Lietteen muodostuminen meriliikenteessä käytettävien polttoaineiden käsittelyssä | Mekanismit, vaikutukset ja kavitaatiopohjainen lieventäminen
Raskasöljyjä (HFO) ja väliöljyjä (IFO ) käytetään laajalti meriliikenteessä käytettävinä polttoaineina niiden alhaisen kustannustason ja suuren energiatiheyden vuoksi. Jatkuva toiminnallinen haaste on kuitenkin lietteen muodostuminen varastoinnin ja käsittelyn aikana, erityisesti bunkrausjärjestelmissä sekä maissa että aluksilla.
Liete on viskoosi, puolikiinteä jäännös, joka koostuu asfalteeneista, vahoista, sedimenteistä, vedestä ja muista epäpuhtauksista. Sen muodostumiseen vaikuttavat polttoaineen koostumus, varastointilämpötila, viipymäaika ja käsittelykäytännöt. IMO:n ohjeiden empiiriset tiedot osoittavat, että lietteen muodostuminen on tyypillisesti 1-3 tilavuusprosenttia kulutetusta HFO:sta (≈ 0,01-0,03 m³ tonnia kohti).
1. JOHDANTOLietteen muodostuminen - mekanismit ja koostumus
1.1 Koostumus
Liete koostuu pääasiassa seuraavista aineista:
c 3s5b1r3e5a6k Keskeisiä lietteen muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä ovat:
c 3s5b1r3e5a6k
1.3. Taloudellisia ja toiminnallisia vaikutuksia ovat:
1.4. Lietteen muodostumisnopeus
Lietteen muodostumisnopeus riippuu useista tekijöistä, kuten polttoaineen koostumuksesta, varastointiolosuhteista ja käsittelykäytännöistä. Toimintakokemuksen ja IMO:n ohjeiden mukaan lietteen muodostuminen polttoaineen puhdistuksen ja varastoinnin aikana on tyypillisesti 1-3 tilavuusprosenttia kulutetusta HFO:sta, vaikka tämä viittaa erotin-/ bunkkerijätteisiin eikä sitä pitäisi suoraan rinnastaa ISO 8217sedimenttiä koskevaan eritelmään.
Alukselle, jossa varastoidaan 1 000 tonnia HFO:ta 380:
c3s5b1r3a6k
On huomattava, että näissä arvioissa otetaan huomioon vain polttoaineen suorat arvonmenetykset. Käytännössä lietteen huollosta aiheutuvat kustannukset ovat usein korkeammat MARPOL-yleissopimuksen liitteen I mukaisesta pakollisesta hävittämisestä, satamien vastaanottomaksuista ja lietteen käsittelyvaatimuksista johtuen, ja ne voivat ylittää huomattavasti menetetyn polttoaineen pelkän hinnan.
2. JOHDANTOLähestymistavat lietteen hallintaan ja käsittelyyn
2.1 Perinteiset menetelmät
Rajoitukset
3. RAPTECH
Kavitaatiopohjainen homogenisointi RAPTECH
Kavitaatiosekoitus käyttää hallittua korkeapainevirtausta ja kavitaatioilmiöitä mikroturbulenssin aikaansaamiseksi, jolloin lietehiukkaset dispergoituvat nopeasti polttoaineen irtotavaraan. Alla olevat kuvat osoittavat RAPTECH-homogenisoinnin mahdollisuudet, kun muovipyrolyysiöljyn jätteen raskaita saostumia on käsitelty:
Ennen RAPTECH-kavitaatiohomogenisointia
RAPTECH-kavitaatiohomogenisoinnin jälkeen
HFO 380:lla tehdyissä kokeissa RAPTECH-kavitaatiohomogenisointi vähensi kokonaissedimenttipotentiaalia (TSP), joka on keskeinen stabiilisuusindikaattori, alkuarvoista, jotka olivat jopa 0,10 % m/m (ISO 8217 -standardin mukainen), 0,04 % m/m:iin (Bureau Veritasin raportti). Tämä merkitsee mitatun polttoaineen stabiilisuuden parantumista jopa 60 %, mikä osoittaa polttoaineen huomattavasti parempaa stabiilisuutta ja huomattavasti pienempää lietteen muodostumisriskiä varastoinnin ja moottorin käytön aikana.
Keskeiset edut:
Aluksessa, joka kuluttaa 20 000 tonnia HFO:ta vuodessa, tämä vastaa noin 20-200 tonnin polttoainesäästöjä vuodessa tai noin 10 000-100 000 USD vuodessa (viitehinnan ollessa 500 USD/t). Korkeammat polttoaineen hinnat tai suurempi kulutus lisäisivät suhteellisesti näitä säästöjä. Polttoainehävikin välittömän arvon lisäksi lietteen hävittäminen MARPOL-yleissopimuksen liitteen I vaatimusten mukaisesti on merkittävä kustannustekijä. Alusten on varastoitava liete erityisiin säiliöihin ja tyhjennettävä se ainoastaan vastaanottolaitteistoihin tai poltettava se aluksella. MARPOL-yleissopimuksen mukaiset lietteenkäsittelymaksut satamissa voivat usein ylittää itse menetetyn polttoaineen kustannukset, joten lietteen minimointi on entistäkin tärkeämpi toiminnallinen ja taloudellinen prioriteetti.
Havainnollistava vaikutus
Kavitaatiosekoitusprosessin käyttöönotto voi johtaa:
4. Johtopäätös
Lietteen muodostuminen laivojen polttoaineen tankkauksessa on edelleen jatkuva toiminnallinen ja lainsäädännöllinen haaste, jolla on huomattavia taloudellisia seurauksia. Suorien polttoainehäviöiden lisäksi MARPOL-yleissopimuksen liitteessä I edellytetään, että kaikki liete varastoidaan, poltetaan aluksella tai tyhjennetään luvan saaneisiin vastaanottolaitteistoihin, joissa käsittelymaksut usein ylittävät menetetyn polttoaineen arvon.
Yhdistämällä järjestelmällinen polttoaineen hallinta kehittyneeseen kavitaatioon perustuvaan homogenisointiin toiminnanharjoittajat voivat:
Kavitaatiohomogenisoinnin integroiminen sekä polttoaineen tankkausasemilla että aluksilla tarjoaa näin ollen väylän turvallisempaan, taloudellisempaan ja ympäristöystävällisempään polttoaineen käsittelyyn meriliikenteessä ja minimoi samalla lietteeseen liittyvät ongelmat ja lainsäädännölliset rasitteet.
Author: RAPTECH Eberswalde GmbH
5. Viitteet
Raskasöljyjä (HFO) ja väliöljyjä (IFO ) käytetään laajalti meriliikenteessä käytettävinä polttoaineina niiden alhaisen kustannustason ja suuren energiatiheyden vuoksi. Jatkuva toiminnallinen haaste on kuitenkin lietteen muodostuminen varastoinnin ja käsittelyn aikana, erityisesti bunkrausjärjestelmissä sekä maissa että aluksilla.
Liete on viskoosi, puolikiinteä jäännös, joka koostuu asfalteeneista, vahoista, sedimenteistä, vedestä ja muista epäpuhtauksista. Sen muodostumiseen vaikuttavat polttoaineen koostumus, varastointilämpötila, viipymäaika ja käsittelykäytännöt. IMO:n ohjeiden empiiriset tiedot osoittavat, että lietteen muodostuminen on tyypillisesti 1-3 tilavuusprosenttia kulutetusta HFO:sta (≈ 0,01-0,03 m³ tonnia kohti).
1. JOHDANTOLietteen muodostuminen - mekanismit ja koostumus
1.1 Koostumus
Liete koostuu pääasiassa seuraavista aineista:
- Asfalteenit (raskaat aromaattiset jakeet, jotka ovat alttiita saostumiselle).
- vahat (korkeasti sulavat parafiiniset jakeet).
- Sedimentit ja hiukkaset (hiekka, ruoste, korroosiotuotteet).
- Vesi (kondensaatiosta tai kontaminaatiosta)
- Kemialliset jäämät (käsittelykemikaaleista, lisäaineista)
| Komponentti | Massa (tyypillisesti) |
|---|---|
| Asfalteenit | 50-70 % |
| Vahat | 10-20 % |
| Sedimentit | 5-15 % |
| Vesi | 1-5 % |
| Muut (jäämät) | 5-10 % |
c 3s5b1r3e5a6k Keskeisiä lietteen muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä ovat:
c 3s5b1r3e5a6k
- Polttoaineen koostumus: Suurempi asfalteenipitoisuus → suurempi lietepotentiaali
- Lämpötila: Jäähdytys alle vahan saostumispisteen lisää lietteen muodostumista
- Varastointiaika: Pidempi viipymä edistää sedimentoitumista ja agglomeroitumista
- Kontaminaatio: Veden ja hiukkasten pääsy nopeuttaa lietteen muodostumista
- Sekoitustehokkuus: Huono kierto mahdollistaa paikallisen kertymisen
1.3. Taloudellisia ja toiminnallisia vaikutuksia ovat:
- Käytettävissä olevan polttoaineen määrän väheneminen
- pumppujen, suodattimien ja polttoaineletkujen tukkeutuminen.
- Lisääntyneet huolto- ja puhdistuskustannukset
- Epätasaisen palamisen ja moottorin likaantumisen riski.
1.4. Lietteen muodostumisnopeus
Lietteen muodostumisnopeus riippuu useista tekijöistä, kuten polttoaineen koostumuksesta, varastointiolosuhteista ja käsittelykäytännöistä. Toimintakokemuksen ja IMO:n ohjeiden mukaan lietteen muodostuminen polttoaineen puhdistuksen ja varastoinnin aikana on tyypillisesti 1-3 tilavuusprosenttia kulutetusta HFO:sta, vaikka tämä viittaa erotin-/ bunkkerijätteisiin eikä sitä pitäisi suoraan rinnastaa ISO 8217sedimenttiä koskevaan eritelmään.
Alukselle, jossa varastoidaan 1 000 tonnia HFO:ta 380:
c3s5b1r3a6k
| Skenaario | Lietteen massa (t) | Läjitysmäärä m³ | Polttoainekustannusten menetys 500 $/t |
|---|---|---|---|
| Vähäinen arvioitu (1 tilavuusprosentti) | 9.5 | ≈ 10 | 4.750 |
| Korkea arvioitu (3 tilavuusprosenttia) | 28.5 | ≈ 30 | 14.250 |
On huomattava, että näissä arvioissa otetaan huomioon vain polttoaineen suorat arvonmenetykset. Käytännössä lietteen huollosta aiheutuvat kustannukset ovat usein korkeammat MARPOL-yleissopimuksen liitteen I mukaisesta pakollisesta hävittämisestä, satamien vastaanottomaksuista ja lietteen käsittelyvaatimuksista johtuen, ja ne voivat ylittää huomattavasti menetetyn polttoaineen pelkän hinnan.
2. JOHDANTOLähestymistavat lietteen hallintaan ja käsittelyyn
2.1 Perinteiset menetelmät
- Lämmitys ja kierto: Pidetään polttoaine vahan saostumispisteen yläpuolella (~50-60 °C HFO 380:lla).
- Keskipakoiserotus/poisto: Poistetaan vesi ja raskaat kiintoaineet
- Mekaaninen suodatus: Suojaa moottoria ja polttoainejärjestelmiä
- Kemialliset lisäaineet: Dispergointiaineet, stabilointiaineet sedimentin muodostumisen vähentämiseksi.
Rajoitukset
- Korkeat energia- ja ylläpitokustannukset
- Ei täysin tehokas suurten säiliötilavuuksien homogenisoinnissa.
- Epätäydellisen sekoittumisen vaara erityisesti tankkausasemilla tai aluksella.
3. RAPTECH
Kavitaatiopohjainen homogenisointi RAPTECH
Kavitaatiosekoitus käyttää hallittua korkeapainevirtausta ja kavitaatioilmiöitä mikroturbulenssin aikaansaamiseksi, jolloin lietehiukkaset dispergoituvat nopeasti polttoaineen irtotavaraan. Alla olevat kuvat osoittavat RAPTECH-homogenisoinnin mahdollisuudet, kun muovipyrolyysiöljyn jätteen raskaita saostumia on käsitelty:
Ennen RAPTECH-kavitaatiohomogenisointia
RAPTECH-kavitaatiohomogenisoinnin jälkeen
HFO 380:lla tehdyissä kokeissa RAPTECH-kavitaatiohomogenisointi vähensi kokonaissedimenttipotentiaalia (TSP), joka on keskeinen stabiilisuusindikaattori, alkuarvoista, jotka olivat jopa 0,10 % m/m (ISO 8217 -standardin mukainen), 0,04 % m/m:iin (Bureau Veritasin raportti). Tämä merkitsee mitatun polttoaineen stabiilisuuden parantumista jopa 60 %, mikä osoittaa polttoaineen huomattavasti parempaa stabiilisuutta ja huomattavasti pienempää lietteen muodostumisriskiä varastoinnin ja moottorin käytön aikana.
Keskeiset edut:
- Tehokas homogenisointi: Vähentää paikallista lietteen kertymistä
- Pitkäaikainen vakaus: Säilyttää polttoaineen tasaisen koostumuksen pitkän varastoinnin ajan
- Toimintavarmuus: Vähentää tukoksia ja huoltotoimenpiteitä
- Skaalautuva sovellus: Voidaan ottaa käyttöön sekä maalla tankkausasemilla että aluksilla
- Taloudelliset säästöt: Kavitaatiohomogenisointi voi lietteen hävittämiskustannusten vähentämisen lisäksi parantaa polttoaineen käyttöastetta ~0,1-1 % tankkia kohti matkaa kohti.
Aluksessa, joka kuluttaa 20 000 tonnia HFO:ta vuodessa, tämä vastaa noin 20-200 tonnin polttoainesäästöjä vuodessa tai noin 10 000-100 000 USD vuodessa (viitehinnan ollessa 500 USD/t). Korkeammat polttoaineen hinnat tai suurempi kulutus lisäisivät suhteellisesti näitä säästöjä. Polttoainehävikin välittömän arvon lisäksi lietteen hävittäminen MARPOL-yleissopimuksen liitteen I vaatimusten mukaisesti on merkittävä kustannustekijä. Alusten on varastoitava liete erityisiin säiliöihin ja tyhjennettävä se ainoastaan vastaanottolaitteistoihin tai poltettava se aluksella. MARPOL-yleissopimuksen mukaiset lietteenkäsittelymaksut satamissa voivat usein ylittää itse menetetyn polttoaineen kustannukset, joten lietteen minimointi on entistäkin tärkeämpi toiminnallinen ja taloudellinen prioriteetti.
Havainnollistava vaikutus
Kavitaatiosekoitusprosessin käyttöönotto voi johtaa:
- Lietteen kertymisen vähenemiseen: Prosessi hajottaa lietehiukkaset ja estää paikallisen kertymisen
- Parempi polttoaineen hyödyntäminen: Tasalaatuisempi polttoaine johtaa parempaan moottorin suorituskykyyn ja tehokkuuteen
- Kustannussäästöt: Vähentynyt huolto- ja puhdistustarve, mikä alentaa käyttökustannuksia.
4. Johtopäätös
Lietteen muodostuminen laivojen polttoaineen tankkauksessa on edelleen jatkuva toiminnallinen ja lainsäädännöllinen haaste, jolla on huomattavia taloudellisia seurauksia. Suorien polttoainehäviöiden lisäksi MARPOL-yleissopimuksen liitteessä I edellytetään, että kaikki liete varastoidaan, poltetaan aluksella tai tyhjennetään luvan saaneisiin vastaanottolaitteistoihin, joissa käsittelymaksut usein ylittävät menetetyn polttoaineen arvon.
Yhdistämällä järjestelmällinen polttoaineen hallinta kehittyneeseen kavitaatioon perustuvaan homogenisointiin toiminnanharjoittajat voivat:
- ylläpitää polttoaineen vakautta pitkällä aikavälillä
- Vähentää huolto-, seisonta- ja hävittämiskustannuksia.
- Parantaa polttoaineen käyttöä, moottorin luotettavuutta ja käyttöturvallisuutta.
- Varmistetaan MARPOL-yleissopimuksen liitteen I noudattaminen ja vähennetään samalla ympäristöriskejä.
Kavitaatiohomogenisoinnin integroiminen sekä polttoaineen tankkausasemilla että aluksilla tarjoaa näin ollen väylän turvallisempaan, taloudellisempaan ja ympäristöystävällisempään polttoaineen käsittelyyn meriliikenteessä ja minimoi samalla lietteeseen liittyvät ongelmat ja lainsäädännölliset rasitteet.
Author: RAPTECH Eberswalde GmbH
5. Viitteet
- Kansainvälinen standardisoimisjärjestö (ISO). (2017). ISO 8217:2017 - Öljytuotteet - Polttoaineet (luokka F) - Laivapolttoaineiden vaatimukset.
- Concawe. (2019). Raskaan polttoöljyn stabiilisuus ja sedimenttien muodostuminen. Raportti nro 5/19.
- CIMAC. (2018). Polttoaineraportit: Sludge Formation and Fuel Handling. Kansainvälinen polttomoottorineuvosto
- RAPTECH GmbH. (2024). Sisäisiä teknisiä raportteja kavitaatioiden sekoitustekniikasta
