Tjockoljemotorn ger bättre driftsekonomi

av Ragnhild Artimo Forum 1982-05, sida 14-16, 17.03.1982

Taggar: Teman: oljemotorer

olj

O Som resultat av allt mera raffinerade raffineringsprocesser och användning av allt tyngre råolja kommer tjockoljornas kvalitet att försämras. Det ställer högre krav på de marina motorerna — och motortillverkarna.

— De marina motorerna utvecklas snabbare än bränslena försämras. Framtidens motorer kommer att klara framtidens bränslen bättre än många av de motorer som idag körs på dagens bränslen, hävdar Daniel Paro, utvecklingschef vid Wärtsiläs dieselgrupp och stationerad vid bolagets Vasafabrik.

Wärtsiläs dieselgrupp inkluderar två enheter: Vasafabriken i hemlandet och Nohab Diesel i Trollhättan. Vasafabriken tillverkar medelvarvsdieselmotorer inom effektområdet 500…5 800 kW, Nohab tillverkar motorer för effektområdet 500…3 200 kW, dels av egen konstruktion, men from nästa år också Vasa-konstruerade Vasa 22motorer. Utöver dessa motorer av egen konstruktion har Wärtsilä tillverkning av licensmotorer vid Åbovarven.

Konverterade och ”riktiga” HF-motorer

Två typer av motorer kör idag på tjockolja: å ena sidan konverterade, dvs ”omvända” dieselmotorer, som ändrats för tjockoljedrift, å andra sidan ”riktiga” tjockoljemotorer som från början är konstruerade för detta bränsle.

— Wärtsiläs Vasafabrik konverterade redan i slutet av 60-talet dieselmotorer för tjockoljedrift, något vi inte var ensamma om. Samtidigt började vi utveckla en motor som från början konstruerades för tjockoljedrift, Vasa 32, berättar Daniel Paro. — Inom vårt eget effektområde var vi först i världen med en verklig HF (heavy fuel)-motor.

14

Tjockoljan var-under hela 60- och 70-talet cirka en == = tredjedel billigare än marindieselbränsle. 1979-80 +9’ var prisrelationen på de flesta marknader 1:2 (tjockolja: | marindieselbränsle), men har nu återgått till”norma la” 2:3. — Det-dominerande ä £ cb - alld sionsmotorer och hjälpmotorer, E [S törn är tjockoljedriften på frammarsch; säger Daniel Paro, utvecklingschef vid Wärtsilä Diesel.

Vasafabriken levererade sin första tjockoljemotor till norska rederiet Leif Hoegh 1978, en Vasa 32 radmotor. Idag är 80 procent av våra motorer konstruerade för tjockoljedrift. Vi väntar att tjockoljemotorerna om tre fyra år skall utgöra hela vår produktion. Nyaste tillskottet i familjen är Wärtsilä Vasa 22 HF, som är världens minsta motor konstruerad uteslutande för tjockoljedrift.

Fördelen av att ha både huvud- och hjälpmotoren för tjockoljedrift är uppenbara: man behöver hantera bara ett bränsle ombord. Ett exempel på inbesparingarna i driftskostnader visar vidstående diagram.

Fig 1 PRIS VS VISKOSITET

Relativa priser för marinbränslen

Marindlesetbränsle

Normaldistribution

Rotterdam i mars 197 ränslet för världshandels sä la tjockoljas Lättare = 14.

men också pa den s

Den som spar…

Generellt sett kan tjockoljedrift betyda en sänkning av fartygets driftkostnader med 20-30 procent. Men tjockoljan kan vara upp till hälften billigare än destillatbränsle. Vart tar skillnaden vägen?

Vasafabriken har utvecklat en rutin för beräkning av den faktiska besparingen vid drift på tiockolja e bränsleförbrukningen ökar något pga tjockoljans lägre värmevärde, ca 3 procen » bränslebehandling, d v s separering, värmning, utgör en kostnad i klassen

Fia 2 TOTALA ÅRLIGA DRIFTSKOSTNADER FÖR

HJÄLPMASKINERI PÅ 4940 kW/3 enheter s

MULJÅ MIL: Fm |Us +

Dagilllatbeänsl 1000 — 1500 — 3500 Viskositet (Sekunder Redwood I)

Den normala prisskillnaden mellan destillatbränsle och tjockolja har genom åren varit 30 procent till tjockoljans fördel. Undantag utgjorde åren 197980 då skillnaden var uppe i 50 procent.

1000 2000 2006 — 4uu0 5000 Ba00 7000 — &000 RÄNTA 123 ÅRLIG ORIFTSTID AMORTERINGSTID 8 ÅR BELASTNINGSFAKTOR 40

Tjockoliedriftens lönsamhet har genomgripande förändrats under tio år. Diagrammet visar hur driftkostnaden för ett hjälpmaskiner! på 4 940 kW uppdelat på tre motorer förändrats under den perioden.

Forum 5/82

Vad är tjockolja?

Tjockoljemotorerna vinner terräng i marinbruk. De sparar bränslekostnader, eftersom bränslet är det billigaste tänkbara, tjockolja. Tjockolja bör inte förväxlas med råolja, utan är en raffinerad produkt: det som blir kvar på bottnen av pelaren, då råoljan hettats up och lättare (och dyrare) bränslen förgasats.

Ö Det finns ett överutbud på tjockolja idag. Tjockoljan är en ofrånkomlig slaggprodukt som uppstår vid raffineringen. Den har varit svårare att utnyttja än de lättare bränslena på grund av sin höga viskositet (= trögflytande), och genom att den innehåller råoljans föroreningar i koncentrerad form — bla svavel och vanadin. I tjockoljan koncentreras också råoljans asfaltinnehåll.

Under flera årtionden hade tjockoljan sin främsta tillämpning som bränsle för kraftindustrin, bla värmekraftverk. I och med oljekrisen 1973 och den nya energistrategin — att använda oljan som i främsta hand framdrivningsbränsle och som råvara för den kemiska industrin — har kraftindustrin i allt högre grad övergått till att använda kol som bränsle. Jordens koltillgångar är oerhörda jämfört med oljetillgångarna.

2 procent av driftkostnade » smörjoljan bör ha högre tillsatsämneshalt och är dyrare — inverkan på driftkostnaden är dock mindre än 0,5 procen » bränslebehandlingsutrustningen, dvs värmare, separatorer, tankvärmning etc innebär en betydande kapitalkostnad, ca 5 procent av driftkostnade » underhållskostnaden blir högre vid tjockoljedrift än dieseloljedrift — en skillnad på ca 1,5 procen — Lönsamheten ökar principiellt som funktion av installationens effekt och drifttid per år, säger Paro. — Fig 2 visar hur driftkostnaden för ett 4940 kW hjälpmaskineri ändrats under 10 år. Siffrorna talar sitt tydliga språk.

— Tjockoljedrift medför vissa fenomen som, om de inte möts på rätt sätt,

Forum 5/82

I likhet med sina systerbränslen allt från butan, metan, bensin och dieselolja, är tjockoljan ett kolväte. Dess molekylkedjor, -ringar och -förgreningar består uteslutande av kol- och väteatomer. Molekylkedjorna i tjockolja är längre än i de lättare bränslena, och atombindningarna starkare: det är kämpigare för syreatomer att tränga sig på och starta förbränningen.

Den tjockolja som blir kvar vid destillationen efter gaser, bensin, dieselolja och smörjolja separerats, kan med hjälp av sk krackning ytterligare spjälkas upp i lättare och tyngre komponenter, varvid man utvinner en större volym av de mera eftertraktade lätta oljeprodukterna. Man använder huvudsakligen två krackningsmetoder: sk termisk krackning och katalytisk krackning.

Termisk krackning innebär att tiockoljan hettats upp i ett lufttomt slutet kärl i en temperaturkontrollerad process, varvid molekylkedjorna trots de starka bindningarna bryts och omgrupperar sig — lätta komponenter fälls ut. Vid katalytisk krackning använder man som katalysator aluminium- eller kiseloxid i finpulveriserad form (1-40) x 10 6 m, varvid katalysatorn vid upphettning utsätter molekylkedjornas bindningar för extra stor påfrestning, så att ”vinsten” av lättare bränslen blir ännu större än vid termisk krackning.

Den tjockolja som blir kvar vid termisk krackning är ca 20 procent av totalvolymen, vid katalytisk krackning 13—16 procent.

Om tjockoljan inte skulle kunna utnyttjas som sådan, skulle ma brukar kallas problem, konstaterar ingenjör Paro.

Wärtsilä Vasa 22 HF är världens minsta motor för tjockoljedrift. Bl a cylinderlocken, avgasventilerna, turholaddaren och kolvar är specialkonstruerade med tanke på bränsletypen, Effektområdet är 500…2 500 kW.

vara tvungen att processa den ännu längre, vilket i slutändan skulle leda till att tjockoljans föroreningsämnen skulle bilda en enorm avfallsmängs. Så har oljebolagen helt vettigt resonerat. Och valt att sälja tjockoljan inklusive föroreningarna.

De har också framlagt saken för motortillverkarna, av vilka många redan svarat på utmaningen genom att utveckla speciella tjockoljemotorer (”omvända”) konventionella dieselmotorer för tjockoljedrift.

Speciellt väl lämpar sig tjockoljan som marinbränsle.

Genom att tjockoljan — som ju är ”bottensats” — inte är ett rent bränsle, utan bla innehåller en del tunga metaller och efter katalytisk krackning också smärre mängder katalytiska partiklar, är det nödvändigt att före användningen, mao ombord, separera bränslet. Detta kräver separatorer, som i sin tur kräver utrymme, Ett fartyg är bättre skickat för detta slag av energihushållning än tex ett järnvägslok.

Så har vi miljöfrågan. Röken från förbränningen av fossila bränslen innehåller svaverlsyra, som mätbart påverkar kemin i t ex mindre sjöar, medan man däremot till dags dato inte kunnat konstatera någon försurning av världshaven, vilket dels har att göra med den massiva vattenvolymen, dels med förekomsten av magnesium i havsvattnet, som neutraliserar syran.

Det faktum att tjockoljedrift sparar 20—30 procent av bränslekostnaderna är inte heller utan betydelse.

Daniel Paro Ragnhild Artimo DO

Han nämner några exempel:

Slitage: tjockoljornas höga askhalt och förekomsten av katalysatorpulver från raffineringsprocessen medför ökad risk för mekaniskt slitage. Det finns emellertid färdigt testade slitagebeständiga — komponentlösningar som ännu inte behövt införas som standardlösningar.

Kallkorrosion: uppstår p g a av svavelsyraangrepp på för kalla ytor. Wärtsilä har valt den lösningen, att tjockoljemotorernas temperaturer styrs så att problemet undviks: de ifrågavarande ytorna hålls helt enkelt varma!

Varmkorrosion: tjockoljornas tunga metaller, främst vanadin sätter fart på varmkorrosionsfenomenen — avgasventilen är den kanske mest utsatta detaljen. Effektiv kylning är svaret på detta problem.

Nedsmutsning i motorn: nedsmuts 1 ning av kolvens flamsteg och kolvningsspår kan leda till störningar i motorns funktion. Detta fenomen kan påverkats genom optimering av bl a temperaturer, smörjning och förbränningsförlopp.

— Wärtsiläs Vasafabrik var först i världen med en tjockoljemotor inom vårt eget effektområde, säger utvecklingschef Daniel Paro.

I övrigt kan nedsmutsningen i motorn tacklas genom exempelvis höjning av lasten. Men det bästa är givetvis att förebygga dessa förargliga störningar genom att beakta problemen i konstruktionsskedet och välja de lösningar och de material som ger de bästa driftsegenskaperna.

Konsumentupplysning

Eftersom fördelarna med tjockoljedrift så entydigt uppväger de fenomen som kan antecknas på minussidan, är det klart att varje motorproducent med självaktning (och önskan att bibehålla sin marknadsandel) idag måste kunna erbjuda motorer för tjockoljedrift. Utbudet är brokigt. För konsumenten/ köparen kan det vara svårt att utan e ingående teknisk analys av motorn avgöra om den har förutsättningar att klara det bränsle och den drift den offereras för. Som check-list för konsumenten räknar Daniel Paro upp några centrala punkter att fästa uppmärksamhet vid — En motor som har mekaniska resurser för höga förbränningstryck är bäst lämpad för tjockoljedrift, genom att den är mindre känslig för variationer i bränslets förbränningsegenskaper. Kolvens kippning har samband med nedsmutsning av kolvringszonen: minskad kippningsrörelse och -Hastighet minskar nedsmutsningen. Wärtsilä har utvecklat kolvar med segjärnsmantel som är lämpligare än konventionella lättmetallkolvar för tjockoljedrift.

— En tjockoljemotors ventiltider bör vara sådana, att inloppskanalen hålls ren. Wärtsilä har ett trepunktsprogram för varje cylindertal av varje motortyp: teoretisk beräkning av blowback-risken, tryckmätningar under gasväxlingsprocessen och ett par hundra timmar tomgångsdrift på det sämsta bränsle motorn är specificerad för.

— Vidare bör lägtryckssystemet på motorn konstueras med omsorg. Het tjockolja är ett osympatiskt medium. Om det mesta möjliga av systemet är placerat i ett slutet utrymme — värmeskåp — uppnås både jämn temperatur och god brandsäkerhet.

Slutligen poängterar Paro betydelsen av underhållsvänlighet — Det är möjligt att med en väl konstruerad tjockoljemotor uppnå underhållsintervaller som är fullt jämförbara med vad som är normalt för drift på destillatbränsle. Men rengöringsoch rekonditioneringsarbetet kan vara något mera tidskrävande. Vill man uppnå kortare ståtid, rekommenderas komponentbytessystem. Om motor 1 sådana fall måste en resa specialkonstrueras.

Ett företag som specialiserat sig på svåra affärsresor är Finnaviation Oy, ett dotterbolag till Finnair Oy. Finnaviation sysslar med affärsflyg samt linjeflyg mellan de smärre flygfälten.

— Vi kan erbjuda våra kunder flygservice i enlighet med kundens egna program och tidtabeller, uppger Sales Promotor Marjukka Eskolin på Finnaviation. Planet stiger precis enligt kundens önskemål. Vi har inga check in tider.

— Om en kund vill avvika från tidtabellen mitt under resan, så går det bra för sig.

Enligt Marjukka Eskolin sker ökar också behovet av skräddarsydda affärs Aftfärresorna … (forts. från sid13 1 resor. Tendensen är klart synlig även om affärsflyget i Finland och de nordiska länderna tillsvidare inte utnyttjas i samma utsträckning som i USA.

Marjukka Eskolin på Finnaviation tror att affärsflyget kommer att stärka sin ställning bland affärsresealternativen.

konstruerats så att bytesoperationerna kan göras snabbt, kan underhållsarbetet oftast skötas helt utan sk off hire-tid.

Konvertering nästbästa lösningen

Nästan undantagslöst stannar en konverterad motor på en lägre nivå än en motor som är konstruerad för tjockoljedrift.

— Konvertering av äldre motorkonstruktioner för tjockoljedrift har emellertid visat sig vara en ekonomisk nödvändighet i många fall, säger Paro. — Många motorbyggare erbjuder sk konverteringspaket. Det är skäl att noga analysera vad ett sådant paket inkluderar och på vilka punkter den konverterade motorn uppnår en tjockoljemotors nivå. Konvertering av motorer i drift kan ofta vara lönsam, även om man måste räkna med ökade underhållskostnader och ökad risk för driftstörningar.

En rätt vanlig konverteringsform är sk fabrikskonvertering: motortillverkare som inte har tjockoljemotorer på produktionsprogrammet bygger in en del tjockoljekomponenter i nya motorer.

Paro framhåller, att en sådan motor kanske är att föredra framom en i drift konverterad motor, men att den inte bör jämföras med en ”riktig” tjockoljemotor.

— Tjockoljemotor är dyrare att bygga än destillatbränslemotorer. Det kommer nog att räcka några år innan motoranvändarna i praktiken erfar, att det lönar sig att investera i bra utrustning då man vill köra på tjockolja.

Ragnhild Artimo — Det verkar dock som om näringslivets krav på sina anställda i framtiden skulle tvinga människor att använda sig mera än hittills av affärsflyget. Man väntar sig hela tiden bättre resultat, och resultaten skall åstadkommas allt snabbare, säger Marjukka Eskolin.

Finnaviation har ett relativt brett urval av flygplan. Flaggskeppet utgörs av ett Fan Jet Falcon-plan med utrymme för tio passagerare. De övriga planen är propellerdrivna och kan transportera 4 — 9 passagerare.

Affärsflyget förefaller vid en första anblick vara rätt kostsamt. Men enligt Marjukka Eskolin kan en skräddarsydd resa i många fall bli det billigaste alternativet.

Speciellt gäller detta då tidsanvändningen beaktas.

Bjarne Nyman

Forum 5/82