong số khu vực giới, nhiên liệu nặng với hàm lượng lưu huỳnh 1.5% có sẵn để đáp ứng tiêu chuẩn hành áp dụng vùng (ECAs) LSHFO sản xuất từ nguồn dầu thơ có hàm lượng lưu huỳnh thấp từ nhiên liệu khử lưu huỳnh để đạt mức độ lưu huỳnh cần thiết Các loại nhiên liệu hàng hải chưng cất theo tiêu chuẩn ISO 8217 DMX, DMA, DMB DMC DMX nhiên liệu lớp Gas oil với điểm bắt cháy thấp (tối thiểu 43 ° C) Nó sử dụng số trường hợp đặc biệt tàu lý an tồn Tất nhiên liệu chưng cất khác có điểm bắt cháy tối thiểu 60 ° C Dầu DMC khơng sử dụng rộng rãi có tính chất tương tự DMB với khối lượng riêng cao nhiều tạp chất MDO thường hiểu theo nghĩa nhiên liệu Thuyết minh đề tài NCKH Chương Tổng quan nhiên liệu hàng hải đáp ứng tiêu chuẩn DMB MGO hiểu theo nghĩa nhiên liệu đáp ứng tiêu chuẩn DMA Nhiên liệu chưng cất sử dụng khu vực bắc Mỹ tuân thủ theo Tiêu chuẩn ASTM D-975 Nhiên liệu theo tiêu chuẩn ASTM D-975 sử dụng phổ biến tàu No Diesel oil, tương tự ISO 8217 lớp DMA Hiện có ba tiêu chuẩn cho hàm lượng lưu huỳnh No Diesel oil S15, S500 S5000, số hàm lượng lưu huỳnh (phần triệu) Theo đó, nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh đến 0.0015 % gọi nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh siêu thấp (Ultra Low Sulfur Diesel ULSD), đến 0.05 % diesel lưu huỳnh thấp (Low Sulfur Diesel) đến 0,5 % diesel thông thường (regular diesel) 1.3 Phạm vi độ nhớt hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu ẠI Đ Các hạn chế hàm lượng lưu huỳnh ảnh hưởng đến loại nhiên liệu sử dụng tàu Do cần thiết phải nắm giá trị tối đa / tối thiểu độ nhớt hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu sử dụng tàu Bảng đưa tiêu chuẩn điển hình theo tiêu chuẩn ISO-8217: C Ọ H Độ nhớt (cSt) (tại 50°C IFO 40°C nhiên liệu chưng cất) Hàm lượng lưu huỳnh (%) G Phạm vi điển hình Maximum ỆT VI Minimum Maximum ẢI H Loại nhiên liệu ÀN H Bảng Các yêu cầu nhiên liệu hệ động lực tàu biển 180 - 4.5% 1% - 3.5% IFO380 - 380 - 4.5% 1% - 3.5% DMB - 11 2.5 - 2% 0.03% - 1.3% DMA 1.5 2-4 1.5% 0.01% - 1% ULSD 1.9 4.1 - 0.0015% - AM - N IFO180 Phạm vi điển hình Thuyết minh đề tài NCKH Chương Ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lượng lưu huỳnh thấp tới hoạt động động tàu biển CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU CÓ HÀM LƯỢNG LƯU HUỲNH THẤP TỚI HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ TÀU BIỂN Nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp siêu thấp gây nhiều tiêu cực đến việc vận hành động tàu biển Thống kê cho thấy, trung bình hàng năm có từ 30 – 40 tàu bị hư hỏng hệ động lực vùng biển Canifornia chuyển đổi nhiên liệu không 2.1 Ứng suất nhiệt ẠI Đ Khi tàu chuyển từ dùng nhiên liệu HFO sang nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp phải đối diện với thay đổi lớn nhiệt độ nhiên liệu Bởi nhiên liệu HFO phải hâm nóng trước đưa vào đơng nhiên liệu LSD khơng cần chí phải làm mát Quá trình chuyển đổi nhiên liệu diễn ngắn ảnh hưởng ứng suất nhiệt trầm trọng Vì vậy, trình chuyển đổi nhiên liệu phải thực cách cẩn thận Khi chuyển đổi nhiên liệu từ HFO sang MGO (0,1% S), nhiệt độ nhiên liệu vào động giảm từ 95 ° C xuống 40 ° C Tải động giảm xuống cịn 25 % - 40 % thời gian chuyển đổi thực từ từ khoảng thời gian 40 – 60 phút Bộ làm mát nhiên liệu thiết kế cho nhiên liệu hạ thấp tối đa ° C/phút để tránh ứng suất nhiệt C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI Việc chuyển đổi nhiên liệu phải thực thuyền viên có thẩm quyền đào tạo Việc chuyển đổi diễn tàu vị trí an tồn Thơng tin việc chuyển đổi phải thông báo đầy đủ đến buồng điều khiển AM N 2.2 Ảnh hưởng độ nhớt thấp Trong trình vận hành máy, nhiệt độ nhiên liệu tăng lên làm giảm độ nhớt nhiên liệu Nếu độ nhớt nhiên liệu giảm xuống mức yêu cầu tiềm tàng nhiều tác động tiêu cực Thông thường, 40 ° C, hầu hết nhiên liệu MGO có độ nhớt từ 1,5 - cSt, nằm phạm vi tối thiều để vận hành Độ nhớt thấp nhiên liệu ảnh hưởng tiêu cực đến tình trạng máy, làm tăng yêu cầu bảo dưỡng 2.2.1 Giảm vai trị bơi trơn Lưu huỳnh kết hợp với thành phần khác nhiên liệu thành hợp chất có khả bơi trơn Giảm hàm lượng lưu huỳnh dẫn đến khả bôi trơn nhiên liệu giảm Trong trình chuyển đổi nhiên liệu, nhiệt độ biến thiên lớn làm ảnh hưởng đến độ nhớt khả bôi trơn nhiên liệu Những điều dẫn đến 11 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lượng lưu huỳnh thấp tới hoạt động động tàu biển kẹt thành phần vòi phun nhiên liệu Độ nhớt thấp làm giảm độ dày lớp màng dầu plunger bơm cao áp barrel vòi phun dẫn đến mài mịn gây kẹt, hư hỏng bơm Để khắc phục, sử dụng hệ thống bơi trơn bơm cao áp riêng sử dụng bơm cao áp có phủ vonfram cacbon bảo vệ Theo tiêu chuẩn ISO 12156-1, phương pháp kiểm tra độ bôi trơn cho kết giới hạn (460 - 510 micron), thêm phụ gia vào nhiên liệu để tăng khả bơi trơn Điều phải có chứng nhận nhà sản xuất 2.2.2 Rò lọt nhiên liệu Rò lọt hệ thống cung cấp nhiên liệu bơm tuần hồn độ nhớt thấp dẫn đến rị lọt nhiên liệu quanh roto bơm Điều dẫn đến tàu đạt công suất lớn 2.2.3 Khối lượng riêng thấp Đ ẠI Hàm lượng lưu huỳnh thấp độ nhớt thấp khiến nhiên liệu lưu huỳnh thấp có khối lượng riêng thấp so với nhiên liệu nặng Điều dẫn đến số lượng đơn vị thể tích giảm, địi hỏi thể tích nhiên liệu cung cấp cho động nhiều để trì cơng suất tương đương Cùng với rò lọt hệ thống nhiên liệu, lượng nhiên liệu đòi hỏi tăng từ 6%-15 % Bộ điều tốc hệ thống tự động phải có khả thích nghi với thay đổi giá trị đặt điều tốc vị trí bơm cao áp Tình trạng trở nên trầm trọng động cũ với bơm cao áp bị mài mòn C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI 2.3 Lọc nhiên liệu N AM Hệ thống lọc nhiên liệu HFO khơng phù hợp với nhiên liệu có khối lượng riêng độ nhớt thấp Để lọc nhiên liệu MGO phải bố trí máy lọc hệ thống đường ống riêng với HFO để trì phân chia nhiên liệu 2.4 Khơng tương thích nhiên liệu Hịa trộn hai loại nhiên liệu dẫn đến nguy khơng tương thích, đặc biệt pha trộn nhiên liệu nặng nhiên liệu chưng cất lưu huỳnh thấp Nếu khơng tương thích xảy ra, dẫn đến tắc phin lọc, máy phân ly vịi phun bơm cao áp, điều dẫn đến cơng suất chí dừng máy, gây nguy hiểm cho tàu Vấn đề khơng tương thích xuất khác biệt độ dự trữ ổn định loại nhiên liệu Nhiên liệu HFO thường có mức hydrocacbon thơm cao chứa asphaltenes Khi tiến hành pha trộn, asphaltenes kết tủa thành bùn nặng, gây tắc nghẽn 12 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lượng lưu huỳnh thấp tới hoạt động động tàu biển 2.5 Chỉ số dầu bôi trơn (Base Number - BN) ẠI Đ Chỉ số dầu bôi trơn không phù hợp với tính axit nhiên liệu, đặc biệt động thấp tốc sử dụng dầu xy lanh Động thấp tốc thường sử dụng dầu xy lanh bôi trơn có BN khoảng 70 hình thành cao axit sơ mi xy lanh sử dụng nhiên liệu truyền thống với hàm lượng lưu huỳnh 2% cao Tuy nhiên, BN không phù hợp cho nhiên liệu lưu huỳnh thấp có hàm lượng lưu huỳnh 1,5 % đặc biệt, cho ULSD với hàm lượng lưu huỳnh 15 ppm Khi động hoạt động với nhiên liệu lưu huỳnh thấp dầu bơi trơn BN 70, có nguy hình thành kết tủa canxi cứng sơ mi xy lanh Nguyên nhân điều hợp chất có tình kiềm muối canxi sử dụng để trung hòa axit sulfuric hình thành sơ mi xy lanh sử dụng nhiên liệu lưu huỳnh cao, lượng kiềm vượt so với lượng axit, kết tủa canxi xảy Các kết tủa cứng dẫn đến mài mòn xy lanh Trong trường hợp động vận hành với nhiên liệu lưu huỳnh thấp thời gian ngắn (vài ngày đến tuần), dầu xy lanh BN 70 sử dụng với điều kiện tốc độ bôi trơn giữ mức thấp Nếu động sử dụng nhiên liệu lưu huỳnh thấp khoảng thời gian dài phải chuyển sang sử dụng dầu xy lanh BN 40 BN 50 C Ọ H G ÀN H 2.6 Bột xúc tác Si-Al ẢI H Bột xúc tác (Catalyst fines) cứng, gồm hạt nhám silic nhơm hình thành trình tinh lọc dầu phương pháp cracking có xúc tác nhiệt độ cao (khoảng 500 ° C) Sau trình tinh lọc, nhiên liệu tinh lọc có lượng lớn bột xúc tác Nếu khơng giảm xuống giới hạn cho phép, gây hư hỏng nghiêm trọng đến chi tiết chuyển động hệ thống nhiên liệu như: bơm cao áp, vòi phun, xéc măng sơ mi xy lanh ỆT VI AM N Kích thước bột xúc tác thay đổi từ lên đến xấp xỉ 30 micron lớn Giới hạn sử dụng thường khoảng từ ÷ 15 mg/kg tuỳ theo khuyến cáo nhà sản xuất động Nhiên liệu nặng HFO qua tinh lọc có hàm lượng bột xúc tác Nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp thường chứa hàm lượng bột xúc tác cao 13 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lượng lưu huỳnh thấp tới hoạt động động tàu biển Hinh Bột xúc tác Si-Al (Cat-fines) gây tượng mài mòn sơ mi xy lanh ẠI Đ C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N 14 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp tới hoạt động động tàu biển CHƯƠNG CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU CÓ HÀM LƯỢNG LƯU HUỲNH THẤP TỚI HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ TÀU BIỂN Trong trình chuyển đổi nhiên liệu, phải tái thiết lập điều chỉnh lại thơng số thiết bị (ví dụ van điều khiển, cảm biến nhiệt độ, thiết bị đo độ nhớt… vv) sử dụng hệ thống giám sát điều khiển Những thay đổi phải tiến hành phù hợp với khuyến nghị nhà sản xuất động 3.1 Kiểm soát độ nhớt ẠI Đ Khi động hoạt động với nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp, phương pháp để giữ độ nhớt cao giá trị tối thiểu trang bị thêm làm mát nhiên liệu để giữ nhiệt độ nhiên liệu 40 ° C Điều đặc biệt cần thiết vận hành máy vào mùa hè vùng nhiệt đới mà nhiệt độ buồng máy két nhiên liệu vượt q nhiệt độ Mơi chất làm mát sử dụng nước với nhiệt độ đặt từ 36° C – 38 °C Sinh hàn lắp đặt số vị trí hệ thống nhiên liệu Nó lắp đặt đường dầu hồi từ động két hòa trộn nhằm loại bỏ lượng nhiệt cấp cho nhiên liệu tuần hoàn qua động Cách lắp đặt áp dụng mà nhiên liệu cung cấp cho động có nhiệt độ thỏa mãn, sinh hàn có nhiệm vụ loại bỏ nhiệt dầu hồi Sinh hàn lắp đặt đường ống nhiên liệu cung cấp vào động Với vị trí lắp đặt này, nhiệt độ nhiên liệu điều chỉnh trực tiếp có hiệu việc làm mát nhiên liệu xuống 40 ° C Việc hạ thấp nhiệt độ nhiên liệu đột ngột cần phải tránh Nhiệt độ nhiên liệu đầu sinh hàn điều khiển thông qua lưu lượng môi chất làm mát Bằng cách nhiệt độ nhiên liệu giảm cách từ từ xuống mức cần thiết trình chuyển đổi nhiên liệu C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N 15 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng nhiên liệu có hàm ượng lưu huỳnh thấp tới vận hành động tàu biển ẠI Đ H C Ọ Hình Một vị trí lắp đặt sinh hàn hệ thống nhiên liệu G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N Hình Sinh hàn nhiên liệu 16 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp tới vận hành động tàu biển ẠI Đ C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI N AM Hình Hệ thống nhiên liệu có trang bị sinh hàn nhiên liệu 17 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp tới vận hành động tàu biển 3.2 Hòa trộn nhiên liệu Tàu khơng có két bố trí tách riêng nhiên liệu với két dự trữ phải xây dựng quy trình hịa trộn nhiên liệu Nhiên liệu két lắng giảm xuống đến khoảng 20 % trước làm đầy với nhiên liệu thay Điều dẫn đến chi phí cho nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp tăng lên Vì vậy, tàu thường xuyên hoạt động vùng kiểm soát phát thải cần thiết phải bố trí hệ thống nhiên liệu riêng biệt Điều quan trọng phải đảm bảo khả tương thích nhiên liệu trước hịa trộn 3.3 Giảm cơng suất động Trước bắt đầu q trình chuyển đổi nhiên liệu, cơng suất động khuyến cáo giảm xuống 25% - 40% ẠI Đ 3.4 Tránh hình thành ứng suất nhiệt trình chuyển đổi nhiên liệu C Ọ H Tránh hình thành ứng suất nhiệt cho hệ thống nhiên liệu yếu tố quan trọng cần xem xét quy trình chuyển đổi nhiên liệu Các nhà sản xuất động bình thường hướng dẫn tốc độ cho phép tối đa thay đổi nhiệt độ hệ thống nhiên liệu °C/phút G ÀN H ẢI H Ví dụ: tàu sử dụng HFO 150 ° C chuyển sang MGO 40 ° C, chênh nhiệt độ khoảng 110 ° C Theo điều kiện thay đổi nhiệt độ nhiên liệu °C/phút, trình chuyển đổi nhiên liệu nên diễn tối thiểu 55 phút để hoàn thành cách an toàn ỆT VI AM N 3.5 Chuyển đổi nhiên liệu tay Nhiều tàu thực chuyển đổi nhiên liệu cách thay đổi qua van ba ngả Điều thay đổi nguồn nhiên liệu Nếu chuyển đổi nhiên liệu thực mức công suất cao, thay đổi nhiên liệu thực thời gian tương đối ngắn Sự thay đổi nhanh chóng từ HSFO sang nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp dẫn đến nhiên liệu nóng, làm giảm độ nhớt đột ngột hình thành khí hệ thống nhiên liệu Sự thay đổi nhanh chóng từ nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp sang nhiên liệu HFO dẫn đến nhiệt độ nhiên liệu thấp, làm tăng độ nhớt vịi phun, dẫn đến cơng suất, chết máy 18 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng nhiên liệu có hàm ượng lưu huỳnh thấp tới vận hành động tàu biển Nếu tàu có van chuyển đổi nhiên liệu, việc chuyển đổi phải diễn cách từ từ mức công suất thấp Tàu nên trang bị hệ thống chuyển đổi nhiên liệu tự động để đảm bảo cho việc chuyển đổi diễn an toàn 3.6 Bơm cao áp Các bơm cao áp nhiên liệu HFO không thích hợp với nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp có độ nhớt khả bơi trơn thấp Do độ bôi trơn thấp, bơm cao áp nhiên liệu HFO không thiết kế hoạt động với nhiên liệu lưu huỳnh thấp trở lên q nóng Ngồi ra, việc sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp 0.1% làm tăng mài mòn bơm cao áp Vì cần trang bị bơm cao áp bơm cao áp phủ hợp chất vonfram-cacbon Đối với tàu đóng sau ngày 01 tháng năm 2013, Hiệp hội đăng kiểm giới IACS UI 255 cung cấp hướng dẫn bơm cao áp phù hợp với SOLAS II-I / 26.3.4 ẠI Đ 3.7 Hâm nhiên liệu C Ọ H Thiết bị hâm nhiên liệu gia nhiệt ống tắt kiểm sốt q trình chuyển đổi nhiên liệu Hầu hết tàu có hệ thống tự động điều chỉnh độ nhớt thông qua việc điều chỉnh lượng nhiệt cung cấp cho thiết bị hâm sơ bố trí hệ thống cung cấp nhiên liệu Khi mà việc chuyển đổi sang dùng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp hồn thành việc cung cấp nhiệt dừng lại G ÀN H ẢI H ỆT VI 3.8 Sự tương thích nhiên liệu AM N Trong trình chuyển đổi nhiên liệu, máy lọc nhiên liệu, lưới lọc két hòa trộn phải kiểm tra cẩn thận dấu hiệu tắc nghẽn hình thành bùn Đây lý việc chuyển đổi nhiên liệu nên thực trước thời hạn vùng nước xa bờ nơi khơng có mối nguy hiểm 3.9 Vận hành máy lọc Khi chuyển sang nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp, máy lọc thay đĩa điều chỉnh cho phù hợp với khối lượng riêng nhiên liệu Một máy lọc riêng biệt sử dụng để lọc nhiên liệu HFO nhiên liệu lưu huỳnh thấp Thông thường, nhiên liệu MGO không yêu cầu lọc ngoại trừ số trường hợp nhà sản xuất yêu cầu Khi đó, việc vận hành chi tiết máy lọc thực theo hướng dẫn nhà sản xuất Các quy trình thơng thường để làm giảm bột xúc tác Si-Al bao gồm thường xuyên xả dầu cặn két, lọc (ly tâm) phương pháp thích hợp khác Việc tiến hành thử nghiệm phát số lượng kích thước hạt bột xúc tác, 19 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng nhiên liệu có hàm ượng lưu huỳnh thấp tới vận hành động tàu biển cho phép điều chỉnh trình lọc phù hợp với nhiên liệu cụ thể Trong trình vận hành máy, hoạt động sau cần thực hiện: • Kiểm tra giới hạn hàm lượng bột xúc tác tối đa theo khuyến cáo nhà sản xuất động cách phân tích dầu trước sử dụng • Tối ưu hóa việc sử dụng thiết bị lọc, lắng • Tham khảo ý kiến nhà sản xuất động liên quan đến việc sử dụng thêm lọc lưới mịn • Sử dụng hệ thống giám sát điện tử hàm lượng Al-Si nhiên liệu • Sử dụng bơm cấp nhiên liệu bơm tăng áp riêng cho nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp •Trang bị thêm sinh hàn nhiên liệu để kiểm soát độ nhớt nhiên liệu Đ ẠI • Sử dụng dầu xy lanh có số BN thích hợp với nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp Ọ H C 3.10 Làm mát bơm cao áp H G ÀN Hệ thống mát bơm cao áp phải tắt trình chuyển đổi nhiên liệu Khi động hoạt động với nhiên liệu lưu huỳnh thấp không hâm, việc làm mát bơm cao áp không cần thiết phải tắt để ngăn chặn nguy làm lạnh mức Hệ thống bật trở lên động quay trở lại hoạt động với dầu HFO hâm ẢI H ỆT VI AM N 3.11 Giám sát nhiệt độ nhiên liệu Nhiệt độ nhiên liệu phải theo dõi liên tục để đảm bảo chúng trì nhiệt độ bình thường Điều chỉnh tái thiết lập thiết bị điều khiển động van điều khiển, cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ nhớt… vv cho phù hợp với nhiên liệu Trong trình chuyển đổi, cảnh giác cần thiết để phát nguy tiềm tàng trước chúng trở nên nghiêm trọng Quy trình chuyển đổi phải điều chỉnh cho trường hợp cụ thể 3.12 Thiết kế sơ hệ thống lưỡng nhiên liệu Nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp có giá thành cao nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao ưu tiên sử dụng Khi tàu trang bị hệ thống lưỡng nhiên liệu đảm bảo cho nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp sử dụng vùng kiểm sốt phát thải, ngồi nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao dùng Có cách để thiết kế sơ hệ thống lưỡng nhiên liệu: 20 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng nhiên liệu có hàm ượng lưu huỳnh thấp tới vận hành động tàu biển Hệ thống MDO HFO Hệ thống bao gồm: Két dự trữ, két lắng, lọc ly tâm két trực nhật cho nhiên liệu MDO hệ thống tương tự cho nhiên liệu HFO Thông thường tàu có vài két riêng biệt cho phép sử dụng nhiên liệu khác hệ thống hợp lại trước công đoạn tăng áp, sau dẫn vào động Các thiết bị phụ sử dụng nhiên liệu giống máy từ hệ thống Hệ thống MDO HFO riêng biệt hệ thống HFO lưu huỳnh thấp cao bao gồm: két dự trữ, két lắng, lọc ly tâm két trực nhật hệ thống tách biệt hợp lại trước bơm cấp nhiên liệu tăng áp cho động ẠI Đ C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N Hình Hệ thống lưỡng nhiên liệu 21 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng nhiên liệu có hàm ượng lưu huỳnh thấp tới vận hành động tàu biển 3.13 Thiết kế sơ hệ thống lưỡng dầu xy lanh Hệ thống hoạt động cho loại dầu xy lanh 40 BN (hoặc 50 BN) 70 BN Hai Hệ thống bao gồm két chứa két trực nhật cho loại dầu Hai hệ thống hợp lại vị trí van chuyển đổi trước đưa vào động ẠI Đ C Ọ H G ÀN H ẢI H VI ỆT Hình 10 Hệ thống dầu xy lanh độc lập AM N Phương pháp đơn giản bố trí thêm vách ngăn két dầu xy lanh Khi đó, két dầu điền đầy theo cách sau: - Dầu xy lanh 70 BN hai bên vách - Dầu xy lanh 70 BN bên, dầu xy lanh 40 BN bên 22 Thuyết minh đề tài NCKH Chương Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng nhiên liệu có hàm ượng lưu huỳnh thấp tới vận hành động tàu biển v Hình 11 Vách ngăn két dầu xy lanh ẠI Đ C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N 23 KẾT LUẬN Như vậy, đề tài ảnh hưởng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp đến hoạt động động tàu biển như: Sốc nhiệt, rị lọt, gia tăng tình trạng ăn mịn, chết máy…vv qua đề quy trình vận hành thay đổi hệ thống nhiên liệu, dầu xy lanh cho phù hợp Đề tài hạn chế việc chưa nghiên cứu sâu trình cháy nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp để đưa kết luận xác Do đó, tác giả kiến nghị tiếp tục nghiên cứu toàn diện sâu rộng làm sở cho việc tham khảo cho kỹ sư vận hành máy tàu biển phục vụ cho công tác đào tạo sinh viên ẠI Đ C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] ABS, “Fuel switching advisory notice”, 2015 [2] CIMAC, “Guideline for the operation of marine engines on low sulphur diesel”, 2013 [3] Wärtsilä, “Low sulphur guidelines” [4] INTERTANKO, “Recommendationson the Hazard Assessment of Fuel Changeover Processes”, 2013 [5] MAN Diesel & Turbo, “Operation on low sulfur fuel”, 2014 ẠI Đ C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N 25