Классификация СМТ
Для плавучих ТС применяется 2 типа горючего – дистиллятное и остаточное. Соответственно, есть легкие и тяжелые виды судового топлива. Требования и к тем, и к другим регламентирует ГОСТ 32510.
Дистилляты (легкие)
Судовое маловязкое топливо – светлый нефтепродукт. По сути, это дизель. В отличие от ДТ для автомобилей, характеризуется цетановым индексом, а не числом. Разница состоит в методике определения. ЦИ рассчитывают, то есть он является теоретическим ЦЧ. Это делают для экономии, чтобы избежать трудоемких операций: цетановое число определяется экспериментально, на стендах.
В целом СМТ сгорает не так плавно, как автомобильный дизель. Другие характеристики (например, содержание серы) также различаются. Поэтому топливо для морских судов не стоит заливать в бак автомобиля.
Производят дистилляты следующих марок:
Классификация судовых дизелей основана на различии их физико-химических и эксплуатационных характеристик. Соответственно, на жесткости требований, предъявляемых к их качеству. Минимальный цетановый индекс для СМТ марки DMX – 45, DMB – 35, для остальных – 40. Различаются и другие характеристики судового топлива, хотя к большинству показателей предъявляются одинаковые требования.
Кинематическая вязкость
Среднее значение (по ГОСТ) увеличивается от DMX (1,4…5,5 мм²/с) к DMB (2…11 мм²/с). Величина характеризует внутреннее трение жидкости и является мерой сопротивления течению. Нормируется вязкость при 40ºС.
Содержание примесей
Массовая доля сернистых соединений для дистиллята марки DMX – не более 1%. Для всех остальных, включая и остаточные топлива (о них речь пойдет далее) – до 1,5%. С 2020 года для любых марок обоих видов содержание серы не должно превышать 0,5%.
Дистиллятное топливо DMB может содержать до 0,3% воды по объему. К концентрации сероводорода требования общие – до 2 мг/кг, либо по договору.
Прочие характеристики
Также предъявляются другие требования, которые в большинстве случаев совпадают. Общими для всех 4 марок являются температура вспышки, кислотное число, показатели зольности, смазывающей способности, окислительной стабильности. Корабельное топливо DMA и DMZ различаются лишь пределами допустимой вязкости (2…6 и 3…6 мм²/с соответственно). Для других марок различны плотность, температура помутнения и текучести.
Остаточное (тяжелое) топливо
Мазут остается после извлечения из нефти светлых фракций. Он используется для питания силовых установок на судах.
Классификация флотского мазута основана на его важнейшей характеристике – вязкости. С ней взаимосвязаны также плотность, коксуемость, зольность и другие показатели. Максимально допустимая кинематическая вязкость (мм²/с) остаточного судового топлива при 50ºС указывается в маркировке и составляет ее цифровую часть:
Чтобы обеспечить бесперебойную подачу горючего к двигателю, механик обязательно учитывает вязкость и ее изменение в зависимости от температуры. Также марки флотского мазута различаются по другим характеристикам.
Плотность
Зависит от фракционного состава нефтепродукта. ГОСТ нормирует плотность остаточного топлива при 15ºС. Во время эксплуатации судна эту величину измеряют при имеющихся условиях и приводят к стандартной.
Зольность
Зола образуется из негорючих веществ в составе топлива. Характеристика различается для разных марок.
Коксуемость
Кокс – продукт неполного сгорания углеводорода. Чем больше плотность мазута, тем выше коксуемость.
Виды топлива для судоходной отрасли
Морской транспорт до 2020 года считался одним из наиболее сильных источников загрязнения окружающей среды. Крекинг-мазут — самое популярное топливо для судов — содержит в составе в среднем 3,5% сернистых соединений. Для сравнения, содержание сернистых примесей в бензине и дизеле единственного допустимого в России класса экологичности Евро-5 не может превышать 0,001% от общей массы продукта. Но IMO Sulfur 2020 — принятое Международной морской организацией постановление, которым регламентируется содержание сернистых компонентов в топливе для речного и морского транспорта — не более 0,5%, что в корне меняет ситуацию на рынке нефтепродуктов для судоходной отрасли.
Чем заправляют речной и морской транспорт
По весьма приблизительным подсчетам каждый год судоходная отрасль расходует около 400 миллионов тонн нефтепродуктов, а это 10% от затрат всего транспортного сектора на планете. Но хотя тяжёлый флотский мазут (HFO), полученный в результате перегонки нефтяного сырья, считается основным видом судового топлива, у него существуют аналоги — сжиженный газ, газойль (MGO).
Судовое маловязкое топливо — аналог «сухопутного дизеля» для заправки газотурбинных и дизельных двигательных установок морского и речного транспорта. Изготавливается аналогично автомобильному и тракторному дизелю — путём смешения дизельных фракций с газойлями. При этом готовые СМТ характеризуется сравнительно высоким содержанием сернистых компонентов — до 1,5% на килограмм готового продукта, а также пониженным цетановым числом.
Флотский мазут (HFO) получают из смешанных в определенных ТУ и ГОСТами пропорциях остаточных нефтепродуктов с дизельными фракциями. Такие мазуты сжигают в судовых котельных, используют для затопки дизельных и газотурбинных установок.
В рамках действующих ГОСТов выпускают две марки флотского мазута для ВМФ: Ф5 и Ф12, где числа — показатели вязкости топлива. Для коммерческого использования судовые топлива выпускают по более лояльным ТУ 0252-014-00044434-2001:
ИФО-30 (аналог ISO-F-RMC 10) включает 30-40 % средне-дистиллятных продуктов, ИФО-180 (аналог ISO-F-RMC 25) — 8–15 %, ИФО-380 (аналог ISO-F-RMC 35) — менее 5 %.
Россия — одна из стран, ратифицировавших IMO Sulfur 2020, поэтому с 1 января 2020 года в стране установлено ограничение на содержание сернистых компонентов в топливе для судов — не более 0,5%.
Сжиженный газ — аналог флотского мазута, с экономической и экологической точек зрения. Сжигание газа производит до 90% меньше вредных выбросов в окружающую среду. Но главное препятствие на пути к глобальному переводу российского судоходства на СПГ — далеко не весь морской и речной транспорт может быть переоборудован для использования сжиженного газа в качестве основного топлива.
Судовой газойль (MGO) или лёгкое топлива — еще одна альтернатива, более доступная для перевозки судов с мазута, но стоящая примерно в полтора раза дороже. Ключевой козырь газойля — пониженное содержание сернистых компонентов — менее 0.1% на килограмм готового топлива. Именно MGO — основной вид топлива, которым заправляют седа для прохода через зоны ECA — зоны, где действуют собственные правила и ограничения на выбросы отходов от сгорания судового топлива.
Состав и присадки в топливе для судоходной отрасли
Легкое и тяжелое (мазуты) разновидности судового топлива считаются основными видами продуктов нефтегазовой отрасли, применимых для заправки речного и морского транспорта. Общие характеристики наглядно видны на рисунке.
Сравнение составов легкого судового топлива и флотского мазута
Ключевым фактором, оказывающим влияние на характеристики топлива, является качество нефтяного сырья для его производства. Для стандартизации свойств и сокращения расходов на производство, производители добавляют в готовое топливо разного рода химические реагенты и синтетические присадки. Такие «благородные примеси» понижают вязкость, температуру застывания, текучесть СМТ и мазутов.
Чаще других в составе топлива для судов встречаются следующие добавки: Депрессорные присадки, отвечающие за повышение температуры застывания, тем самым улучшает общую прокачиваемость топлива в условиях низких рабочих температур; Депрессорно-диспергирующие — нужны для снижения температур текучести и застывания маловязких судовых топлив всех видов; Деэмульгаторы — усиливают плотность нефтепродукта, тем самым улучшая процесс расслоение нефтепродукта с водой; Поглотители сероводорода — необходимое дополнение для богатых сероводородными компонентами тяжелых мазутов; Активатор горения — поднимает эффективность и КПД судового топлива.
Какое из видов топлива в итоге станет основным после внедрения обновленных экологических стандартов пока судить рано. Но понятно, что тяжелый мазут, даже при комплектации судов специальными установками для очистки выхлопов, рискует постепенно уйти прошлое, вслед за давно забытым «теплоходным углем». Нефтеперерабатывающие компании финансируют десятки исследований по поиску наименее безопасного для экологии, но доступного по цене и эффективного топлива для речного и морского транспорта. Вполне возможно, что совсем скоро появятся принципиально новые виды судового топлива, которые сделают транспортировку грузов дешевле и без вреда для окружающей среды.
Классификация судового топлива
Классификация судового топлива
Судовое маловязкое топливо (СМТ) служит для заправки двигателей судовых энергетических установок. Его часто называют флотским соляром. По своим качествам СМТ значительно уступает дизельному топливу из-за малого цетанового числа (до 45) и высокой сернистости. Такое топливо не может использоваться в дизельном автотранспорте, так как велик риск повреждений топливной системы.
Классификация судового топлива включает множество критериев (по аналогии с ДТ), и если раньше основным параметром считалась вязкость, то сегодня, когда из-за увеличения глубины переработки нефти в топливо включаются тяжелые взвеси, для подтверждения качества необходима более детальная характеристика судового топлива.
Мировые нормы, в том числе и ГОСТ, устанавливают строгие требования к 4-м маркам судовых дистиллятных топлив и 11-ти – остаточных топлив. Они обозначаются буквенными символами с цифрой. Буквы соответствуют обозначению дистиллятов (DM) и остаточных мазутов (RM). Цифра показывает максимальное значение вязкости при 50⁰С.
По степени ухудшения качества дистиллятные сорта располагаются так: DMX, DMA, DMZ, DMB. Сорт DMX наиболее приближен к характеристикам дизельного топлива и считается его аналогом.
Широко распространены зарубежные стандарты на судовое топливо такие, как ISO, BSI, CIMAC. Они регламентируют на топливо судовое маловязкое основные параметры:
1. Вязкость топлива.
Характеризует внутреннее трение, способность сопротивляться движению частиц. Вязкость влияет на сгорание СМТ и бесперебойную работу топливной системы. Вязкость топлива снижается при подогреве.
Пределы нормы кинематической вязкости составляют от 1,4-5,5 мм2/с1 для марки DMX до 11,0 мм2/с1 для DMB.
2. Содержание серы.
Превышение количества серы в топливе вызывает повышенную коррозию деталей топливной системы. Сернистость судового топлива выше, чем дизельного, что делает неприемлемым его применение в двигателях автомобилей.
По сернистости выделяют следующие виды СМТ:
Нормы определяют наличие серы не более 1% для марки DMX, не более 1,5% — для DMA, DMZ и не более 2% для DMB.
3. Плотность.
Плотность характеризует фракционный состав, испаряемость и химические свойства топлива. При сепарационном очищении топлива разница в плотностях позволяет отделить его от воды.
Нормы плотности СМТ при температуре 15⁰С составляют 0,890 — 0,900 кг/куб. м.
4. Коксуемость.
Твердый остаток от сжигания топлива – показатель коксуемости. Его величина говорит о проценте неполного сгорания топлива. У дистиллятных марок СМТ он низкий (0,3 – 0,5%), а у остаточных доходит до 22%. Показатель коксового остатка прямо пропорционален плотности и обратно пропорционален качеству топлива.
5. Зольность.
Содержание золы обусловлено наличием несгораемых примесей. Часто это естественные элементы добытой нефти, но еще чаще они появляются в процессе перегонки, при длительном хранении и перевозке топлива. Для легких дистиллятных сортов массовая доля золы установлена не более 0,1%, а для тяжелых остаточных – не более 0,2%.
Судовое маловязкое топливо не должно иметь в своем составе неорганических кислот, отработанных смазочных масел, биокомпонентов, дополнительных примесей и механических отходов. Соответствие топлива требованиям мировых стандартов важно для безопасной эксплуатации судов, здоровья персонала и защиты окружающей среды.
Судовое маловязкое топливо (СМТ)
Судовое маловязкое топливо (СМТ, ТСМ) – это светлый нефтепродукт, получаемый из дизельных фракций нефти с добавлением газойля (продукта вторичной перегонки). Используется как аналог «сухопутного дизеля», еще называется флотским соляром.
Фракционный (химический) состав, отличия от дизельного топлива
Как и другие нефтепродукты, СМТ получают путем перегонки определенных фракций нефти при разной температуре:
Технические характеристики СМТ:
В составе СМТ в большом количестве могут присутствовать парафины, асфальтены и смолы – примеси, ухудшающие низкотемпературные свойства (температуру фильтруемости и застывания). Чтобы минимизировать их влияние на использование СМТ, в топливо добавляют депрессорные присадки, которые снижают температуру застывания и улучшают текучесть, что упрощает хранение, транспортировку и использование нефтепродукта.
В сравнении с дизельным судовое топливо имеет более низкое цетановое число и повышенную концентрацию серы. Как это сказывается на работе двигателя:
В зависимости от содержания серы СМТ делится на 3 класса: первый – менее 0,5% серы, второй – 0,5-1%, третий – 1,0-1,5%. Как и дизельное топливо, СМТ в соответствии с ГОСТ 305-82 делится на виды по сезонности:
Способы получения
СМТ производится аналогично автомобильному и тракторному дизелю путем соединения остаточных и среднедистиллятных фракций (это отличает его от моторного и судового высоковязкого топлива):
Таким образом, в процессе изготовления смешивают дизельные фракции с газойлями вторичного происхождения. За счет добавления последних СМТ по свойствам получается очень близким к привычному и широкому применяемому дизельному топливу. Хотя процесс производства СМТ более простой, в том числе ввиду менее строгих требований. Этим объясняется более низкая стоимость флотского соляра, которой обусловлено его широкое распространение.
Способы (область) применения
Судовое топливо используют для заправки судовых высоко- и среднеоборотистых двигателей газотурбинных установок. Процесс, когда заливают топливо, называют бункеровкой, которая может осуществляться как у причала, так и на ходу или в дрейфе на воде. К безопасности при бункеровке предъявляют особенно строгие требования, поскольку это помогает минимизировать загрязнение вод нефтепродуктами.
Повышенное содержание серы не имеет серьезного значения для судов. Они являются самыми «прожорливыми», но в то же время неприхотливыми потребителями топлива. Поэтому для их заправки применяют и дизель, и СМТ, и мазут, и смеси различных углеводородов. Если СМТ – это легкое судовое горючее, то мазут – тяжелое, поскольку образовано остаточными фракциями нефти, содержащими больше всего примесей.
СМТ в сравнении с мазутом является более экологичным топливом. Его обязательно используют в зонах, где действуют жесткие ограничения по содержанию серы в судовом топливе. К таким относятся Северное и Балтийское моря, Тихоокеанское и Атлантическое побережье США и Канады. В этих зонах недопустимо использовать мазут, можно только СМТ. Но при выходе в открытый океан судна все же переходят на мазут как на более дешевое топливо.
Специалисты не рекомендуют применять СМТ для автомобилей с дизельным двигателем. Но, если транспортное средство не требует малосернистого топлива, такая замена допускается, поскольку топливо легко «переваривается» без какой-либо разницы с обычным дизелем.
Особенности транспортировки и хранения
СМТ транспортируется в соответствии с правилами перевозки опасных грузов. Для этого может использоваться железнодорожный или автомобильный транспорт. Последний наиболее выгоден с экономической точки зрения и скорости доставки, особенно при перевозке партий среднего объема. Хранение осуществляется в вертикальных или горизонтальных резервуарах.
Регламентирующие документы (ГОСТы, ТУ)
Технические условия производства судовых топлив приводятся в ГОСТ 32510-2013. Дополнительно можно использовать ТУ 38.101567-2014.
Использование морских топлив на судах
Стабильность и совместимость топлив
Стабильность топлива — это его способность сохранять первоначальные свойства в условиях хранения, транспортировки и использования, противостоять образованию осадков, шламоотделению и расслаиванию.
Совместимость топлив — это сохранение стабильности смеси при смешивании компонентов, способность не расслаиваться, не выпадать в осадок. Несовместимость проявляется при смешивании остаточных топлив с парафиновыми дистиллатами.
Для повышения стабильности и улучшения совместимости топлив используются различные химические препараты (присадки). Вот некоторые из них:
Проверка на совместимость методом «пятна»
Смесь нагревают до 60 °С, выдерживают при этой температуре в течение 15—20 минут и наносят каплю топлива на белую фильтровальную бумагу. Просохшее пятно сравнивают с эталонными пятнами.
Виды и сорта топлив
Нефтяные топлива подразделяются на пять групп, которые представлены двумя классами: дистиллатные топлива с вязкостью 2,5—14,0 мм 2 /с и тяжелые топлива с вязкостью 40—800 мм 2 /с.
Дистиллатные топлива
Зарубежными спецификациями предусматривается четыре сорта дистиллатных топлив. Топливо DX — высококачественный дистиллат, предназначается для использования в двигателях спасательных шлюпок и АДГ. Топливо DA — высококачественный дистиллат (Gas Oil или Marine Oil). Топливо DB — основной сорт дистиллатного топлива, применяемого в судовых дизелях. Оно имеет более темный цвет в сравнении с топливами DX и DA. Топливо DB именуют Marine Diesel Oil (MDO). Топливо DC также входит в группу MDO, но требует более эффективной топливоподготовки, включая и подогрев.
Тяжелые топлива
Этот класс топлив подразделяется на две группы: промежуточные топлива вязкостью до 180 мм 2 /с и тяжелые остаточные топлива вязкостью более 180 мм 2 /с (котельные топлива и мазуты).
В России к топливам первой группы, выпускаемым промышленностью, относятся: моторное топливо ДТ, флотские мазуты Ф-5 и Ф-12, топлива ДМ и технологические Э-4 и Э-5. Все они после подогрева и очистки могут быть использованы как в средне-, так и в малооборотных дизелях. Ко второй группе относятся топочные мазуты марок 40 и 40В.
Зарубежные топлива
Международный стандарт ISO 8217 предусматривает 15 марок остаточных топлив от RMA до RML. Все топлива поделены на группы вязкости, предельные значения кинематической вязкости при 100 °С для которых указаны в маркировке. Например, топливо RMA10 — это судовое остаточное топливо вязкостью 10 сСт при 100 °С (40 сСт при 50 °С), качество А.
Соотношение вязкости при 100 °С и 50 °С следующее:
Топливоподготовка
Топливоподготовка должна обеспечить содержание морской воды в топливе перед двигателем не более 0,5%, а механических примесей — 25—50 ppm. Способы топливоподготовки: отстаивание, сепарирование, фильтрование.
Отстаивание топлива
Отстаивание топлива в отстойной цистерне быстрее и лучше происходит при температуре топлива в ней 50—55 °С, но не доходя до температуры вспышки на 15 °С.
Сепарирование
При сепарировании используются центробежные силы, на много порядков превышающие гравитационные силы при отстаивании. Поэтому и эффективность работы сепараторов значительно выше работы систем отстаивания.
В сепараторы топливо поступает из отстойной цистерны, предварительно подогретое в самой цистерне и в подогревателях до температуры, обеспечивающей вязкость менее 40 сСт, но температура должна быть не выше 98 °С. Иначе вода может испариться, и нарушится водяной затвор сепаратора.
Для поддержания равновесного положения между количеством воды, отбираемой из топлива (поступающей в гидравлический затвор), и уходящей из него, на выходе установлен гравитационный диск, который подбирают в зависимости от плотности топлива.
Необходимость регулирования положения водяного затвора путем подбора гравитационного диска в новых моделях сепараторов полностью исключена. В них осуществлен контроль за выходящим из сепаратора топливом, и при появлении в нем воды в количестве более 0,2% автоматически увеличивается проходное сечение клапана, а также уменьшается сопротивление на выходе воды из барабана. Расход воды из сепаратора возрастает, граница раздела смещается к стенке барабана, захват воды топливом прекращается, и клапан приходит в исходное положение.
При работе на тяжелых остаточных топливах сепарацию рекомендуется проводить в следующем режиме: два параллельно работающих на малой производительности пурификатора с последовательно включенным кларификатором.
Гомогенизация, водотопливные эмульсии
Гомогенизация увеличивает производительность МОД на 1—2%, а СОД — на 3—4%. При использовании водотопливных эмульсий температура в камере сгорания понижается, что приводит к уменьшению образования сажи и окислов азота. Однако гомогенизация приводит к увеличению износов топливной аппаратуры и деталей ЦПГ, так как большая часть механических абразивных включений в топливе остается и лишь дробится до 3—5 мкм. Механические примеси таких размеров при сепарации не удаляются. Чтобы этого избежать, рекомендуется включать гомогенизатор после сепаратора, который очищает топливо от механических примесей и воды.
Для снижения эмиссии С и NOx в топливо перед гомогенизатором добавляют пресную воду в количестве 6—15%. Гомогенизаторы используют также в качестве смесителей при введении в топливо присадок.
Применение присадок к топливу
Поставщик присадок всегда дает информацию о присадке: с какой целью она применяется, каким образом вводится в топливо и в каком количестве. Как правило, об этом же имеется информация судовладельца.
Предлагаемая ниже информация о присадках позволит механику лучше ориентироваться в вопросах применения присадок.
Хорошо зарекомендовали себя присадки Vecom FOT-NW, FOT-D-II, FOT-D-IV, Bunkersol-D, Perolin 622-DE и др.
В целях снижения явления прогорания клапанов, а также для увеличения моторесурса в топливо вводят следующие присадки: Vecom FOT-SA, FOT-DA, Mark-IV, Perolin 687-SD, Amergize 2.
Кроме указанных выше, могут применяться следующие топливные присадки:
