Optimering af brændolie forbruget ombord på Brage Viking

Transkript

1 Optimering af brændolie forbruget ombord på Brage Viking Frank Kolding F10650 Efteråret 2017

2 Forfatterens navn: Frank Kolding Forfatterens studie nr.: F10650 Projektets titel: Optimering af brændolie forbruget ombord på Brage Viking Projektets type: Bachelorprojekt Samarbejdspartnere: Viking Supply Ship Fagområde: Termiske maskiner Placering i uddannelsesforløbet: 9. Semester Uddannelsesinstitutionens navn: Aarhus maskinmesterskole Vejleders navn: Esben Hedegaard Thomsen Dato for aflevering: 22/ Antal normalsider af 2400 anslag: 25 normalsider Kilde til forsidebillede: Eget arkiv 1

3 Abstract In the good year of 2012 the ship s owner Viking Supply Ship (VSS) employed me as 3 rd engineer to work on one of the new build vessel. VSS are building 4 new AHTS (Anchor Handling Tug Supply) vessel on the shipyards Zamakoma at Bilbao in Spain. For the 4 out of the 6 years of my employment in VSS has been on Brage Viking, in the last couple of years there has been a crisis in the oil industry, which gives the companies there are working in oil industry some big challenged to keep the business running. Do to the crisis the companies are forced to reduce their fleet of vessel to the market situation, this has some consequence for VSS there has put 7 vessels to layup in Sweden and the 3 rd engineer is taken away from the Zamakoma buildings. When the 3 rd engineers were terminated, I was keeping my employment in VSS do to the agreement there is fore me about this study to become a marine engineer. Do to the lack of jobs in the oil industry for offshore vessels, the vessels are waiting in port for the next job. There are many days in port between the jobs, when the vessels are in port is costing the company money to keep life on board the vessel. When the vessel is at port there must be produced electricity for the crew and engines, the VSS vessels are constructed with 4 main engines and 2 auxiliary engines with are producing the needed electric power to maintain the life for the crew and keep heat on the main engines. All the heating element on the vessel are electrically powered and the heat there are coming from the AUX engine when is are producing electric power are cooled away to the sea. One way to reduce the marine diesel oil consumption is to recycle some of the produced heat there ells are cooled away, in this report there are three suggestions of ways to reduce the marine diesel oil consumption, by expanding the cooling water system so it's possible to recycle heat from AUX engines cooling water system to keep heat on the main engines when they are stopped, and transferred heat from AUX engines cooling water system to the heating water system for ventilation system for accommodation. Another way to save energy is to control the pumped cooling water flow in port. Some part of the cooling system isn t possible to regulate the flow of water so it is running with the capacity of full load of main engines and to all the consumers in the cooling water system. The suggestion is to build in valves so the cooling water system are reduced in size and furthermore build in a frequent converter to regulate the revolution of the electromotor on the cooling water pump so cooling water flow will come down and that way save some energy which is are coming from the marine diesel oil. Nothing are coming for free in attempt to save money, there is a cost fore make the expansion of the cooling water system. I has been in contact with some supplies to get an 2

4 advice and a price of the components there are used and for some other components I have looked to the internet for the price. Because it's a cost to expand the cooling water system, I have done some calculations of how much marine diesel oil is possible to save and how many days it will take to pay the investment back 3

5 Abstract 2 1. Forord 7 2. Problemstilling Problemformulering Afgræsning Metode Validitet af målinger Forkortelser der anvendes i rapporten Beskrivelser af eksisterende systemer Elproduktion SW kølesystemet FW AUX FW LT FW HT FW systemet Kølesystem på hjælpemotor Stilstandsvarme på hovedmotoren FW HT Stilstandsvarme på hovedmotoren smøreolie Varme i aptering og på broen Indblæsning luft til maskinrummet Udslip fra hjælpemotor NOx CO HC CO FW AUX pumper Fuld DP Harbour mode Sea mode DP lite mode Fuld DP mode Operator mode Brændstoffet anvendes til Krav til genanvendelse overskudsvarme 23 4

6 6. Analyse Hjælpemotor Caterpillar C FW HT stilstandsvarme Smøreolie Indblæsning luft til aptering og broen Aptering Broen FW AUX pumpen Reduktion af udslip Forslag til optimering af systemer Stilstandsvarme på hovedmotor Varme til aptering FW AUX pumpe Materialer Komponenter til stilstandsvarme Vejs ventil Vejs termostatventil Pladevarmeveksler Cirkulations pumpe Frekvensomformer Kontroller til regulering af pumpen Temperaturfølger Apterings varme Komponenter til FW AUX pumpen Pris Priser for materialer til stilstandsvarme Priser for varme til aptering Priser til FW AUX pumpe Besparelser og tilbagebetalingstid Besparelser af brændstof Besparelse af brændstof ved stilstandsvarme Besparelse af brændstof ved apterings varme Besparelse af brændstof ved FW AUX pumpe Tilbagebetalingstid 43 5

7 For stilstandsvarme på hovedmotor For varme til aptering For FW AUX pumpe For både stilstands og apterings varme Konklusion Litteraturliste Bilag 50 Bilag nr Udslip fra hjælpemotor 50 Bilag nr FW AUX pumper 50 Bilag nr Trendkurve FW 51 Bilag nr Pumpedata elvarme HT 51 Bilag nr Data for ventilationsanlæg til aptering 52 Bilag nr Data for ventilationsanlæg til broen 53 Bilag nr Vejsventile 53 Bilag nr Vejs termostatventil 54 Bilag nr Pladevarmeveksler 55 Bilag nr Cirkulations pumpe 56 Bilag nr. 11 Frekvensomformer VLT HVAC 15 kw 57 Bilag nr PT Bilag nr. 13 Valutaomregner for pladeveksler 58 Bilag nr. 14 Pris kontraventil DN Bilag nr. 15 Pris rør 59 Bilag nr. 16 Pris Svejse flange 60 Bilag nr. 17 Pris butterflyventiler 60 Bilag nr. 18 Pris Kugleventiler 61 Bilag nr. 19 Pris T-stykker 61 Bilag nr. 20 Pris 900 Bøjning 62 Bilag nr. 21 Pris elektroder Bilag nr. 22 PMS 380 kw 63 Bilag nr. 23 Econometres 130 liter 63 Bilag nr. 24 PMS 300 kw 64 Bilag nr. 25 Econometres 107 liter 64 Bilag nr Pris marine diesel olie 65 Bilag nr Valutaomregner for marine diesel olie 65 6

8 1. Forord I året 2012 var Viking Supply Ship ved at udvide sin offshore flåde med 4 nye ankerhåndtering skibe fra Zamakoma Yard i Bilbao Spanien. (Loke Viking, Njord Viking, Magne Viking og Brage Viking) af typen VS 4622 CD-AHTS. Januar 2012 blev jeg ansat som 2 mester som en del af den nye besætning der skulle på de nye skibe. Jeg startede på Njord Viking som var nr. 2 i rækken da hun var et lille års tid gammel og var ombord i ca. 9 måneder, hvor efter jeg byttede plads med 2 mestrene på Brage Viking og var der indtil 2015 hvor Brage Viking skulle 3 år til Sakhalin på russisk flag. Brage Viking kom tilbage til dansk flag efter kun et år grundet at der er et stort fald i olieprisen og som følge heraf laver rate på skibene når de får job. De lave rater på jobbene har gjort VSS (Viking Supply Ship) har været nødsaget til at afskedige deres 2 mester på de 4 søster skibe. Jeg har en aftale med VSS om mit studie, så er fortsat med at være ansat den efterfølgende tid har jeg været med til at passe de 6 skibe som VSS har i oplæg i Sverige og da Brage Viking kom tilbage på dansk flag efter kun et år. Kom jeg tilbage til Brage som kendt mand med titel som 2 mester, for at hjælpe de nye mester som kom ombord. Skibene er indrette med 4 stk. hovedmotor af type MAK (2 stk. 8M32C og 2 stk. 6M32C) med et totalt udtag på kw. Der er en 6 og 8 cylindre motor som trække på samme propeller aksler gennem et reduktion/ step up gear som er ens i begge sider af skibet. I skrivende stund er offshore branchen under stort pres, grundet den lave oliepris, dette er med årsag til Viking Supply Ships skibe ligger i havn mange dage om året. Hvilket medfører store udgifter til brændselsolie for at opretholde lys og varme for besætning og udstyr ombord på skibene. Der findes også 2 hjælpemotorer ombord af typen Caterpillar C32, som producerer alt strømmen under havneophold, under normale omstændigheder er det tilstrækkeligt kun at anvende en hjælpemotor. For yderlige oplysninger om Brage Viking se PDF VSS Brage Spec. Skibene er indrettet således at varmen er elektriske om det så er på hovedmotorens stilstandsvarm, opvarmning af indblæsningsluft i ventilations rummet til apteringen og der er også elvarme i gulvene og en mindre elvarme på besætnings kammene til indblæsningsluften. Som det ses på forsidebilledet er skibene bygget til at opperader i kolde egne af verden, så under meget kolde forhold er det muligt at opvarme indblæsningsluften til maskinrummet med en oliefyret kedel, dampen kan også anvendes til opvarmning af indblæsningsluften til apteringen gennem en varmeveksler. 7

9 Med snart 6 års ansættelse i rederiet, som hovedsageligt har været på Brage Viking vil de data der bliver anvendt i denne rapport stamme fra Brage Viking men da det er 4 søster skibe vil projektet kunne overføres til de andre skibe. 8

10 2. Problemstilling Grundet den lave oliepris ligger skibene meget i havn, hvilke medfører store udgifter til lønninger, drift af skibene og ikke mindst brændstofforbruget. For at reducere udgifterne så meget som muligt bliver der under havnen ophold stoppet så mange forbruger som ikke er nødvendige til at opretholde livet ombord. Skibene er bygget som DP 2, hvilket vil sige at hovedsystemerne er der dubleret og adskilt. På broen er der dobbelt af navigationsudstyr samt andet udstyr for at opfylde kravene for at være DP 2. I maskinrummet er kølevand, brændolie systemet og strømtavle delt ned gennem midten af skibet, således at skibet kan fortsætte med at operaer på den ene side hvis der er en fejl på den anden side. Dette giver begrænsninger i hvordan der kan optimeres på brændstofforbruget ved at systemer som kølevandssystem i bagbord og styrbord side ikke må blandes. Det er udgift til brændstof denne rapport vil tage udgangspunkt i. Under havneophold ligger brændstofforbruget på ca. 2,5 tons marine dieselolie pr. 24 timer. En stor del af brændstoffet går til at holde de 4 hovedmotorer varme under stilstand, samt en del til kølevandspumper for at holde hjælpemotoren kølet ned og resten af brændstoffet anvendes til lys, varme og air com til besætning Problemformulering Hvordan kan der optimeres på brændstofforbruget i de 4 søster skibe ved havneophold med udgangspunkt i Brage Viking? Høj temperatur kølevands opvarmning på hovedmotor? Smøreolie opvarmning på hovedmotor? Opvarme indblæsningsluften til aptering og broen? Opvarme indblæsningsluften til maskinrummet? Reducering af effekten på FW AUX pumpen? Hvad er udslip fra hjælpemotor før og efter en reduktion af brændstofforbruget? 2.2. Afgræsning I denne rapport vil der blive undersøgt om de økonomiske forhold ved genanvendelse af overskudsvarmen fra hjælpemotoren. Prisen på komponenter er henter ved forskellige leverandører og prissat af forfatteren, grundet at det er en presset tid for Viking Supply Ship, vil jeg ikke trække mere på deres ressourcer for at opnå en samlet pris. Der vil ikke blive indregnet arbejdstid til udvidelse af kølevandssystemet, da jeg ikke har nogen forudsætninger for at komme med et bud på hvor lang tid det vil tage at udføre 9

11 jobbet og har ikke mulighed for at få en fagkyndig udefra til at komme med et bud på hvor mange arbejdes timer der skal anvendes. Det er ikke muligt for mig at foretage nogen test af hvor meget energi der anvendes til opvarmning af indblæsningsluften til apteringen, da rapporten er skrevet over en periode, hvor udetemperaturen ikke var lav nok til at anvende elvarme, mens jeg var ombord. Her vil blevet lavet et overslag over hvor mange dage det vil tage at få den investering til udvidelse af system tilbage i reduceret brændstofforbrug. I denne rapport er der ikke mulighed for at lave de test og beregninger der skal til at dokumentere FW AUX rørsystemet og herved dokumentere om der kan reduceres på energiforbruget til FW AUX pumpen 2.3. Metode I den første del af denne rapport er en beskrivelse af hvordan de systemerne som er involveret i en mulige optimering af brændstof forbruget er opbygge og der vil også være beskrivelser af systemer til forståelsen af hvordan skibet er indrette. For få et indblik i hvor meget hjælpemotoren har af udslip i hjælpemotorens belastnings område laves der et diagram ud fra producentens data. Ombord i skibet er der flere måde at drifte el tavlen så derfor er der en beskrivelse af de 5 modes på skærmbillede i VAS systemet (Vessel automation system). Ved at anvende overskudsvarme fra hjælpemotoren er der forhold som skal overholdes således at der ikke sker skade på hjælpemotoren, efter samtale med maskinmesteren ombord i skibet som jeg har talt med om denne rapport, de forhold som der kom frem under samtalen er opstille under afsnittet Krav. For at genanvende energien i hjælpemotorens kølevand er der i den midterste del af rapporten en analyse af hvor meget energi der skal anvendes til opretholde den ønskede temperatur på hovedmotoren og i indblæsningsluften til aptering, der hvor det er mulighed for at anvende vand til at overføre energi til det ønskede medie. Denne rapport vil komme med et forslag til hvordan det gør det muligt at genanvende overskudsvarmen fra hjælpemotoren til opvarmning af hovedmotor stilstandsvarme og opvarmning af indblæsningsluften til apteringen. Her udarbejdes et diagram og en beskrivelse af hvad mine tanker er til hvordan genanvendelsen af energien fra hjælpemotoren kan ske. Ud fra disse overvejelser og diagrammet vil der blive udarbejde en stykliste til hvad der skal anvendes til at udbygge kølevandssystem til genanvendelse af overskudsvarmen fra hjælpemotoren. 10

12 Til slut vil der være hvad prisen er på materialer uden arbejdsløn da jeg ikke har mulighed for at få en udefra til at komme med et bud og jeg ikke har den fornøden viden om hvor mange arbejdstimer der skal anvendes til at udbygge kølevandssystemet. Ved at der er skal foretages en investering er der beregninger på hvor mange døgn ved havneophold med en udetemperatur der er lav nok til at der elvarmen er på i 24 timer til at have det reducerede brændstof forbrug til at betale for optimeringer af kølevandssystemet Validitet af målinger I denne rapport er der anvendt et håndholdt laser termometer til måling af temperaturen. Ved målinger var der et udsving på ca. 1 0 C ved gentagne forsøg af måling på samme sted. Dette giver en fejlmargen i de beregninger der tager udgangspunkt i temperaturmålinger. Har ikke haft mulighed for at monterer en temperatur følge de pågældende steder, således at der kunne foretage målinger over længere tid, som ville give en retvisende temperatur. Ved forsøget med hvor meget brændstof der kan spares er tiden en faktor, ved længere tids test ville måske give et mere præcist billede af hvad brændstof forbruget kunne komme ned på. Ved længere tids test kan der komme divisioner i strømforbruget fra de andre forbrugere som er i drift ved havneophold. 11

13 3. Forkortelser der anvendes i rapporten. DP2 Dynamik Position 2 PMS SW FW AUX FW LT FW HT VAS DVC IMO AHTS Power management System Søvands kølesystem Ferskvands hjælpe kølesystem Ferskvands kølesystem lav temperatur Ferskvands kølesystem høj temperatur Vessel Automatik System Dansk Ventil Center INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION Anchor Handling Tug Supply 12

14 4. Beskrivelser af eksisterende systemer. Skibene er af typen DP2, hvilket vil sige at alle hovedsystemer er dobbelte, således at skibet i maskinrummet er delt ned gennem midten af skibet med systemerne adskilt, hvorefter det er muligt at drifte skibet på en side alene ved en fejl på den anden. I den efterfølgende beskrivelse af systemer, bliver der kun omtalt hvad der på en side i skibet, da det spejler sig til den anden side. ligeledes henvise der til figur nr. 01. hvor systemerne er inddelt i farver, af hensyn til overblikket er alle komponenterne ikke tegnet på diagrammet, såsom pumper, køler med mere Elproduktion Produktion af elektricitet kan foregå på 2 måder ombord i skibene, den ene måde er med at hovedmotoren køre med et fast omdrejningstal på 590 RPM, hvor propellerakslen reduceres til 145 RPM. gennem et gear hvor også akselgenerator også er tilkoblet og bliver steppet op til et omdrejningstal på 1800 RPM. Akselgeneratorerne bliver som udgangspunkt kun anvendt når skibet er til havs. Den anden måde er ved at køre med en eller to hjælpemotorer alt efter behov ved havneophold eller i fuld DP. Hjælpemotoren er af typen Caterpillar C32 som driver en generator på 930 kva. Under havneophold anvendes harbour mode på PMS (Power management System) her er en eller to generator indkoblet på tavlen, som regel er det nok med en generator på tavlen, ved normal daglig drift af skibet er der et elforbrug på ca.380 kw. Under havneophold er det tilstrækkeligt at anvende en generator til den daglige drift af skibet SW kølesystemet Søvands systemet bestående af 2 pladevarmeveksler og 2 frekvensstyret centrifugalpumper. Søvandet kommer ind i skibet gennem enten den høje sø sugning eller gennem den lave sø sugning til en samle box, hvor på søvandspumpen suger fra, og trykker søvandet gennem en af de 2 pladevarmeveksler før det føres ud gennem bunden af skibet. Søvands pumpens RPM. reguleres af en indbygget PID regulator i VAS (Vessel Automatik System), det er temperaturen på FW AUX systemet der reguleres ud fra. En af søvands pumperne sættes til at være master og den anden pumpe er slave. PDI regulatoren starter master pumpen ved en FW AUX temperatur på 25 0 C og reguler omdrejningstallet på pumpen mellem 700 og 1800 RPM. alt efter kølebehovet og stopper søvandspumpen ved en FW AUX temperatur på 22 0 C. Hvis der ikke er tilstrækkelige med køleeffekt i en pumpe starter den pumpe som slave ved en FW AUX temperatur på 28 0 C. så de 2 søvandspumper køre i parallelt. 13

15 Under havneophold hvor der ikke er det store forbrug køre søvandspumperne ikke hele tiden. På nedenstående figur har søvands systemet den grønne farve FW AUX FW AUX system er kølesystem der køler alle de forskellige forbrugere som har et kølebehov såsom thruster, generatorer, hydrauliksystemer, LT kølvandet på hovedmotoren og flere. Her er to centrifugalpumper på 64 kw i styrbord og to på 51kW i bagbord side som er installeret parallelt, hvor en pumpe har kapacitet nok til fuldlast drift. Under havneophold er der behov for at der altid køre en FW AUX pumpe, for at køle den hjælpemotor, fryseriet og andre forbruger som er drift. Varme som FW AUX opsamler bliver overført til SW systemet gennem pladevarmeveksler. På nedenstående figur har FW AUX systemet den mørkeblå farve FW LT FW LT (ferskvands lavtemperatur) er til køling af hovedmotorens ladeluftkøler og smøreolie. Her er en elektrisk centrifugalpumpe til hver hovedmotor, som kun er i drift ved drift af hovedmotoren. FW LT temperaturen reguleres gennem en termostatiske trevejsventiler, der blande FW LT kølevandet med FW AUX kølevandet, så der kommer den fornødne køleeffekt til hovedmotoren. Den termostatiske trevejsventil er indstillet til at holde en LT temperatur på 38 0 C På nedenstående figur har FW LT systemet den lyseblå farve FW HT FW HT (ferskvand høj temperatur) er internt på hver hovedmotor med en tvunget trukket pumpe og en standby pumpe. Under drift af hovedmotoren reguleres FW HT temperaturen gennem en termostatiske trevejsventiler over til FW LT. Den termostatiske trevejsventil er indstillet til en driftstemperatur på ca.85 0 C På nedenstående figur har FW HT systemet den røde farve. 14

16 4.6. FW systemet FW systemet er en sammenbygning af de tre forudgående beskrevet systemer med en fælles udvidelse beholder. Figur nr. 01. Diagram over eksisterende systemer. 15

17 4.7. Kølesystem på hjælpemotor. Hjælpemotoren er konstrueret med et internt HT kølevandssystem som er reguleret af termostatventiler, der giver hjælpemotoren en kølevandstemperatur på ca C. Overskudsvarmen køles væk gennem en pladeveksler over til FW AUX systemet som passer gennem pladeveksleren med et konstant flow. Under normal havnedrift er der en temperaturdifferens på ca.5 0 C af FW AUX kølevand hen over hjælpemotorens pladeveksler 4.8. Stilstandsvarme på hovedmotoren FW HT. Det elektriske varmelegeme på 27 kw er reguleret af en temperaturregulator der holder hovedmotoren på ca.60 0 C under stilstand. Stilstands temperaturen er under indstillingen på FW HT termostatiske trevejsventil så der dannes en lukket kreds mellem hovedmotoren og det elektriske varmelegeme så en lille cirkulationspumpe på 0,75 kw er tilstrækkelig til at holde temperaturen oppe på den ønskede stilstands temperatur Stilstandsvarme på hovedmotoren smøreolie. Smøreolie separatoren er udstyret med en elektrisk fødepumpe og et elektrisk varmelegeme på 40 kw, som anvendes under stilstand af hovedmotoren til opvarmning af smøreolie sumpen. Den opvarmede smøreolie fra smøreolie sumpen cirkuleres rundt i hovedmotoren med en mindre fore smøreoliepumpe på 3 kwsom opretholder et smøreolietryk på ca.0,5 bar under stilstand af hovedmotoren Varme i aptering og på broen Til regulering af temperaturen i apteringen er der et centralventilationsanlæg. Alt efter udetemperaturen om der skal køles eller varmes på luften som indblæses i aptering, ved en udetemperatur over 15 0 C anvendes et af skibets 2 stk. chiller anlæg til køling af indblæsningsluften. Når det begynder at blive koldere i udetemperaturen, skal der tilføres energi til indblæsningsluften, dette kan ske ved det elektriske varmelegeme eller gennem de 2 vandopvarmede zoner i centralventilationsanlægget. Ved meget lave udetemperatur kan det blive nødvendigt at anvende den brændstof fyret kedel til opvarmning af vandet som opvarmer indblæsningsluften. Dampen fra kedlen overfører energi til opvarmnings vandet gennem en varmeveksler, hvor vandet cirkuleres med en af de to cirkulationspumper op til central ventilationsanlægget. Dette system anvendes kun ved meget lave udetemperatur. 16

18 Broen har sit eget ventilationssystem hvor det også er muligt at køle eller opvarme indblæsningsluften efter udetemperaturen. På ventilationsanlægget til broen er det ikke muligt at anvende opvarmet vand, her er kun elektrisk varmelegeme til opvarmning af indblæsningsluften Indblæsning luft til maskinrummet Selv om skibene ligger i havn eller ude på havet skal der luft til de motorerne som er i drift. Til indblæsningsluften til maskinrummet er der 4 stk. blæsere som kan køre i lav eller høj hastighed. Ved havneophold der er det tilstrækkeligt at drifte en blæser på lav hastighed og når alle 4 hovedmotor driftes på mere end 80% skal alle 4 stk. blæser køre på høj hastighed. Som nævnt før er skibene bygget til kolde dele af verden og derfor er der installeret varmeveksler i ventilations rummet til maskinrummet. Varmevekslerens energikilde kommer fra dampen fra den oliefyrede kedel. Her er der ikke umiddelbart mulighed eller behov for at anvende overskudsvarme fra hjælpemotoren, da der i de 6 år jeg har været ombord i de skibe, har der ikke været et behov for at varme på indblæsningsluften Udslip fra hjælpemotor Når hjælpemotoren er i drift forbrændes der marine dieselolie med et svovlindhold på under 0,1% dette oplyses af olieleverandøren. Producenten af hjælpemotoren har dokumenteret hvor meget der udledes til atmosfæren ved forskellige belastninger. Her er udarbejdet et diagram der viser hvordan udslippet er for de 4 gasarter som er kort beskrevet nedenfor. Bilag nr. 01 er en del fra Performance Data (RNX00141) er en del af den dokumentation som er leveret sammen med hjælpemotoren. Det er dette dokument som dataene til diagrammet nedenfor komme fra NO x NO x fremkommer når der opstår en forbindelse mellem oxygen og nitrogen. For at oxygen og nitrogen går i forbindelse med hinanden skal der være en temperatur over C og over så lang tid som muligt. I en forbrændingsmotor som hjælpemotoren er, vil der blive dannet NO x under drift da forbrændingen i hjælpemotoren er over C og med et omdrejningstal på 1800 pr. minut er forbrændingstiden kort, så der ikke tid til at danne mange NO x (Kuiken 2008 side ) IMO (INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION) har krav til hvor mange gram NO x der må udledes til atmosfæren pr. Kw/h. Som det ses i tabellen nedenfor er kravene 17

19 skærpet med tiden. Brage Viking blev færdigbygget i 2012 så hun går ind under Tier II og med et omdrejningstal på 1800 pr. minut har hjælpemotoren lov til at udlede NO x = 45 n 0,23 = ,23 = 7,85 g/kwh Hjælpemotoren som er produceret af Caterpillar opfylder kravene godt, det er kun ved en last på 10% hvor der blive udledt for meget NO x, ellers ligge motor nede det kvarte af hvad der tilladt fra 10-75% last og fra % last udleder motoren det halve af det tilladte efter 1 januar 2011 konvektion. Figur nr. 02. NO x tabel fra IMO. (IMO) CO I en forbrændingsmotor hvor forbrændingen ikke er fuldstændig er der noget kulstof som ikke er helt forbrændt og er gået i forbindelse med to oxygen molekyler, giver det CO gas som ikke er ønskværdig. Her er noget købt brændstof som ikke bliver omsat til den ønskede energi, årsagen til CO gas kan være for lidt luftoverskud i forbrændingen eller en for dårlig blanding af luft og brændstof i cylinderen. Ved den last som hjælpemotoren har under havneophold er CO ca. 200 gram pr. drift time og forhold til de ca. 260 kg CO2 der produceres ved en last på 380 kw er CO en lille del af den totale røggas der udledes fra hjælpemotoren. (Kuiken 2008 side 147) HC Hydrocarbon er u forbrændt kulstof, som kan stamme fra brændstoffet eller fra smøreolien som også indeholder kulstof. Disse Caterpillar motor ligger på ca. 50 g/hr i hele last 18

20 området, og med et brændstofforbrug på ca. 110 kg pr. time ved normalt havneophold er det en lille del som ikke bliver forbrændt. (Kuiken 2008 side ) CO2 Skibene er konstrueret til kun at anvende marine dieselolie som brændstof, dette giver den mængde CO2 som der blive forbrændt brændstof til. For at holde CO2 udslippet så lavt som muligt er det vigtigt at vedligeholde motoren. Figur nr. 03. Viser de 4 gasarter udslip ved en given belastning. I diagrammet ovenfor skal der bemærkes at CO2 er i kg/hr og de 3 andre er i g/hr. 19

21 4.13. FW AUX pumper Som beskrevet i tidligere afsnit er FW AUX systemet den del af FW systemet som køler hjælpemotoren og en masse andre forbruger som under normale havneophold ikke er i drift eller er det i kortere tid. De 2 pumpe i styrbord side er på 64 kw er af typen CM og de 2 pumper i bagbord side er på 51 kw af typen CM , der kører kun en pumpe af gangen i den side af skibet hvor hjælpemotoren er i drift. Det er sådan at den ene af pumperne er i drift og den anden er i standby i hver side af skibet. At der er to størrelser af pumper er fordi kølesystemet er større i styrbord side. (se bilag nr. 02) Fuld DP Beskrivelser af hvordan strømtavlen er opbygget og de 5 forskellige modes som der kan vælges imellem. I VAS systemet er der et skærmbillede PMS med hovedkomponenter i strømtavlen, her er der forskellige modes som kan vælges alt efter hvad der foregår ombord i skibet. Strømtavlen er opbygget af en strømskinne til store forbrugere såsom tunnel thruster, skinnen kan deles på midten og har en forbindelse til hjælpe strømskinnen gennem en effektafbryder. På hjælpe skinnen er resten af 440 volts forbrugerne tilkoblet og transformerne til 230 volt er forbundet gennem en bryder. Hjælpe strømskinnen kan deles i to. Her er de to transformer til 440/230 volt en i hver side af skibet. Som de 2 andre strømskinner kan 230 volts skinnen deles i 2 således at strømtavlen deles i 2. De 5 thruster er forbundet til storforbruger skinnen med en effektafbryder til hver thruster Harbour mode Under havneophold anvendes Harbour mode, her strømtavlen koblet sammen til en enhed og en af de to dieselgeneratorer leverer strømmen og den anden diesel generator er i standby og start/stopper efter hvor stor strømforbrug er Sea mode Ved sejlads fra A til B er PMS i sea mode her det ene af de to akselgeneratorer som er koblet ind på strømtavlen, som ved harbour mode er tavlen koblet sammen til en enhed. Den anden akselgenerator er i standby og klar til at blive koblet ind på tavlen hvis der opstår en fejl på den generator som er indkoblet DP lite mode Når skibet arbejder tæt på borerigge eller ind/ud af havn er PMS i DP lite mode, her er strømtavlen i to, hvor begge akselgeneratorer er indkoblet til at forsyne hver sin side af strømtavlen. 20

22 I hver side er hjælpe skinnen koblet sammen med storforbruger skinnen hvor thrusterens bryder er lukket. Her forsyner en akselgenerator en side af strømtavlen både storforbruger og hjælpe skinnen. De to dieselgeneratoren er i standby i hver sin side af strømtavlen Fuld DP mode Fuld DP er en udvidet form af DP lite, hvor strømtavlen er delt i 4 dele, her forsyner en akselgenerator kun en side af storforbruger skinnen. Hjælpe skinnen er delt i to og frakoblet storforbruger skinnen, en side af hjælpe skinne forsynes fra en dieselgenerator. I fuld DP er alle 4 generator indkoblet ind på hver sin del at strømtavlen og alle motorer er i drift Operator mode I de ovenstående beskrevet modes er det programmet som åben/lukke de forskellige bryder så de står til det ønskede mode. I operator mode har operatøren kontrollen over alle bryderen og står for hvordan bryderen skal være. Skærmbillede fra VAS Figur nr. 05. Skærmbillede af PMS. 21

23 4.15. Brændstoffet anvendes til Ved havneophold hvor der forbrændes ca. 2,5 tons marine dieselolie pr. 24 timer. Det er hjælpemotoren der forbrænder brændstoffet for at producere elektricitet til de forskellige forbruger på skibet. En del til at holde hjælpemotoren kold med her er søvandspumpen som forbruger en lille del da søvandspumpen er start / stop styret og med en frekvensomformer påbygget som regulerer omdrejninger efter start. Den 64 eller 51 kw store FW AUX pumpe skal køre hele tiden for at køle overskudsvarmen væk fra hjælpemotor over til sø vandsystemet. Når hjælpemotoren er holdt nedkølet går der en del af elektriciteten til at holde hovedmotoren oppe på ca under stilstand. Her er der 4 stk. elvarmelegeme på 27 kw og 4 stk. på 40 kw til at holde HT kølevandet og smøreolie oppe i temperatur. Da hjælpemotoren skal have noget luft for at producere elektricitet skal der køre en af de 4 stk. maskinrums blæsere på lav hastighed. Med et skib af denne størrelse er der meget lys og mange instrumenter som er tændt døgnet rundt. Besætning kræver at indeklima har den rette temperatur i fællesrum og på de personlige kammer, der er forskel på hvilken temperatur de forskellige besætningens medlemmer vil have på deres kammer. Der kører hele tiden 14 små og større blæsere for at udskifte luft i appretering. Indblæsningsluften bliver enten opvarmet eller nedkølet alt efter udetemperaturen, det er elvarmelegemet eller en af chilleren som er drift. På alle kamrene er der en elvarme på indblæsningsluften som reguleres med en termostat på kammeret, er det ikke nok til at holde sømanden varm er der elektrisk gulvvarme i både opholdsrummet og i badeværelsesgulvet. Med en normal besætning på 15 personer bliver elvarme til en betydelig del af den producerede elektricitet. 22

24 5. Krav til genanvendelse overskudsvarme Med tanke på at genanvende den overskudsvarme der køles bort fra hjælpemotoren under havneophold, er der nogle krav der skal overholdes. Efter samråd med maskinchefenerne ombord i skibene er dette kommet frem. Kølevandet må ikke blandes mellem bagbord og styrbord side. Varmebalancen på hjælpemotoren må ikke ændres. Opretholde en stilstands temperatur på hovedmotorens FW HT og smøreolie mellem C. Mulighed for at genskabe den nuværende driftsformen uden at der genanvendes varme fra hjælpemotoren til drift situation hvor hjælpemotoren er i drift samme med hovedmotoren. (Fuld DP) 23

25 6. Analyse Her vil blive undersøgt hvor stor effekt der afsættes i hjælpemotorens pladeveksler, hovedmotoren FW HT, smøreolie, indblæsningsluften til aptering, FW AUX pumpe og hvad der sker med udslippet fra hjælpemotoren ved et reducerede brændstofforbrug. Samt hvor store temperaturdifferens der er på FW HT kølevandet og smøreolien henover elvarmelegemet for stilstandsvarmen. Det er ikke muligt at aflæse flowet af kølevandet i nogle af systemer, da der ikke er installeret nogle flowmåler i skibene Hjælpemotor Caterpillar C32 Ved havneophold hvor hjælpemotoren er i drift og der er stoppe ned for de forbruger som ikke er nødvendige til opretholdes af lys og varme til besætning og motorerne, er der et forbrug på ca. 380 kw. aflæst på VAS. Det er ikke muligt at aflæse det specifikke strømforbruget på HT kølevandet og smøreoliens elvarmelegemer, så her slukkes der for de 4 varmelegemer i den ene side af skibet og aflæse det samlede strømforbrug i skibet. Under forsøget som er beskrevet i afsnittet Besparelse bliver temperaturen til til/afgang målt på FW AUX siden af pladeveksler på hjælpemotoren. Målingerne bliver foretaget med et lasertermometer ved at pege på røren. Denne form for måling give udslag på ca. 1 0 C. Målingerne bliver foretaget før der blev slukket for elvarme til HT kølevandet og LO og igen efter ca.1,5 time uden der kunne måles ikke nogen forskel på de to driftssituationer og med de måleusikkerheder der er konstateret. Ved følgende beregninger vil der blive anvendes 5 0 C i differenstemperatur. Figur nr.06 Tilgangs temperaturen var 30 0 C (Eget arkiv) Figur nr.07 Afgang temperaturen var 35 0 C (Eget arkiv) 24

26 Belastningen på generatoren var mellem 310 og 380 kw og hertil skal lægges virkningsgraden på generatoren for at finde ud af hvor mange kw der er ud af hjælpemotoren. Ud fra performs testen som er udarbejde af producenten, ses det at ved en last mellem ca. 340 kw og til ca. 410 kw på hjælpemotoren skal der køle ca. 310 kw energi væk gennem pladevekslere til FW AUX systemet. Figur nr. 08 Udklip fra Performs testen (Cat) Flowet af FW AUX som cirkuleres gennem hjælpemotoren pladeveksler er. m FW AUX = P Δt c = , = 53,2m3 /h 25

27 6.2. FW HT stilstandsvarme Figur nr. 09 Viser el varmeelement og cirkulationspumpen. (Eget arkiv) I VAS bliver alle parameter logget så det er muligt at få en trendkurve, med en selvvalgt tidsperiode. På bilag nr. 03 er en trendkurve over FW HT temperaturen på alle 4 hovedmotor over en tidsperiode på 24 timer. Hovedmotoren reguleres omkring set punktet af en ON/OFF regulering som tillades et udsving på ca. ±2, 5 0 C. Der er en forskel på hvilken temperatur stilstandsvarmen reguleres ved, på de forskellige hovedmotorer. Termostaten som regulere stilstandsvarmen på hovedmotoren har en lille skala for indstilling af temperaturen dette er en af grunden til den forskel af stilstandsvarme temperaturen på hovedmotoren og dette viser også at der er et spillerum i hvilken temperatur som det nye gen stilstandsvarme skal regulere ved. Dokumentationen oplyser at cirkulationspumpen leverer m 3 /h (se bilag nr. 04) Der er en temperaturdifferens over el varmelegeme på ca. 2, 2 0 C. Flowet som cirkuleres gennem hovedmotoren er m HTFW = P 3600 = = Δt c ,2 4, ,5m3 /h Effekten der afsættes i kølevandet fra el varmelegeme er P HTFW = 27kW 26

28 6.3. Smøreolie I skrivende stunder hvor der desværre er mange dage hvor VSS skibene ligger i havn, er det blevet kutyme at ændre sætpunktet på forvarmningen af smøreolien til 60 0 fra de 85 0 som er sætpunktet er når separatoren er i drift. Dette er for at reducer brændstofforbruget så meget som muligt. Ved forsøget som er beskrevet under afsnittet besparelse, er der en reduktion i strømforbruget på ca. 80 kw når stilstandsvarmen på HT kølevandet og smøreolien er slukket. HT kølevandet stilstandsvarme er en ON/OFF regulering og smøreolien stilstandsvarme kobler varmelegemer ind efter behov til at holde sætpunktet. Dette gør at der bliver anvendt P LO varme = P dif (2 P HT ) 2 = 80 (2 27) 2 = 13 kw til at opretholde en afgangstemperatur på smøreolien på 60 0 C ved stilstand. Når smøreolien separatoren er i drift har den et flow på 1,7m 3 /h med 1,6 bars modtryk som separatoren giver Indblæsning luft til aptering og broen Aptering Til aptering er der et centralt ventilationsanlæg, hvor frisk luft tages udefra og luften indefra blandes med en fordeling på 50/50% Central ventilationsanlægget bestå af 4 zoner hvor den ene er til køling af luften om sommeren med kold vand fra chilleren. Der er 2 zoner der anvender varmt vand til opvarmning af indblæsningsluften, en zone som varmer indtags luften før retur luften føres ind i anlægget og en zone efter at retur luften er blande sammen med indtags luften og for den ønskede temperatur til apteringen. Hertil komme en el varme zone på 171,6 kw som bliver tilkoblet i 4 trin efter hvor kold udetemperaturen er, så det er ikke umiddelbart muligt at bestem hvor mange kw el varmelegemet optager til opvarmning af indblæsningsluften til apteringen. Der er ikke nogen kw eller Ampere måler installeret på forsyningen til el varmelegemet. Laver et test ved at slukke for el varmelegemet i en vis tidsperiode, vil ikke give en tilfredsstillende måling. En sådan samlingens måling kræver et ens grundlag at måle på og en udetemperatur som er lav nok til at el varmelegemet er i drift er ikke mulige i den periode som denne rapport er skrevet i. Zonerne som bliver opvarmet af varmt vand, det opvarmede vand cirkuleres gennem en varmeveksler med damp fra den oliefyrede kedel på den anden side. Disse 2 zone anvendes kun ved meget lave udetemperaturer, skibet var ved øen Sakhalin på østside af Rusland en vinter hvor varmtvands zonerne blev anvendt. Har ikke selv nogen erfaring eller data på hvornår og hvor meget zonerne blev anvendt den vinter ved Sakhalin. 27

29 Her vil det være muligt at anvende energi fra hjælpemotorens overskudsvarme til opvarmning af vand der cirkulerer gennem varmtvands zonerne i ventilationsanlægget. Ved at indbygge en varmeveksler i varmtvandssystemet parallelt med den varmeveksler som overføre energi fra dampen, og den anden side af nye varmeveksler i varmtvandssystemet sammen med den udvidede kreds på AUX FW system som opvarmer hovedmotorens FW HT og LO. Ved at anvende energi fra hjælpemotorens overskudsvarme til varmtvands zonerne kan der reduceres i den tilførte energi til el varmelegemet i zone 2 hvilket vil medføre en reduktion af brændstofforbruget til hjælpemotoren for at producere energien ombord i skibet. Se bilag nr. 05 for data over ventilationsanlægget til apteringen Broen Broen har sit eget ventilationsanlæg som er placeret i bygningen oven på broen. Her kan der køles og varmes på indblæsningsluften. Kølingen kom fra chilierne og der er elvarme på 34,65 kw men ikke nogen sektion for at opvarme med varmt vand fra den oliefyret kedel. Dette gør at det ikke umiddelbart er muligt at anvende overskudsvarmen fra hjælpemotoren og hermed reducerer brændstofforbruget. Se bilag nr. 06 for data over ventilationsanlægget til broen FW AUX pumpen Hver pumper har en kapacitet til at alle forbruger og til de 2 hovedmotor køre på fuld last som er i den side af skibet hvor pumpe er installeret. Der er ikke nogen form for reguler af FW AUX pumperne, så under havneophold hvor lasten er lav på FW AUX system, cirkuleres der en masse kølevand rund. Pumpe nr. 3 optager 85A aflæst på amperemeter i maskinrummet. Har aflæst på pumpe kurven i PDF Drawings Azcue pumpe at der bliver cirkuleret ca. 300m3 kølevand pr. time i styrbord side ved et effektforbrug på 58,3 kw hvor jeg har sat virkningsgraden på elmotoren til 0,9. Se pumpekurven nedfor. U I ρ 0,9 3 = ,9 3 = 58,3 kw 28

30 Figur nr. 10. Pumpekurve for FW AUX pumpe CM ((PDF Drawings Azcue pumper) (pumper kurver PDF side 34)) Har ingen mulighed for at optage en rør karakteristik over FW AUX rørsystemet for at få et præcist billede af rørsystemet. Så om det er en fordele at indbygge en frekvensomformer til FW AUX pumpe så pumpen kan reguleres ned i omdrejninger ved havneophold hvor belastning er lav på FW AUX systemet kan ikke dokumenteres i denne rapport. FW AUX systemet har forbruger der placeret i hele skibes længde og de forbruget der anvendes ved havneophold er placeret i hovedmaskine rummet, så ved at indbygge 29

31 afspærringsventiler til bow thruster rummet, servo hydraulik rummet og anvende de indbygget afspærringsventiler fra nybygning til den agterste halvdele af skibet, vil gøre at FW AUX systemet blive noget mindre og rør karakteristikken vil ændres så det måske vil være muligt at reducer omdrejningstallet på FW AUX pumpen og herved spare energi, når der ikke skal cirkuleres kølevand rundt i hele skibet. Ved at FW AUX systemet bliver mindre er der også en mindre mængde kølevand som skal opvarmes til den temperatur hvor søvandspumpen starter og det kan have en effekt på at søvandspumpen kører oftere og derved optager mere energi som skal trækkes fra den måske mulige reduktion af energien til FW AUX pumpen Reduktion af udslip Med en reduktion af kw forbruget fra 380 kw til 310 kw som kan være muligt ved at anvende noget af hjælpemotorens overskudsenergi til opvarme af hovedmotoren ved stilstand og opvarmning af indblæsningsluften til apteringen. Kan det ses i diagrammet (figur nr. 03.) at CO2 udslippet vil reduceres fra 260 kg/hr til 210 kg/hr som den eneste gasart der bliver reduceret. CO stiger en lille smule fra 200 g/hr til 215 g/hr, Hvor HC og NO x vil forblive på samme niveau. 30

32 7. Forslag til optimering af systemer Kølevandet som skal anvendes til opvarmning af hovedmotoren og opvarmningen af indblæsningsluft til aptering, er en udvidelse af det eksisterende FW system. Samt et forslag til hvad der skal til for at reducer størrelsen af FW AUX systemet og reducer omdrejningstallet på FW AUX pumpen. Her har det været nødvendigt at analysere de eksisterende FW systemer, om hvordan de er sammenbygget til et stort FW system, Sammen bygningen består af HT, LT og FW AUX. Se PDF FRESH WATER COOLING SYSTEM NO Stilstandsvarme på hovedmotor For at imødekomme kravet om at hjælpemotoren kan driftes som før, anvendes der 4 stk. 3 vejs ventiler, således opnås der et nyt lukket system i FW systemet og der er mulighed for at drifte hjælpemotoren som før, dette er nødvendig når hovedmotoren er i drift og hjælpemotoren skal køre samtid som i fuld DP mode. Til regulering af temperaturen ud af varmeveksleren på hjælpemotoren indbygges der en 3 vejs termostatventil som skal holde afgangstemperaturen på 70 0 C. Hjælpemotoren HT kølevand har en driftstemperatur på 78 0 C oplyst fra VAS systemet, for at der er et temperaturfald over til det udvidede kølevandssystem og at hjælpemotoren kan driftes uden at forstyrre varme balancen på hjælpemotoren. Termostatventilen vil ved en temperatur over 70 0 C begynde at reguler kølevand ud af det udvidede kølevandssystem og ind i FW AUX system således den overskudsvarme som produceres af hjælpemotoren som ikke kan aftages i stilstandsvarmen på hovedmotoren. For at efterfylde det udvidede kølevandssystem er der en forbindelse fra FW AUX systemet til før cirkulationspumpen så pumpen kan suge den mængde koldt kølevand ind i system som termostatventil har ledt ud af systemet. I forbindelses røret mellem FW AUX systemet og det udvidede kølevandssystem og i røret mellem 3 vejs termostatventilen og FW AUX systemet er der indbygget 2 stk. kontraventiler således at kølevandet ikke kan løbe baglæns og forstyrre de andre systemer i kølevandssystemet. Målet er at hold hovedmotoren på C, så derfor er det nødvendig at reguler flowet af det udvidet kølevandssystem. Til dette er der anvendt en frekvensstyret elmotor til cirkulationspumpen, som reguleres af afgangstemperaturen fra varmeveksler på det udvidet kølevandssystem, her skal pumpens omdrejningstal reguleres så temperaturen holdes på 68 0 C. Ved lav last af hjælpemotoren skal omdrejningstal på cirkulationspumpen reguleres ned således at temperaturen holdes på de 68 0 C og er der ikke nok energi til stilstandsvarm på hovedmotoren vil den eksistren elvarme slå til. 31

33 Varmeveksleren som skal overføre energien fra det udvidet kølevandssystem over i hovedmotoren HT kølevandssystem og smøreoliesystem bliver indbygges i parallelt med og før de eksisterende elvarme. Til at reguler cirkulationspumpens omdrejningstal skal der anvendes en PID regulator som er indbygge i VAS systemet hvor der vil være en manuel funktion hvor det er operatøren der starter og stopper cirkulationspumpe og en auto funktion som start og stopper cirkulationspumpen sammen med hjælpemotoren, ved at anvende VAS til regulering af cirkulationspumpe kan der komme overvågning på driftstryk og temperatur som kan give maskinrums alarm. Figur nr. 11. Vise forslag til hvordan den udvidelse af kølevandssystemet kan være for stilstandsvarme på hovedmotor. 32

34 7.2. Varme til aptering Der er to zoner i ventilationsanlægget som kan forsynes med varmt vand fra den oliefyrede kedel, det er samme varmeveksler vandet opvarmes af til begge zoner. Som jeg ser det er det muligt at anvende noget af den overskudsvarme fra hjælpemotoren til opvarmning af vandet til opvarmningen af aptering ved at monter en ny pladevarmeveksler i serie med den eksisterende varmeveksler. Da det er udetemperaturen der afgør hvor meget elvarme der skal til for at opretholde den ønskede temperatur i apteringen. Ved at indbygge en ny pladeveksler som de 4 andre der er til stilstandsvarme på hovedmotoren og anvend samme pumpe, så der komme til at være 5 pladeveksler i parallel. Dette gør at der kan suppleres med energi fra hjælpemotorens kølevand over til varmen i apteringen når der er behov for det og elvarmen kan suppler når udetemperaturen blive laver og der ikke er nok energi fra kølevandet. De pladeveksler som ALFA LAVAL har anbefalet er på 70 kw hvilke er det lidt under halvdelen af den store varmtvands veksler som er på 170kW og den lille er 95 kw så det er muligt at få overført energien over til indblæsningens luften i aptering. Som det ses på figur nr. 12 er der bygget en pladeveksler mere i parallel med de 4 andre pladeveksler. 33

35 Figur nr. 12. Vise forslag til hvordan det udvidelse af kølevandssystemet kan være for stilstandsvarme på hovedmotor og varme til aptering FW AUX pumpe Vil komme med et forslag til hvordan der kan spares energi i FX AUX systemet ud fra analysen af systemet i afsnit 6.5. Indbyg en frekvensomformer på hver af de 2 stk. FW AUX pumper til at regulere flowet med og indbyg 4 stk. ekstra afspærringsventiler i rørsystem så systemet kan reduceres ved havneophold. Få Proelsur til at programmere en PLC i VAS system til styring af FW AUX pumpen efter temperaturen på FW AUX kølevandet. Byg agitator på de 6 stk. afspærringsventiler, dette betyder at der skal trækkes kobberrør til opper cement rum hvor ventilblokken til styring af alle fjern styret ventiler er placeret og der skal laves en ny sektion med styreventiler da der ikke er nogen styreventiler som ikke er anvendt. Signalet til styringen af ventilerne kommer fra VAS. 34

36 Til styring af afspærringsventilerne skal der programmeres en ventil funktion i VAS hvor der er mulighed for opererer afspærringsventilerne i manuel og en auto funktion som styre afspærringsventilerne, ved start og stop af en forbruger som er bag ved afspærringsventilerne. 35

37 8. Materialer Der stilles ikke nogen specielle krav til noget højt modstands bestandigt materiale af komponenterne, da de indbygges i det eksisterende ferskvandssystem som er behandlet med Rocor NB Liquid som er en tilsætnings væske for at undgå korrosion for at sikker en lang levetid på komponenterne der indgå i ferskvandssystemet. (Rocor) 8.1. Komponenter til stilstandsvarme Den nedenstående liste er til at udbygge ferskvands systemet til stilstand varmen i den ene side af skibet. 4 stk. 3 vejs ventil DN 80 1 stk. 3 vejs termostatventil DN stk. Pladeveksler til HT og LO 1 stk. Pumpe der kan lever 55m 3 /h se afsnit hjælpemotor 1 stk. Frekvensomformer 1 stk. Kontroller til regulering af pumpen 1 stk. Temperaturføler 2 stk. Kontraventiler 3 4 stk. 3 og 1,5 Rør 20 stk. 1,5 Svejse flange. 20 stk. 3 Svejse flange. 4 stk. 4 Svejse flange. 8 stk. 1,5 Butterflyventiler til og afgang på HT og LO 6 stk. 1,5 Kugleventiler bypass på HT og til og afgang siden er ikke tegnet på diagrammet. 6 stk. 1 Kugleventiler bypass på LO og til og afgang siden er ikke tegnet på diagrammet. 6 stk. T-stykke 3 4 stk. T-stykker i 1 til LO på LO siden er ikke tegnet på diagrammet. 4 stk. T-stykker i 1,5 til HT på HT siden er ikke tegnet på diagrammet. 12 stk svejsebøjning 1,5 og 3 6 kg ESAB Svejseelektroder Vejs ventil 3 vejs ventilen kan være af denne type i størrelsen DN 80. Har haft telefonisk kontakt med Dansk Ventil Center A/S og talte med Kristen fra salgsafdeling som kunne oplyse at denne ventil koste kr. Der skal også anvendes 2 vejs flanges ventil i systemet, de er oplyst til 1500,00 kr. for en DN40 og 2700,00 kr. for en DN80 ved samme samtale. (se bilag nr. 07) 36

38 Vejs termostatventil I rådfør med SUMMIT ELECTRONICS og ud fra den beregne flow af kølevandet gennem hjælpemotorens pladeveksler på ca. 50m3 er det kommet frem til en 3 vejs termostatventil af typen AMOT 4 BOCB AA hvilket er af samme fabrikat som der indgår i kølevandssystemet i forvejen. Se bilag nr. 08 et klip af mailen med sælger Steen Holm Maden fra SUMMIT ELECTRONICS Pladevarmeveksler De 4 pladevarmeveksler som skal anvendes i optimering af kølevandssystemet, bliver af sammen størrelser. Her er igen valgt en fabrikat som har leveret veksler til skibet da det var nyt, så har været i kontakt med ALFA LAVAL for at få en rådgivning om hvilken størrelse der vil være passende for dette projekt. Har været i kontakt med sælger Rene Dalsgaard fra ALFA LAVAL og han anbefaler en pladeveksler af type T5-MFG som vise på PDF og se bilag nr. 09 for kontakt Cirkulations pumpe Til at cirkulerer kølevandet rundt i det udvidet kølevandssystem har jeg været i kontakt med Per Simonsen fra firmaet Vest Marine som er forhandler af Azcue pumpe i Danmark og det er Azcue pumpe der anvendes som kølevandspumper i de øvrige kølevandssystemer. Per har anbefalet en Azcue pumpe af typen CA 80/10A ud fra de oplysninger jeg har givet ham. Se bilag nr. 10 med mail kontakten Frekvensomformer For at få en afgangstemperatur på minimum 68 0 C ud af pladeveksleren på hjælpemotoren, har jeg set på en Danfoss VLT (se bilag nr.11) der kan reguler omdrejningstallet på den nye cirkulationspumpe efter afgangstemperaturen Kontroller til regulering af pumpen Til at reguler den nye cirkulationspumpe med skal der en regulator til som er indbygget i VAS systemet, her skal producenten ind og programmere en regulator. Ved at anvende VAS til regulering er det også muligt at få overvågning og alarm ved fejl på systemet Temperaturfølger Har været på nettet for at find en PT100 føler som kan anvendes i systemet. Se bilag nr

39 8.2. Apterings varme Denne liste er over hvilken komponenter der skal anvendes til at udbygge det kølevandssystem for stilstandsvarme på hovedmotoren. Ved anvendelse af samme pumpe og 3 vejs ventiler. 1 stk. Pladeveksler for apterings varme 2 stk. 3 og 1,5 Rør 6 stk. 1,5 Svejse flange. 6 stk. 3 Svejse flange. 2 stk. T-stykke 3 2 stk. 1,5 Butterflyventil 6 stk svejsebøjning 1,5 og 3 2 kg ESAB Svejseelektroder Komponenter til FW AUX pumpen Denne liste er kun hovedkomponenter der skal til styring af FW AUX systemet, vil ikke anvende en masse tid på at finde komponenter når der ikke er dokumenteret hvor stor en reduktion af energi denne dele kan give. 2 stk. Frekvensomformer til 64 kw elmotor 4 stk. 2 Butterflyventil 8 stk. 2 Svejseflanger 100 m 6 mm kobberrør 4 stk. Styreventiler 38

40 9. Pris I skrivende stund er Viking Supply Ship under stort pres både på det svage spotmarked der i Nordsøen og de kontrakter som de er ved at blive forhandlet uden for Nordsø området, dette er grunden til at jeg ikke vil trækker yderligere på rederiets resurser til at hjælpe med en pris på de komponenter som der skal anvendes for at udbygge kølesystemet således at hjælpemotorens overskudsvarme kan genanvendes. Så er gået på nettet og har været i kontakt med nogle leverandør for at få rådgivning og en pris på den komponent der er rådgivet om. Til resten af komponenterne er fra hjemmesider hvor der er en pris og til sidst for de få komponenter som ikke er blevet fundet på nettet har jeg fastsat en pris efter bedste evne. Hertil skal der lægges det antal arbejdstimer som det tager at udføre arbejdet til genanvende overskudsvarmen fra hjælpemotoren. Jeg har ingen forudsætning for at vurderer hvor mange arbejdstimer der skal anvendes og har ikke mulighed for at få en udefra til at komme ombord for at give et tilbud. Hertil skal det siges at der er smede og elektriker ombord som kan udfør jobbet når der tid mellem de andre jobs som er ombord Priser for materialer til stilstandsvarme 4 stk. 3 vejs ventil DN 80 a ,00 kr. 62,000,00 kr. 1 stk. 3 vejs termostatventil DN 100 Se bilag nr ,00 kr. 4 stk. Pladevarmeveksler a 7,071,97 kr. Se bilag nr ,287,88 kr. 1 stk. Cirkulations pumpe Azcue CA 80/10A Se bilag nr ,00 kr. 1 stk. Frekvensomformer VLT HVAC 15kW Se bilag nr ,00 kr. 1 stk. PT100 føler Se bilag nr ,76 kr. 2 stk. Kontraventiler DN 80 a 2.362,50 kr. Se bilag nr ,00 kr. 4 stk. 1,5 rør a 360,00 kr. Se bilag nr ,00 kr. 4 stk. 3 rør a 812,50 kr. Se bilag nr ,00 kr. 20 stk. 1,5 Svejse flange a 51,75 kr. Se bilag nr ,00 kr. 20 stk. 3 Svejse flange a 80,50 kr. Se bilag nr ,00 kr. 4 stk. 4 Svejse flange a 97,50 kr. Se bilag nr ,00 kr. 8 stk. 1,5 Butterflyventiler a 854,25 kr. Se bilag nr ,00 kr. 6 stk. 1 Kugleventiler a 475,00 kr. Se bilag nr ,00 kr. 6 stk. 1,5 Kugleventiler a 1.080,00 kr. Se bilag nr ,00 kr. 6 stk. T-stykke 3 a 160,50 kr. Se bilag nr ,00 kr. 4 stk. T-stykker i 1 a 51,75 kr. Se bilag nr ,00 kr. 4 stk. T-stykker i 1,5 a 70,00 kr. Se bilag nr ,00 kr. 2 stk Bøjning. 1,5 a 46,25 kr. Se bilag nr ,50 kr. 10 stk Bøjning. 3 a 55,00 kr. Se bilag nr ,00 kr. 39

41 6 kg Elektroder. a 124,00 kr. Se bilag nr ,00 kr. Total ,14 kr Priser for varme til aptering Her er det de samme komponenter som ved stilstandsvarmen og anvendes samme priser så se bilag fra ovenstående afsnit. 1 stk. Pladeveksler for apterings varme 7.071,97 kr. 4 stk. 1,5 rør a 360,00 kr. 720,00 kr. 4 stk. 3 rør a 812,50 kr ,00 kr. 6 stk. 1,5 Svejse flange a 51,75 kr. 310,50 kr. 6 stk. 3 Svejse flange a 80,50 kr. 483,00 kr. 2 stk. T-stykke 3 a 160,50 kr. 321,00 kr. 2 stk. 1,5 Butterflyventiler a 854,25 kr ,50 kr. 2 stk Bøjning. 1,5 a 46,25 kr. 92,50 kr. 6 stk Bøjning. 3 a 55,00 kr. 330,00 kr. 2 kg Elektroder. a 124,00 kr. 248,00 kr. Total ,97 kr Priser til FW AUX pumpe Ud fra prislisten over VLT fra Danfoss, koster en frekvensomformer ca kr. pr. kw og rester af de komponenter der skal anvendes er småtings i forhold til den arbejdsmængde der skal til for at få systemet udbygget med fjern opereret ventiler. 40

42 10. Besparelser og tilbagebetalingstid Besparelser af brændstof Dette afsnit omhandler hvordan jeg har lavet en test på hvor stor en reduktion af brændstoffet der bliver ved at afbryde varmen på hovedmotoren og derfra udregne hvor meget brændstof der går pr. kw. og det er højre end de 220 g/kw som producenten oplyser for hjælpemotoren, for at få det faktiske brændstofforbrug pr. kw omkring denne belastning af hjælpemotoren Besparelse af brændstof ved stilstandsvarme. Det er mængden af brændstof som skal give en besparelse i kroner og øre når skibene ligger i havn og venter på næste job. Søndag d mellem 9:00 og 11:00 på Brage Viking blive der udført en test på hvor meget brændstof der kan spares ved at genanvende hjælpe motorens overskudsvarme. Til testen anvendes Brage Vikings VAS system til måling af kw og brændstofforbruget. Tidspunktet er valgt ud fra at der i tidsrummet ikke ville blive starte eller stoppe nogle større forbruget som kan forstyrre testen, da vedligehold af skibet ikke foregår om søndagen. Ved testen start bliv der printe et billede af skærmbillede i VAS. PMS billede og her ses det at kw forbrugt ligger på ca. 380 kw (se bilag nr. 22) Econometers billede og her ses at brændstof for den sidste time er på 130 liter. (se bilag nr. 23) Efter at have data i orden før testen start, blev der slukket for elvarmen til hovedmotor 3 og 4 til HT kølevandet og til smøreolien. Efter ca. 1,5 time med slukket elvarme blive de samme skærmbillede som før testen printe. PMS billede viser nu et kw forbrug på ca. 300 kw den stå og svinger mellem kw (se bilag nr. 24) Ecomomoters billede viser et brændstofforbrug på 107 liter pr time (se bilag nr. 25) Besparelsen af brændstof er = 23l/h Med en massefylde på 0,86 kg/liter giver det 41

43 23 0,86 = 19,8 kg/h Her til besparelsen skal trække den energi som den nye cirkulationspumpe forbruger. Den nye cirkulationspumpe har en elmotor på 15 kw (Se bilag nr. 10) ved at lave beregninger ud fra det målet kw og brændstofforbrug findes der hvor meget brændstof der forbruges til at drive den nye cirkulationspumpe. Differens i kw forbrug. kw dif = kw før kw efter = = 70 kw Brændstof pr. kw. m bro = m bro/h = 19,8 = 0,28 kg/kw kw dif 70 Mængde brændstof som den nye 15 kw cirkulationspumpe forbruger. m 15 = kw 15 m bro = 15 0,28 = 4,24 kg/h Den besparelse der kan opnås ved at genanvende overskudsvarmen fra hjælpemotoren til stilstandsvarme på hovedmotoren er. Reduktion af brændstofmængde er på et døgn. m rec1 = m 19,8 m = 19,8 4,24 24 = 372,48 kg/døgn Besparelse af brændstof ved apterings varme Hvor stor en reduktion af brændstoffet er på apterings varme er afhængige af udetemperaturen, vil kommet med et bud på hvor stor en reduktion i brændstoffet kan blive. Der er en 10 kw elmotor på den cirkulationspumpe som cirkulerer vand fra kedel op til central ventilationsanlægget som skal være i drift når der skal genanvendes energi fra hjælpemotoren overskudsvarme. Der er et elvarmeelement indbygget i central ventilationsanlægget på 171,6 kw og kan tilkoblet i 4 steps som på hver. kw 1 = kw to /4 = 171,6/4 = 42,9 kw Pladevekslerne som blev anbefalet fra ALFA LAVAL kan overføre 70 kw, så ved en udetemperatur der lav nok til at første step på elvarmeelement er starte vil der være mulighed for en reduktion på 42, 9 kw ved at udbygge kølevandssystemet. 42

44 Ved at der mulighed for at overføre 70 kw vil der blive set bort fra den energi som cirkulationspumpen optage i dette bud på hvor stor en reduktion af brændstoffet kan blive. Tager udgangspunkt i ovenstående beregninger med massen af brændstof pr. kw. m rec2 = kw 42,9 m bro 24 = 42,9 0,28 24 = 288 kg/h Når udetemperaturen er lav nok er det muligt at reducer brændstofforbruget med 12 kg/h Besparelse af brændstof ved FW AUX pumpe Det har ikke været muligt med de begrænsninger og tid der er til denne rapport at dokumenter en reduktion af energien i FW AUX systemet og her ved ikke nogen besparelse af brændstof Tilbagebetalingstid Ud fra den pris som de forskellige optimering af kølevandssystem koster at udbygge vil der her blive beregnet hvor mange døgn der skal til for at tilbagebetal den investering som der er. Der er tale om døgn da det kun er den tid hvor skibene ligger ved kaj og venter på nyt job hvor det er VSS der betaler for brændstoffet. Det som giver en besparelse er den mængde brændstof som ikke skal købes og i skrivende stund ligger skibene i Skotland omkring Aberdeen, her er prisen 443 GBP for et tons marine dieselolie og det omregnet til kroner. se bilag nr. 26 og 27 Den tilbagebetalingstid der i det nedenstående er fra de priser som jeg har kunnet få oplyst og finde på nettet, samt der er måske nogle ting som jeg ikke har taget højde for oppe i afsnitte om priser, hertil kommer også at hvis det VSS som bestille disse komponenter ved deres faste underleverandører kan VSS nok opnår en anden samlede pris, det samme for indkøbe af marine dieselolie som VSS køber er måske ikke til den pris som er på Westshores hjemmeside. Udetemperaturen har en indflydelse på hvor mange døgn der skal gå for at få investering hjem igen, for de beregninger som er i denne rapport skal udetemperaturen være så lav at der er varme på indblæsnings luften til aptering og at der så stor afkøling af hovedmotoren at elvarmen vil være tændt hele døgnet For stilstandsvarme på hovedmotor På en god kold dag hvor der er varme på hovedmotoren og i aptering hele tiden vil det tage. Det antal ton marine dieselolie der spares før investering er tilbagebetal er 43

45 m ton1 = Pris kop1 /Pris Mdo = /3.729 = 51,9tons Antal dag før der er sparet 51,9 tons marine dieselolie med en besparelse på 0,372 tons/døgn døgn 1 = m ton1 /for 0,372 = 51,9/0,372 = 139,5 døgn 140 døgn for at tilbagebetale den investering som det er at udbygge kølevandssystemet for at genanvende overskudsvarmen fra hjælpemotoren med de forbehold som er beskrevet For varme til aptering Ved at udbygge kølevandssystemet til også at kunne levere energi til opvarmning af indblæsningsluften til aptering er en lille mere investering oven i den investering der er til stilstandsvarmen til hovedmotoren. For kun den ekstra del, skal der spares et antal ton marine dieselolie. m ton2 = Pris kop2 /Pris Mdo = /3.729 = 3,4 tons Det antal døgn hvor udetemperaturen er lav nok til at første step på elvarmeelement vil være tændt hvor 41 kw vil komme fra hjælpemotoren kølevand, giver en besparelse på 0,288 ton/døgn døgn 2 = m ton2 /for 0,288 = 3,4/0,288 = 12 døgn 12 døgn for den ekstra del af kølevandssystemet til aptering. Her vil være en meget længer tilbage betalingstid, hvis der vælges kun at udbygge kølevandssystemet til kun at opvarmning af til aptering, da her så skal de dyrere komponenter til også, såsom pumpe, 3 vejs ventiler, 3 vejs termostatventil og div For FW AUX pumpe Ingen dokumenter besparelse så ingen tilbagebetalingstid For både stilstands og apterings varme Bliver kølevandssystemet udbygge til både stilstandsvarme på hovedmotoren og opvarmning af indblæsningsluften til aptering, vil tilbagebetalingstiden blive. Den samlede investering Pris 1+2 = pris 1 + Pris 2 = = ,00 kr. Den samlede reduktion af marine dieselolie 44

46 for = for for 288 = 0, ,288 = 0,660 tons/døgn Den samlede mængde af marine dieselolie der skal spares m ton tol = Pris 1+2 /Pris Mdo = /3.729 = 55,4 tons Ved at udbygge kølevandssystemet i en omgang skal der et antal kolde dag til døgn 1+2 = m ton tol /for = 55,4/0,660 = 84 døgn 84 døgn ved kaj hen over en kold vinter så vil denne investeringer være tjent hjem igen, ikke at det en ønske situation for VSS hvor skibene helst skulle være ude på job. 45

47 11. Konklusion Det har for mig været en lærerig proces at arbejde med dette projekt, at analysere virkemåden af det sammen bygge kølevandssystem og hvad der følger med ved sådan et projekt. Har lavet et forsøg hvor varmen til FW HT og smøreolien bliver slukket, for at se hvor stor en del af brændstofforbruget der går til opvarmning af hovedmotoren i den ene side af skibet. Med en dokumenteret reduktion af brændstofforbruget på ca. 18 liter i time ved at overføre den energi som er i kølevandet på hjælpemotoren til opvarmning af hovedmotoren ved stilstand. For at gøre det muligt at overføre energien fra hjælpemotorens kølevand til hovedmotoren og opvarmning af indblæsningsluften til aptering, er udformet et diagram skitse af en mulig måde at få overført energien og samtidige opfylde de krav der til ikke at forstyrre driften af hjælpemotoren og ikke få mixet styrbord og bagbord side af kølevandssystemer så skibet ikke længer er et DP2 skib. Til opvarmning af indblæsningsluften til broren og maskinrummet er det ikke umiddelbart muligt at anvende energien fra hjælpemotoren eller nødvendigt med den ude temperatur som er i det område hvor Brage Viking arbejder mens denne rapport er skrevet. Har ikke haft mulighed for at dokumentere om der er noget energi at spare ved at indbygge en frekvensomformer og 6 stk. afspærrings ventiler i FW AUX kølevandssystemet for reducer energiforbruget på FW AUX pumpe. Ved at reducere energiforbruget med ca. 70 kw som er den energimængde som de 4 stk. el varmelegeme optager for at hold hovedmotoren oppe på 60 65ºC ved havneophold, er det kun Co 2 udslippe der reduceres, de andre 3 gasarter ligge på ca. samme niveau i hele hjælpemotoren belastningsområde. Ved at udvide kølevandssystem til at kunne opvarme hovedmotor og apteringen vil der være en reduktion af Co 2 med det samme og efter ca. 90 dag med en lav udetemperatur vil investeringen være sparet hjem igen på det reducerede brændstofforbrug. 46

48 12. Litteraturliste C Caterpillar PDF C32 ACERT Marine Auxiliary / Generator set. D Dansk ventil center Tilgængelig via: [Senest hentet eller vist den ]. E Elvarme HT PDF vand el varme Elvarme smøreolie PDF Heatpac EHS Elvvs Tilgængelig via: [Senest hentet eller vist den ]. F Frekvensomformer Tilgængelig via: %20komplet%20v2%20-%20web%20med%20links.pdf [Senest hentet eller vist den ]. I IMO Tilgængelig via: n-oxides-(nox)- -regulation-13.aspx [Senest hentet eller vist den ]. K Kuiken, Kees., DIESEL ENGINES II for ship propulsion and power plants. Onnen The Netherlands: Target Global Energy Training. 47

49 Kølevands systemer PDF SW cooling system og Fresh water cooling system no. 1. P Priser på komponenter. Flange 1,5, 3 og 4 Tilgængelig via: [Senest hentet eller vist den ]. Kontraventiler 1,5 3 4 samme tid for butterflyventil, T-stykke, 90 bøjning Tilgængelig via: [Senest hentet eller vist den ]. Marine dieselolie Tilgængelig via: [Senest hentet eller vist den ]. Marine dieselolie Tilgængelig via: [Senest hentet eller vist den ]. Pladeveksler Tilgængelig via: [Senest hentet eller vist den ]. PT 100 Tilgængelig via: _-google-_-pla_dk_dk_automationand_koblingsudstyr_og_styringsudstyr-_- Sensorer_Og_Transducere-_- PRODUCT+GROUP&matchtype=&gclid=EAIaIQobChMIy43RxtfC1wIVCzobCh2Ekg7lEA QYAyABEgJN0vD_BwE&gclsrc=aw.ds [Senest hentet eller vist den ]. Rør 48

50 Tilgængelig via: MIzseUk_m01wIVhbgbCh0Pbgr7EAQYAiABEgKF9_D_BwE [Senest hentet eller vist den ]. Pumper PDF Drawings Azcue pumper. R Rocor NB Liquid Tilgængelig via: [Senest hentet eller vist den ]. S SUMMIT ELECTRONICS Tilgængelig via: [Senest hentet eller vist den ]. U Udslip fra CAT PDF Performance Data (RNX00141) V Ventilation PDF Ventilation and air conditioning system in accommodation technical specifica. REV 2. Viking Supply Ship Tilgængelig via: [Senest hentet eller vist den ]. 49

51 13. Bilag Bilag nr Udslip fra hjælpemotor Bilag nr FW AUX pumper 50

52 Bilag nr Trendkurve FW Bilag nr Pumpedata elvarme HT 51

53 Bilag nr Data for ventilationsanlæg til aptering 52

54 Bilag nr Data for ventilationsanlæg til broen Bilag nr Vejsventile 53

55 Bilag nr Vejs termostatventil 54

56 Bilag nr Pladevarmeveksler 55

57 Bilag nr Cirkulations pumpe 56

58 Bilag nr. 11 Frekvensomformer VLT HVAC 15 kw 57

59 Bilag nr PT 100 Bilag nr. 13 Valutaomregner for pladeveksler 58

60 Bilag nr. 14 Pris kontraventil DN 80 Bilag nr. 15 Pris rør 59

61 Bilag nr. 16 Pris Svejse flange Bilag nr. 17 Pris butterflyventiler 60

62 Bilag nr. 18 Pris Kugleventiler Bilag nr. 19 Pris T-stykker 61

63 Bilag nr. 20 Pris 90 0 Bøjning Bilag nr. 21 Pris elektroder

64 Bilag nr. 22 PMS 380 kw Bilag nr. 23 Econometres 130 liter 63

65 Bilag nr. 24 PMS 300 kw Bilag nr. 25 Econometres 107 liter 64

66 Bilag nr Pris marine diesel olie Bilag nr Valutaomregner for marine diesel olie 65