Резервы эффективной работы танкера в новых условиях требований Конвенции MARPOL

Моряки, заставшие времена советского морского флота, помнят, как стимулировались меры по экономии расхода топлива. Такая политика давала существенный экономический эффект, хотя порой приводила явно к неразумным действиям типа использование «смывок» грузовых танков в главном дизеле. В сегодняшней практике эксплуатации судов морского флота вопросы экономии топлива решаются эпизодически береговым оператором путем выбора режима работы главного дизеля из условия приближения скоростного режима судна к «оптимальной» скорости. Вопросы снижения расхода топлива судовой технической службой не поднимаются, хотя для этого есть возможности, особенно в связи с ужесточением международных требований по защите окружающей среды и обеспечению безопасности судна. Рассмотрим два возможных эпизода такой экономии.

С.А. Загоскин, старший механик танкера Moscow River

Два эпизода

Первый эпизод связан с работой пожарного насоса во время грузовых операций. Требование ISGOTT, пункт 24.8, гласит: «…для танкера, находящегося у причала, противопожарное оборудование должно быть готово к немедленному использованию». В основном это трактуется так, что пожарный насос должен постоянно работать, система должна быть под давлением. В этом случае постоянно идет сброс воды через якорные клюзы, так как девать ее более некуда. Насос мощностью 55-75 кВт на судах Aframax-Class работает всю выгрузку. Обычно выгрузка 24 часа, но фактически насос работает дольше – от швартовки до отшвартовки. Это могут быть не одни сутки.

Перекачка воды из-за борта за борт мощным потребителем обходится в затраты как минимум 0,3 тонны дизельного топлива в сутки. Возникают дополнительные риски засорения кингстона, особенно в мелководных портах. Поскольку через кингстон берется вода не только на пожарный насос, но и на охлаждение потребителей, обеспечивающих выгрузку, возрастает опасность аварийной остановки выгрузки. Как ни странно звучит, растет вероятность затопления носовых помещений судна – протечки воды в помещении полубака, особенно для возрастных судов, также имели место. Тогда под угрозой оказывается электрический щит станции гидравлики, ICCP. Ведь не зря наличие датчика затопления там – давно обязательное требование.

Следует заметить – готовность к немедленному использованию противопожарного оборудования на танкере сохраняется всегда. Работающий пожарный насос еще не гарант немедленного использования системы. На палубе пожар тушится системой пенотушения, ввод в действие которой требует работы трех насосов. Их все равно надо дополнительно запускать, вводить в работу саму систему.

Нормальная практика за много лет общения с представителями терминалов, в частности в США, заключается в обычном вопросе – нужен терминалу постоянно работающий судовой пожарный насос или нет? Вопрос обычно встречается вопросом касательно технического состояния насосов или наличием иных проблем. Проблем нет, насосы все готовы к немедленному пуску – следует демонстрация пуска из любого поста управления (мостик, противопожарная станция, машина). Этого обычно всегда оказывалось достаточно, чтобы убедить терминал в ненужности постоянной работы пожарного насоса, но его полной готовности.

В редких случаях терминал может потребовать нахождения пожарной системы под давлением. Надо отметить, что про конкретное давление не сказано ни в одном документе. Давление можно обеспечить без запуска пожарного насоса и без прокачки воды через клюзы, соединив пожарную систему с насосом охлаждения скруббера, без ущерба работы последнего. Система такое позволяет.

Таким образом, только за счет отказа от «стереотипа» – остановки пожарного насоса во время грузовых операций, можно получить снижение расхода топлива только на одно судно, оцениваемое в $1500-2500 в год. По флоту сумма будет уже вполне внушительная.

Второй эпизод связан с новыми ужесточенными правилами по содержанию окислов серы SOx в выбросах сожженного топлива в зонах ЕСА (Emission Control Area), которые вступили в силу 1 января 2015 года в соответствии с положением Конвенции MARPOL Annex VI, Reg 18. Для судовладельцев и операторов судов это означает перевод судового оборудования на более дорогое дизельное топливо с содержанием серы менее S<0,1% или оборудование судов системой очистки выхлопных газов, получаемых от сжигания тяжелого топлива с содержанием серы до 3,5% (максимально разрешенного Конвенцией до 2020 года, Правило 14).

В последнем случае только дорогостоящая модернизация судов, находящихся в эксплуатации, позволит сжигать тяжелое топливо в ЕСА зонах. Такое оборудование может быть установлено во время заводского ремонта. Надо учесть, что модернизация, по консервативным оценкам, может обойтись в сумму, близкую к $1 млн только на закупку оборудования. Стоимость доставки оборудования в несколько тонн на завод, дополнительное время нахождения судна вне эксплуатации еще более увеличивают стоимость проекта. В первом приближении рассмотрен срок окупаемости такого пути модернизации судна применительно к танкеру «Совкомфлота» MOSCOW RIVER DW=106.000 t. За счет разницы цен на топливо компенсировать затраты на установку оборудования для снижения SOx придется не один год (даже при условии постоянной работы в ЕСА зоне, чего практически нет). При этом надо учитывать, что оборудованию необходимо техническое обслуживание, оно может оказаться энергоемким, что также скажется на эффективности его использования. Хотя плюсы от сжигания тяжелого топлива, безусловно, имеются.

Другой путь

Рассмотрим другой путь снижения расходов на топливо, не требующий значительных затрат на модернизацию и в то же время обеспечивающий выполнение требований Конвенции за счет более эффективного использования дизельного топлива с содержанием серы S<0,1% при стоянке судна в ЕСА/NAECA зонах. В последнем случае в NAECA (North America Emission Control Area) зоне стоянки судов могут достигать значительного времени, от двух дней до двух недель и более. В качестве примера возьмем тот же танкер Moscow River, имеющий основное оборудование:

– главный дизель DU-Зульцер 6RTA-58T мощностью 12 000 кВт при 103 об/мин;

– дизель-генераторы YANMAR 6N-21AL (3 шт.) мощностью 640 кВт при 900 об/мин;

– паровые котлы MITSUBISHI (2 шт.) паропроизводительностью 2x25 т/ч.

Рассмотрим, что происходит с расходами дизельного топлива на стоянке судна в этот период, когда не требуется подогрева воздуха в помещениях. Приблизительные расходы дизельного топлива при нормальной стоянке на якоре составляют 4,5-5,5 тонн в сутки (чартерная норма – 5,9 тонн на якоре с работой котла). Основные потребители – дизель-генератор (ДГ) и вспомогательный паровой котел (ВПК). Дадим характеристику работы этих потребителей и их элементов, на что идет этот расход:

– дизель-генератор обеспечивает электроэнергией все потребители судового оборудования;

– вспомогательный котел обеспечивает паром подогрев главного дизеля (ГД), подогрев масла масляных сепараторов, отстойной цистерны тяжелого топлива, подогрев воды для бытовых нужд, выпаривание воды из сладжа;

– котлоагрегат работает в циклическом режиме «пуск – стоп», выполняя приблизительно от 50 до 80 циклов в сутки. Если же по каким-то причинам необходимо запустить опреснитель, а это не менее чем на сутки, или ввести в работу иной подогрев (не груза), то количество циклов может достигать 80-100 в сутки;

– электродвигатель вентилятора котла имеет мощность 75 кВт, работает постоянно, обеспечивая подачу воздуха в зависимости от открытия шиберных заслонок;

– второй котел, находящийся в режиме stand-by, обеспечивается постоянным паровым подогревом на случай возможной аварийной или плановой остановки котла, находящегося в эксплуатации;

– электродвигатель насоса дизельного топлива ВПК мощностью 18 кВт работает практически постоянно, с непродолжительными остановками после достижения давления пара и отключения форсунки (длительность остановки насоса – в зависимости от нагрузки котла и расхода пара);

– электродвигатель малого питательного насоса мощностью 7,5 кВт работает постоянно, питание котла происходит автоматически посредством регулирующего клапана;

– растопочный насос ВПК PILOT PUMP имеет малую мощность (около 1 кВт), работает циклически, затраты на него можно не учитывать;

– поскольку речь идет о стоянке судна в зоне контроля выбросов, то топливоподкачивающие насосы ГД и ДГ суммарной мощностью около 8 кВт остановлены. Насос дизельного топлива ДГ – 2,5 кВт в работе.

Обеспечение работы всех перечисленных выше электродвигателей – это все нагрузка на работающий ДГ.

Как сказано выше, основной потребитель пара – это главный двигатель, температуру охлаждающей воды которого рекомендуется держать не ниже 80°С. Такая температура поддерживается только работой котлоагрегата, поскольку система прогрева ГД от работающего дизель-генератора на судне отсутствует.

В такой ситуации можно подумать о применении электроподогревателя для охлаждающей воды ГД. Опыт установки таких подогревателей есть. Оборудование достаточно компактное, с собственным насосом прокачки, мощность менее 2 кВт. Это позволяет дополнительно отключить насос охлаждения ГД (30 кВт). Основные же потребители электроэнергии – это двухсекционные подогреватели мощностью 18+18 кВт. Они могут работать раздельно и параллельно. Термостат обеспечивает прогрев воды до 95 градусов. При применении этого устройства, врезанного в систему охлаждения, потребность в паре для ГД отпадает. За прогрев топливной системы волноваться также не приходится – главный дизель всегда готов к пуску, система прокачана дизельным топливом, как это было еще лет 30-40 назад на старых двигателях при подходе и при выходе из порта и считалось обычной практикой.

Что дает работа подогревателя охлаждающей воды ГД:

– снижается время работы котла и насосов, его обслуживающих;

– уменьшается нагрузка на вспомогательный двигатель, соответственно, снижается расход топлива;

– остается возможность производства пресной воды при запуске опреснителя без работы вспомогательного парового котла. Есть опыт получения до 10 тонн воды в сутки, т.е. вопрос с водой для экипажа и котельной водой снимается.

Однако в этом варианте возникает дополнительный вопрос – чем греть бытовую воду для экипажа. Здесь давно напрашивается замена обычного парового подогревателя на пароэлектрический. Опыт установки таких агрегатов также имеется. Максимальная мощность агрегата – 15 кВт.

В связи с выводом из работы парового котла возникают определенные опасения, связанные:

– с подогревом отстойной цистерны тяжелого топлива;

– с работой сепараторов масла ГД и ДГ, где используются паровые подогреватели;

– с поддержанием утилизационного котла в горячем состоянии (циркуляция воды в УК завязана на пароводяной барабан вспомогательного котла);

– с выпариванием воды из сладжа в цистерне инсинератора.

Безусловно, стандартный подогрев за счет пара все эти опасения снимает. Однако опыт показывает – нагретые заранее, полные отстойный и расходный топливные танки имеют изоляцию и остывают несколько дней. Сепаратор масла главного дизеля на стоянке может быть остановлен, включен только перед подготовкой ГД к работе. Сепаратор масла ДГ так или иначе работает эпизодически, может быть выведен из работы при кратковременной стоянке, при длительной стоянке его можно запускать, совмещая запуск котла на день-два, чтобы дальше все вернуть в исходное состояние. В принципе утилизационный паровой котел вообще не требует подогрева на протяжении всей стоянки, может быть прогрет только перед выходом в рейс после введения в работу вспомогательного котла. Аналогично все процедуры по выпариванию сладжа целесообразно отложить на время перехода судна за счет «дармового» пара от утилизационного котла.

Результат

Итого около 130 кВт из нагрузки на ДГ исключается и заменяется существующим ее снижением в зависимости, сколько ступеней работает на максимальном режиме нагрева обоих подогревателей, снабженных термостатами. Это дает не менее 0,4 т экономии дизельного топлива в сутки и, соответственно, снижение количества выбросов в атмосферу, пусть даже это топливо малосернистое. Это приблизительно экономия до 170 USD в сутки при цене дизельного топлива 420 USD за тонну. Мало того, на вспомогательном паровом котле стопорный клапан закрывается, котел выводится из работы. В работе остается только один ДГ. Суточный расход топлива на силовую установку снижается до 2,0-2,3 тонны вместо 4,5-5,5 тонн. Экономия дизельного топлива – до 2,5-3,0 тонны. Можно возразить, что это немного, да и за топливо платит фрахтователь. Это так, если судно в чартере. Однако снижение расходов на топливо – это уже преимущество оператора и судовладельца, если судно вне чартера и это его расходы.

Общий эффект можно найти, рассчитав длительность рассмотренных режимов работы. Обработав вахтенно-машинные журналы судна за 16 месяцев с начала вступления в силу новых правил (2015 г. и 4 месяца 2016 г.), найдено, что за это время в режиме ожидания среднемесячная стоянка судна в зонах контролируемого выброса составила в среднем 9 суток. Таким образом, даже с учетом кратковременных пусков ВПК за месяц можно сэкономить до 20-25 тонн дизельного топлива, что эквивалентно экономии до $10 000. 200-300 тонн в год на одно судно – это уже почти одна полноценная бункеровка, которой можно избежать.

Окупаемость модернизации

Рассмотрим вопрос окупаемости обсуждаемой модернизации. Стоимость хорошего пароэлектрического подогревателя воды для бытовых потребителей составляет около 5300 евро, подогревателя для охлаждающей воды ГД – около 7700 евро, всего 13 000 евро (около $14 200). В физическом выражении это эквивалент менее 34 тонн дизельного топлива. Если полагать, что затраты на монтаж равны стоимости оборудования (один раз при установке), то общие затраты будут эквивалентом 68 тонн дизельного топлива. Учитывая существенное снижение расхода топлива, окупаемость указанных подогревателей, включая монтаж, может занять 2,5-3 месяца. Дальше идет только привлекательность судна для потенциальных фрахтователей.

В случае если судно имеет электрический подогреватель бытовой воды, а также общую систему охлаждения главных и вспомогательных двигателей, которая позволяет организовать прогрев главного дизеля от дизель-генератора на стоянке, никаких затрат на модернизацию не потребуется вообще. Правда, такие системы встречаются все реже. Для получения хорошего экономического эффекта необходимы лишь организационные меры.

Морские вести России №8 (2016)